Frisa utiliza NX CAD/CAM/CAE y Teamcenter para personalizar rápidamente prensas hidráulicas usadas en su proceso de forjado

Especialista en Forjado reduce el tiempo de ciclo desde el concepto hasta la puesta en marcha en un 55 porciento utilizando diseño, simulación y manufactura integrados

Evolución de Forjado

Frisa   es un líder mundial en manufactura de anillos rolados y forjados de dado abierto para una variedad de industrias como la aeroespacial, de construcción, maquinaria industrial, petróleo y gas, generación de energía eléctrica y energía eólica. Frisa fue fundado en 1971 en Monterrey, México, como una compañía de forjado de solo 4 personas que proveía anillos y desarrollos de lámina a talleres locales. Desde entonces, Frisa ha continuado expandiendo sus capacidades, diversificando su línea de productos, y creciendo de un taller local a una operación internacional con tres instalaciones en México y una en los Estados Unidos. El éxito de Frisa puede atribuirse a la única e innovadora forma en que ha evolucionado el proceso de forjado para mejorar velocidad y calidad. Aunque los procesos básicos usados para forjado no han cambiado por décadas, los ingenieros de Frisa encuentran formas para ajustar y modificar sus procesos de manufactura para que resulten en mejores productos para sus clientes. Por ejemplo, Frisa usaría modificaciones de herramentales en las presas gigantes usa-das originalmente en el proceso de forjado para presionar al material a su forma inicial. Sin embargo, debido a la misma fuerza y magnitud de las fuerzas dentro de una prensa, así como a la naturaleza personalizada de estas modificaciones de herramental es impráctico para los ingenieros de Frisa el usar pruebas físicas para asegurar que el nuevo diseño de herramental dure y se desempeñe como se espera. Solo la manufactura de una sola modificación de herramental puede tomar dos meses, lo cual es tiempo que Frisa no tiene de sobra si el herramental no funciona.

 

Prediciendo el Desempeño con la Simulación

Frisa reconoció los beneficios de usar la simulación como una forma de predecir si una modificación de herramental se desempeñara como se espera y que durará lo suficiente para perdurar durante su destinada vida de servicio. Inicialmente Frisa externalizaba el proceso de ingeniería y simulación a un proveedor de servicio para revisar el desempeño. Pero esto planteaba otro reto para Frisa debido a que el proceso y las partes de la maquina son muy singulares en la industria de forjado y al proveedor del servicio de ingenie-ría le tomaba periodos extensos para familiarizarse lo suficiente como para realizar dicha ingeniería. Así que Frisa comprendió que sería más ventajoso hacer la ingeniera interna donde reside el conocimiento del proceso.

Encontrando la herramienta correcta

Teniendo el conocimiento de los procesos de manufactura y la comprensión de qué tipo de cambios requiere el proceso, Frisa solo necesitaba encontrar la herramienta correcta para tomar acción y empezar a desarrollar sus propias soluciones. Un requisito clave para Frisa es contar con análisis de ingeniería que colaboren rápi-damente con el equipo de diseño del pro-ducto. Así que era crítico que los datos fluyesen rápidamente y sin problema entre diseñadores e ingenieros.

Frisa ya utilizaba el software NX™ del especialista en administración del ciclo de vida del producto (PLM, por sus siglas en inglés) Siemens PLM Software. Esto hizo a NX CAE una elección lógica para Frisa, no solo porque ya usaban NX CAD para diseño, sino porque NX CAE también tenía las soluciones de ingeniería para los singulares retos de manufactura de Frisa. Y como el estampado estaba usualmente compuesto de geometría compleja, el equipo de ingeniera podía usar las poderosas capacidades geométricas de NX CAE para simplificar rápidamente la geometría para propósitos de análisis y reducción del ciclo de tiempo de diseño/análisis.

El otro reto para los ingenieros de Frisa era ponerse al día con cualquier herramienta CAE seleccionada porque el trabajo previo había sido externalizado. Frisa sintió que el apoyo técnico que recibieron de Siemens PLM Software fue excepcional.  Como indica Edgar Benavente, Ingeniero de Proyectos en Frisa,  “Para empezar, el excepcional servicio al cliente para las pruebas de software. Escucharon nuestras necesidades para la simulación y nos ofrecieron una solución que incluía lo que queríamos y más. Siemens PLM Software no escuchó desde antes de ser sus clientes, lo que nos ayudó mucho a reducir la curva de aprendizaje y lograr usar las capacidades de simulación de NX CAE en solo unas semanas.”

Al traer la simulación interna con NX CAE, Frisa pudo trabajar una nueva solución en unas pocas semanas comparado a los meses que tomaba al usar a un proveedor externo del servicio. Edgar Benavente nota la importancia de la simulación en el proceso de la empresa, “Entender las propiedades mecánicas de nuestras soluciones herramentales es clave para el desempeño y la vida del servicio. Con NX CAE, podemos predecir los estrés en nuestros ensambles, dándonos la confianza para seleccionar el tratamiento de calor”.

