9 preguntas acerca del software de doblado de tubos

¿De qué se trata, y cómo puede mejorar la fabricación de tubos?

May 13, 2011

¿Una máquina puede doblar un tubo específico a una geometría específica? El software de simulación de doblado de tubos puede ayudar a contestar esta pregunta sin paralizar una máquina dobladora de tubos que podría estar produciendo partes. Además de ahorrar tiempo y dinero, el software reduce el riesgo de accidentes o daño.

Dobladora de tubos

Figura 1: El software de simulación de doblado de tubo asegura que un trabajo de doblado pueda hacerse en una máquina en particular y que el doblez esté libre de colisiones.

Ésta es la pregunta más importante que usted tiene que hacerse antes de embarcarse en un nuevo trabajo de doblado de tubo (vea la Figura 1). La respuesta determinará si el tubo puede manufacturarse como se planeó.

En muchos casos, usted responde la pregunta sólo después de intentar la parte, paralizando la máquina cuando podría estar produciendo partes, y posiblemente haciendo basura con partes rechazadas. Es ahí donde la simulación de doblado de tubos puede hacer la diferencia.

La simulación de doblado de tubos prueba la geometría del tubo en un modelo de la máquina dobladora para examinar si la secuencia de doblado puede hacerse sin interferencia. Esta interferencia puede implicar colisiones del tubo con el dado de herramienta, con la propia máquina o con elementos cercanos. La interferencia también puede ser causada por dos dobleces que están demasiado cerca entre sí para ser sujetados por la herramienta o por un tubo que es demasiado pequeño, causando que la mordaza choque con el dado de presión durante el doblado.

Aun cuando un diseñador u operador de máquina dobladora experimentado con frecuencia puede detectar y evitar estos problemas, un buen software de simulación detectará automáticamente estos problemas. Esto ahorra tiempo y reduce el riesgo de daño a la máquina y al operador.

1. ¿Cómo me puede ayudar el software de simulación de doblado si hay interferencia?

Una vez detectada la interferencia con la secuencia de doblado (vea la Figura 2), el software puede ayudarlo de diferentes maneras. Si dos dobleces están demasiado cerca entre sí, el software puede informarle y decirle la distancia mínima requerida por la herramienta seleccionada. Si el tubo choca con un obstáculo cercano, el software puede probar secuencias de doblado alternativas, todas dependiendo de las capacidades de la máquina, por supuesto. Por ejemplo, una máquina dobladora sencilla de tres ejes ofrece menos opciones que una máquina dobladora compleja de doble cabeza y niveles múltiples.

2. ¿Dónde puedo usar el software de simulación de doblado?

El software de simulación de doblado pue-de usarse en varios puntos en el proceso de fabricación. Aun cuando la posición más obvia es en la máquina dobladora en sí, ésta no es la única opción, y dependiendo del flujo de fabricación, puede no ser la mejor. Aun cuando la simulación le permite probar la geometría del tubo y adaptarla según sea necesario, el ingeniero de diseño necesita ser notificado si un tubo no se puede doblar en la máquina. Todo cambio en la geometría del tubo afecta las geometrías de las partes adjuntas, las cuales también requieren de pruebas. Si algunos de estos tubos ya se han fabricado, esto puede causar problemas, costos y atrasos significativos.

Como resultado, puede ser más conveniente usar el software de simulación de doblado en el diseño de las partes tubulares, asegurando que todas las órdenes que se den al taller de tubos puedan realmente fabricarse sin necesidad de modificaciones. Si un tubo tiene que modificarse, la isometría adjunta puede ajustarse en consecuencia, sin causar problemas para la fabricación.

3. ¿Qué software de simulación de doblado puedo usar con mi máquina?

Los fabricantes de máquinas y terceras partes independientes proporcionan un gran número de productos de software de simulación. El software desarrollado por los fabricantes de máquinas se incluye con la máquina, mientras que el software desarrollado de manera independiente tiene que comprarse por separado. Éste también se diseña específicamente para su máquina. La desventaja del software de un fabricante de máquinas es que usualmente está ligado a máquinas de un sólo fabricante o incluso a un solo modelo de máquina. Si el taller de tubos usa máquinas de diversos fabricantes, el operador puede necesitar aprender múltiples aplicaciones de simulación. Además, no todos los fabricantes de máquinas ofrecen software de simulación de doblado.

