Comprender los modernos frenos de prensa

Las dobladoras de hoy en día pueden acortar el proceso de doblado como las piezas de hierro más viejas no pueden

  Esta descripción proporciona una breve explicación de los accionamientos de prensa, los sistemas de coronación y la configuración de herramientas que se encuentran en los plegadores de la prensa de hoy.

Figura 1

Las plegadoras modernas proporcionan a los operadores la asistencia necesaria para maximizar el tiempo

 gastadoflexión, no configurar la prensa plegadora o crear metódicamente el programa

¿Suena familiar? Un operador está trabajando con un freno de prensa mecánica, que tiene un pistón que debe completar su ciclo completo y una velocidad de ciclo de carrera que no se puede ajustar, pero antes de que pueda comenzar tiene que calcular el margen de inclinación adecuado yk factor para el trabajo.

  Si eso te suena familiar, has estado cerca de los prensas de presión durante bastante tiempo, o tienes un buen conocimiento de cómo solía ocurrir la flexión en las tiendas de fabricación. También es probable que sepa que la mayoría de las veces, la flexión no se realiza de esa manera.

  Los plegadores modernos son mucho más seguros y no requieren tanta intervención manual como sus predecesores. Son máquinas sofisticadas diseñadas para mantenerse al día con el entorno de fabricación rápido de hoy (vea la Figura 1). Echemos un vistazo a los diferentes elementos que separan el equipo moderno de hoy de las antiguas piezas de hierro.

  The Press Drive

  Los frenos de la prensa hidráulica no son necesariamente nuevos, y eso explica por qué realizan la mayor parte del trabajo de conformado en las tiendas de fab.

  Su funcionamiento es muy simple de entender. Estas prensas operan cilindros hidráulicos sincronizados en los marcos en C que mueven el ariete. Un control de flujo introduce aceite en los cilindros para mover los pistones, que controlan el movimiento del ariete. Es una forma económica de generar mucha fuerza.

En los viejos tiempos, se usaba un interruptor de límite para controlar el freno. Ahora se usan CNCs. Junto con las válvulas de control de flujo de alta precisión, los frenos de prensa hidráulicos de hoy ofrecen una gran cantidad de control y potencia de manera rentable.

  La mayoría de estas válvulas hidráulicas están montadas directamente en los cilindros hidráulicos. Hace varios años, los fabricantes tuvieron que lidiar con la rotura de tuberías y la caída de los arietes. Los fabricantes del freno de prensa resolvieron el problema eliminando o minimizando la tubería. Los frenos de prensa hidráulicos de hoy no deben confundirse con los de hace varios años.

  Los frenos híbridos ahora están más ampliamente disponibles que nunca. Con un accionamiento hidráulico, cuando gira la bomba en una dirección, está bombeando el pistón hacia abajo. Cuando gira la bomba en la otra dirección, está bombeando el pistón hacia arriba. El concepto híbrido simula un tornillo y una tuerca. Es una bomba bidireccional, y un servomotor controla el movimiento de ida y vuelta de la bomba. No tiene un motor de CA trifásico zumbando todo el día, bombeando el pistón de vez en cuando. Ahora el motor está bombeando la rampa solo cuando el CNC solicita la fuerza.

  ¿Cuáles son las ventajas? Obtiene un tiempo de respuesta rápido, tuberías mínimas, buenas velocidades (de 2 a 500 pulgadas por minuto [IPM]) y una alta eficiencia en lo que respecta al rendimiento. Sin embargo, un freno híbrido no es un sistema económico.

Figura 2

Si se usa correctamente, el software de curvado ayudará al diseñador de la pieza a evitar

áreas problemáticas, como colocar agujeros demasiado cerca para doblar las líneas.

  Los frenos de prensa eléctricos han causado un gran revuelo en el mercado en los últimos años. Muchos fabricantes asocian "eléctrico" con prensas de disco directo. En estos dispositivos eléctricos, un sistema de husillo de bolas, que se basa en bolas de recirculación para aliviar la fricción en lugar de lubricantes, impulsa los arietes hacia abajo.

  La tecnología de tornillo de rodillo se ha convertido en una nueva tecnología que ayuda a aumentar la capacidad de carga de estos frenos eléctricos. Estos tipos de tornillos tienen múltiples rodillos helicoidales roscados que se encuentran alrededor de un eje roscado. Esta configuración convierte el movimiento giratorio de un motor en movimiento lineal para mover un pistón del freno de la prensa. Estos tornillos de rodillos tienden a agregar más superficie de carga en la unidad de impresión.