Simón Yáñez, jefe de ingeniería de Frisa, agrega, “Nuestra labor es trabajar con las modificaciones y modernizaciones para incrementar las capacidades de manufactura para nuevos productos. Con NX CAE, hemos incrementado nuestra experiencia en ingeniería, permitiéndonos ofrecer soluciones a retos más complejos.”

Modificando la Prensa Lake Erie 3000T

Uno de los proyectos más importantes luego del nuevo proceso interno de ingeniería fue el desarrollo de un nuevo herramental rotacional para su prensa Lake Erie 3000T. Los requerimientos técnicos para este herramental incluyen una fuerza de trabajo de 1500 toneladas, y necesitaba minimizar el tiempo de respuesta al torque requerido para la rotación del nuevo herramental.

El nuevo herramental fue diseñado usando NC CAD. Posteriormente, usando NX CAE con NX Nastran®, el equipo de ingeniería de Frisa se embarcó en el desarrollo de un análisis de estática estructural para el herramental en frio. Para empezar el proceso, los ingenieros pudieron abrir la geometría en su ambiente de ingeniería sin tener que importar los datos y corregir cualquier error de transferencia debido a que los datos de NX CAD pasan sin problemas a NX CAE. Seguido encontraron la habilidad de editar directamente o eliminar varias características geométricas usando synchronous technology de forma muy rápida para idealizar y simplificar la geometría antes de mallar el modelo de análisis.

Una vez que el análisis del modelo estaba completado, el equipo de ingeniería implementó un análisis estructural con contactos. Los resultados mostraron cómo el estrés se transmitió a través del ensamble y como los diferentes componentes interactuaron entre ellos. Una de las partes más importantes del diseño es la parte central del herramental rotatorio. Aquí Frisa logró graficar los valores del estrés en la línea central del ensamble.

Edgar explica, “Después de varias iteraciones, nos dimos cuenta que necesitábamos optimizar la geometría, y hacer las modificaciones de la geometría es muy fácil usando NX… sólo unos clics y listo. Synchronous technology significa que la edición de geometría ya no es una tarea que consuma mucho tiempo, y la asociación con nuestro modelo de análisis para diseño significa que podemos evaluar el desempeño de los cambios de diseño más rápido.”

Una vez que se optimizaron los componen-tes en dónde el estrés era alto, la validación estaba completa, mostrando que el nuevo diseño para herramental de la prensa Lake Erie 3000T cumpliría con los requerimientos y tiene la durabilidad que se necesita para lograr la vida de servicio requerida.

Integración a través del dsarrollo de producto

El desarrollo no se detiene luego de una exitosa validación de un nuevo diseño, y Frisa también fabrica las modificaciones de herramentales internamente. Así que, la completa integración de CAD, CAE y CAM ayuda a Frisa a optimizar sus procesos de desarrollo. Usando NX CAM, los ingenieros de manufactura de Frisa pueden llevar sin problemas los datos del diseño más reciente  a su ambiente para manufactura, planeación y ejecución. Frisa también usa Teamcenter® de Siemens PLM Software para administrar todos los datos de diseño, simulación y manufactura generados por sus departamentos de ingeniería para ase-gurar que todos los departamentos estén alineados con la información correcta a través de tres plantas diferentes en México.

Edgar Benavente destaca que todos los nuevos diseños de ingeniería n actualiza-dos usando Teamcenter, haciéndolos más accesibles para los departamentos de ingeniería como el desarrollo de producto y herramentales, así que pueden usar la información para revisar los procesos de manufactura basados en las modificaciones hechas a la prensa. Edgar explica, “Con Teamcenter, la colaboración a través de los diferentes departamentos de ingeniería se ha vuelto fácil y eficiente. No hay más retrasos en la transferencia de archivos, y los datos siempre están disponibles y seguros usando Teamcenter.”

Forjando el éxito

Edgar menciona que PLM es un factor clave en el éxito de Frisa: “Nuestros clientes vienen con nosotros buscando respuestas a sus necesidades. Con la tecnología de Siemens PLM Software, podemos ofrecer un amplio rango de soluciones que satisfacen y exceden sus expectativas en un periodo de tiempo muy corto.”

La prensa Lake Eire 3000T ha demostrado su capacidad del grupo de soluciones. Desde el concepto a la puesta en marcha, la prensa tomó solo 5 meses, un nuevo record para un proyecto de este tipo. Adicionalmente, Frisa logró una reducción de costos del 50 por ciento de lo que otro proyecto similar hubiese costado usando sus procesos previos de desarrollo. Una vez que sea completamente fun-cional, las nuevas capaci-dades de forjado para la Prensa Lake Erie Press excederán sus capacida-des de diseño originales.

Edgar comenta que con NX, Frisa ahora puede diseñar, analizar y manu-facturar productos que con su enfoque anterior no podían desa-rrollar, resaltando que esto brinda a la empresa un definitivo paso hacia adelante en ventaja competitiva.