  ¿Cuáles son algunas de las ventajas? No son necesariamente las velocidades, sino el factor de aceleración. Por lo general, los frenos de prensa pueden acelerarse solo a una velocidad determinada. Con un freno eléctrico, puede tomar ese factor de aceleración mucho más alto sin introducir burbujas de aire en el aceite, etc.

  Algunos fabricantes están utilizando unidades duales en el freno eléctrico; una unidad es para aproximación rápida y la otra unidad para curvatura. Esto le permite afinar sus tornillos de bola y tornillos de rodillos para diferentes aplicaciones.

  Debe mencionarse que hay otra forma de convertir una fuerza pequeña en una fuerza grande. Llamémoslo la unidad de bloqueo y abordaje. Frenos con cinturones es un ejemplo. También se lo puede llamar una unidad eléctrica de acción simple.

  Con este tipo de disco, el ariete se mueve en una dirección, lo que tiene ciertas ventajas. Debido a que es un sistema direccional único, podría ser menos complicado y menos costoso. Y minimizas un poco de tiempo de desplazamiento en la parte inferior de la carrera porque acabas de soltar los servomotores y el ariete se invierte.

Muchas de estas unidades de correa o de bloqueo y abordaje también distribuyen la carga de flexión en todo el ariete. Cada vez que una correa se alimenta sobre una polea, es como una reducción de 10 veces en la relación de transmisión. Esto puede crear grandes ventajas de rendimiento para los frenos eléctricos en comparación con los frenos hidráulicos.

  El punto ideal para estos frenos eléctricos es el tonelaje más liviano. Si observa las máquinas convencionales en el mercado, verá un segmento de equipos en el rango de 100 toneladas o menos; eso es bueno para las prensas eléctricas e híbridas. Con 100 toneladas o más, una prensa eléctrica requiere muchos kilovatios para generar la fuerza necesaria para hacer el trabajo. En ese punto, cualquier ahorro de energía generado por la plegadora eléctrica en comparación con un freno hidráulico es insignificante. En pocas palabras, no puedes obtener energía por nada.

  Entonces, ¿cómo transfieres la fuerza del disco a la prensa plegadora? Los tres conceptos son la unidad central, la unidad dual y la unidad distribuida.

  La unidad central es más rentable. Es sencillo. Está limitado básicamente a la flexión central o casi central. No tiene capacidades de compensación con el sistema de accionamiento central.

figura 3

Si una prensa plegadora puede cambiar y posicionar las herramientas de forma rápida y precisa, la

 operador puedecentrarse en doblar piezas y agilizar trabajos junto con procesos posteriores.

  El sistema de accionamiento individual proporciona alguna ventaja con la deflexión de la máquina. Si el pistón está empujando hacia abajo en el centro de la viga superior y la viga inferior está apoyada en los marcos laterales, se obtiene un patrón de deflexión en el centro de la curva.

  Para un sistema de doble accionamiento, que es una tecnología convencional en el mundo de la fabricación de metal de hoy en día, cuando se comienza a forzar el pistón hacia abajo, la deflexión en el centro de la máquina tiene que ser compensada. Los fabricantes de frenos de prensa abordan este desvío de muchas maneras que podrían ser dignas de un artículo en sí mismo.

  La unidad distribuida es un híbrido entre el centro y la unidad dual en la que los cilindros de desplazamiento se mueven un poco desde el lateral de la máquina. Esto crea una compensación de deflexión paralela. Puede compensar un poco la flexión de la máquina por donde coloca esas unidades.

  Con la unidad distribuida, la carga se extiende por todo el ariete. Prácticamente no hay deflexión en el pistón es el resultado.

  Coronación de cama

  La coronación es cómo una prensa plegadora compensa la deflexión de la máquina.

  La mayoría de las máquinas tienen algún tipo de dispositivo de deflexión mecánica en las máquinas. Las cuñas y los cilindros hidráulicos se utilizan para compensar a medida que aumenta la carga.

  En los sistemas de circuito cerrado, el centro del freno también está bajo CNC.

Configuración de herramientas

  El tiempo de configuración en la mayoría de los prensas plegadoras es igual al tiempo de cambio de la herramienta. Trabajando bajo la premisa de que un programa se realiza fuera de línea o de que se está volviendo a ejecutar un trabajo, una prensa plegadora debe tener tiempo de inactividad solo cuando un operador está cambiando las herramientas para el próximo trabajo.

  El medio más rentable para abordar el cambio rápido de herramientas es utilizar herramientas diseñadas para ser colocadas y retiradas fácilmente del ariete. Los tipos más comunes de herramientas que se ajustan a esta descripción son las herramientas de botón pulsador o clic.

Un botón en la parte frontal de la herramienta evita que la herramienta se caiga del ariete. Un cilindro hidráulico no solo sujeta la herramienta, sino que la asienta; la sujeción y el asentamiento de la herramienta se realizan de forma simultánea. Una configuración de herramienta de alta precisión se puede hacer muy rápidamente.

Figura 1

Incluso un operador de freno de la prensa novato puede producir una pieza aceptable en la primera curva, gracias a los monitores que muestran la posición de la parte y las secuencias de curvatura.

  Hay un límite de peso en ese clic. Cuando un segmento supera las 30 lb, la herramienta debe cargarse por completo. Muchos fabricantes compran segmentos más pequeños de la herramienta para mantenerse por debajo de los 30 lb. límite, por lo que todas las herramientas pueden tener los clics.

Velocidad de flexión

  La velocidad de plegado es hoy el tema candente en los círculos de fabricación. Una prensa plegadora típica, tal vez una tecnología de 5 a 10 años de antigüedad, puede producir alrededor de 600 curvas por hora si funciona a altas velocidades. Una prensa plegadora de alta dinámica, como un freno eléctrico, puede hacer hasta 900 curvas por hora. Esa es una mejora significativa.

  Es importante tener en cuenta que la máquina se está doblando solo una cierta cantidad de tiempo, sin embargo, digamos un 20 por ciento del tiempo durante un turno.

  Usando un tamaño de lote de 25 como ejemplo, está buscando cinco minutos para la configuración; cinco segundos para recoger y colocar la parte; cinco segundos para doblar; cinco segundos para reposicionar; cinco segundos para doblar, hasta que la pieza finalmente se ponga en la pila. El tiempo total de producción puede ser de 20 minutos, pero el tiempo de curvatura es de solo seis minutos, que es aproximadamente el 30 por ciento del tiempo total.

  Entonces, ¿cuál es la ventaja de la alta velocidad? Es con las partes pequeñas. Si tiene una máquina estándar y una máquina de alta velocidad que trabaje en piezas pequeñas, la alta velocidad realmente tiene una gran ventaja.

  Pero a medida que las partes se hacen más grandes, podría tomar varios minutos girarlas y doblarlas. Un taller de fabricación puede tener una máquina que sea infinitamente rápida, pero el rendimiento se minimiza debido al tiempo extra de manipulación del material.

Optimización de carrera

  La optimización de trazos es el siguiente punto de debate importante en la tecnología de flexión. Una prensa plegadora puede ir tan rápido antes de que comience a perder precisión y calidad de rendimiento.

  En algunos países europeos, la prensa plegadora no puede ir más allá de un cierto umbral por razones de seguridad. La solución es vivir con una velocidad fija y encontrar formas de optimizar esa velocidad y mejorar el número de curvas por hora.

  Con el enfoque en la optimización de golpes, verá frenos de prensa capaces de hasta 1,000 curvas por hora sin aumentar las velocidades de la máquina.

Diseño de parte

  Los sistemas CAD, como SolidWorks® y Pro E®, le dan a cualquier persona la capacidad de dibujar un agujero en cualquier parte de una pieza, incluso cuando no deberían colocar el agujero allí. Puede decirle al diseñador de la pieza que un orificio no debe estar tan cerca de la línea de doblez, pero el diseñador cree que si el software CAD lo permite, entonces debería ser posible.

Con este ejemplo de hacer un agujero demasiado cerca de una línea de doblez, puede intentar resolver el posible estallido con un conjunto de V-die rotativo. Los soportes giratorios en el troquel permiten que el proceso de doblado imite una operación de plegado. El resultado es una curva limpia porque la chapa metálica es compatible durante todo el proceso de curvado. Este tipo de herramientas también mejora enormemente la precisión porque la parte no puede moverse en la matriz.

  La otra solución es resolver este problema con el software (ver Figura 2). El software puede identificar dónde van a estar los reventones y, con suerte, el diseñador de la pieza puede mover el orificio para evitar el reventón.

  Por supuesto, nada supera la experiencia. Si el diseñador de la pieza tiene experiencia de flexión, sabe que se puede introducir un corte en relieve en la línea de doblez. Esta hendidura elimina la deformación antes de que la pieza llegue al piso de la tienda.

  Cambio automático de herramienta

  El cambio automático de herramientas se encuentra hoy en más prensas plegadoras (consulte la Figura 3), y esta tecnología está teniendo el mayor impacto en las operaciones de planta.

  La ventaja es que el cambio de herramienta está ocurriendo mientras el operador está haciendo otras tareas. Normalmente, el operador debe obtener algunos espacios en blanco, iniciar sesión y salir de una orden de trabajo, ocuparse de los trámites, colocar contenedores alrededor del freno y colocar los brazos de soporte. Mientras el operador está haciendo eso, los cambios de herramienta se están haciendo por él.

  Lo más difícil de usar una prensa plegadora es la configuración. Una vez que la máquina está configurada, cualquiera puede ejecutar la máquina. Los nuevos controladores muestran a los operadores inexpertos cómo manejar la pieza. Algunas de las máquinas de hoy incluso proyectan una imagen de video en el ariete justo en frente de la cara del operador, por lo que no hay necesidad de mirar hacia el monitor lateral.

  Los prensas que tienen la opción de cambio automático de herramientas vienen con diferentes estilos de cargador para el cambiador de herramientas. Algunos se encuentran en la parte trasera detrás del tope trasero. Algunos se encuentran al costado de la prensa plegadora. Algunos se encuentran detrás de la ventana de doblez, pero a lo largo del lateral del marco. Estos arreglos crean huellas de diferentes tamaños para las máquinas.

  Corrección de ángulo automática

  La corrección de ángulo automática aborda la recuperación elástica que ocurre en ciertos materiales difíciles de doblar. El valor de este tipo de sistema es que no pierde tiempo tratando de alcanzar el ángulo deseado. No hay necesidad de ciclos repetidos de flexión y liberación mientras busca ese ángulo.

  En los frenos de prensa con este tipo de corrección de ángulo, el ariete impulsa la chapa dentro del troquel para lograr el ángulo en la posición cargada. Si el punzón es largo o corto, el dado en V es grande o pequeño, el material es grueso o delgado, el ángulo cargado se mantiene. Cuando el ariete se suelta y retrocede, la lámina de metal vuelve a su estado de reposo, y el springback probablemente afecte a un cambio de ángulo con respecto a la lograda bajo carga. Los láseres o sensores miden el ángulo actual, y el software de control determina qué tipo de reencendido se necesita para alcanzar el ángulo deseado. Por lo general, después del reinicio, la pieza cumple con las especificaciones del cliente.

Interfaz hombre-máquina

  Los controles modernos han hecho posible que los fabricantes norteamericanos compitan con mano de obra barata en otros países. Un taller de fabricación no necesita un operador de freno de prensa de $ 50 por hora para producir piezas complejas, lo que es bueno porque ese fabricante ya no puede vender esas piezas por $ 20. Hoy esas partes van por $ 2 cada una. Los controles modernos lo hacen para que un operador con experiencia limitada pueda seguir la secuencia de doblado en el monitor y producir una pieza con varias curvas en un tiempo respetable.

  Estos controles también facilitan la programación de un trabajo. A pesar de que tiene más sentido poner estos programas juntos fuera de línea, lejos de la máquina, muchas tiendas todavía programan en la prensa. Entonces, ¿qué tan simple es? El operador conecta los parámetros del trabajo y luego arrastra su dedo por la pantalla para crear una forma de perfil. El software de control toma esa forma de perfil y produce una secuencia de plegado para crearla. Lo único que queda por hacer es asignar un número de parte al trabajo. Nadie está calculando la velocidad de curvatura, la tolerancia de curvatura o la altura correcta del tope trasero. Cuando se genera el programa, el operador simplemente sigue las instrucciones (ver Figura 4).

  Hubo un tiempo en que las personas debían saber mucho más sobre el proceso de doblado y las propiedades del metal si querían ser operadores exitosos de la prensa plegadora. Ahora, gran parte de ese conocimiento está contenido en el software de control.

  Los operadores solo necesitan comprometerse a completar trabajos de manera eficiente y oportuna. Ese enfoque obtiene partes para el cliente por plazos y resultados en relaciones positivas con los clientes.

  Los modernos prensas de freno han evolucionado para mantenerse al día con la necesidad de un cambio rápido de piezas. Están creando ventajas competitivas para los fabricantes de metal que las prensas más antiguas simplemente no pueden igualar.