La ventaja del software independiente de los fabricantes es que puede simular máquinas hechas por diferentes fabricantes en el mismo taller. Algunas aplicaciones además pueden correr pruebas múltiples, probando una geometría simultáneamente en todas las máquinas capaces de doblar el diámetro o radio seleccionado. La desventaja del software de terceras partes es que puede necesitarse que se programe una interfaz para la máquina. También necesitan crearse modelos de la máquina. Sin embargo, algunos desarrolladores independientes cooperan con múltiples fabricantes de máquinas, y esos fabricantes con frecuencia venden el software junto con la máquina, dándole al comprador las ventajas de ambas opciones.

4. ¿Cómo se crean los modelos de mis máquinas y herramientas?

Los modelos de las máquinas dobladoras pueden crearse de varias maneras diferentes. La que se considera con más frecuencia es importar el modelo en 3-D usado cuando se construyó la máquina, usualmente con una aplicación CAD dedicada. Este enfoque tiene sus ventajas, pero también tiene algunos inconvenientes. La ventaja es que el modelo ya existe, y que es sumamente preciso en sus mediciones y dimensiones.

El software de simulación

Figura 2: El software de simulación no sólo detecta una colisión posible durante el doblado, sino que también ayuda a la creación de una solución para evitar la interferencia.

La principal desventaja es que el mo-delo puede ser demasiado preciso y deta-llado. Mientras más elementos tenga que considerar el software, más potencia de procesamiento requerirá, lo que significa que correrá más lentamente. Los mo-delos en 3-D usados para la construcción de la máquina con frecuencia tienen miles de componentes, como eslabones de cadena, O-rings, tornillos y arandelas. Además incluyen componentes dentro del cuerpo de la máquina, los cuales no son realmente relevantes para las pruebas de interferencia. Otra desventaja es que estos modelos en 3-D usualmente no especifican el rango de movimiento ni la dirección de los diversos componentes. Y si una máquina antigua necesita ac-tualizarse con software de simulación independiente, el modelo original en 3-D puede no estar disponible.

Un método alternativo para crear modelos de máquinas y herramientas es medir la máquina real ya sea con un sistema de medición o simplemente a mano. Dependiendo de la máquina y del método, puede crearse un modelo detallado de una máquina dobladora en un tiempo de seis a ocho horas. Este modelo puede incluso incorporar modificaciones del modelo original, las cuales fueron agregadas por los propietarios. Estos modelos serán un tanto simplificados para reducir la cantidad de potencia de procesamiento usada, pero aún conservan un nivel de precisión requerido para las pruebas de interferencia.

5. ¿El software de simulación de doblado puede ayudarme a compensar propiedades del material?

Varias propiedades del material afectan un doblez de tubo. Una de éstas es el estiramiento, el cual adelgaza el material en el doblez. El estiramiento puede contrarrestarse elevando al tubo durante el doblado.

Otra propiedad, la recuperación elástica, es la tendencia de un tubo a regresar a su forma original. Esto hace que el ángulo doblado del tubo difiera del ángulo deseado. La única forma de compensar la recuperación elástica es el sobredoblado. Por ejemplo, para obtener un doblez de 90 grados, necesita doblarse un ángulo ligeramente más grande. Sin embargo, este ángulo de doblado ligeramente mayor también afecta la longitud del tubo recto entre dobleces, lo cual influirá en qué tan largo necesita ser el tubo antes de iniciar el doblado.

Determinar los ángulos de sobre-doblado requeridos y las reducciones de tracción para combatir la recupe-ración elástica puede hacerse de diferentes maneras. Una requiere que la máquina compense automáticamente. Otra es usar un software de simulación de doblado capaz de compensar factores del material (vea la Figura 3). Esto puede hacerse creando un archivo maestro de materiales que liste todos los materiales usados con sus diámetros, espesores de pared, radios y otras propiedades de los materiales. Un doblado cuidadoso de prueba de varios tubos puede llenar esta lista para que pueda usarse para consulta antes del doblado. Otra opción implica el uso de software de simulación de doblado como interfaz con un sistema CAM, el cual puede medir el doblez de un tubo sin compensar las propiedades del material. Luego el resultado se compara con los datos objetivo, y el software extrapola los ajustes requeridos.

La ventaja de un archivo maestro de materiales es que el proceso de doblar tubos de prueba para medición tiene que hacerse una sola vez. El inconveniente es que no toma en cuenta las diferencias entre lotes, y en lugar de esto asume una calidad consistente del material sin importar el proveedor. La ventaja de la integración con un sistema CAM es que este método puede usarse en producción en serie para asegurarse de que todos los tubos cumplan con sus normas, y que sólo necesitan doblarse uno o dos ejemplos de prueba antes de que pueda empezar la fabricación.

6. ¿Cómo puedo usar los resultados que obtenga a partir de la simulación de doblado?

Una de las tareas que más tiempo requiere para un operador de máquina es calcular e introducir los datos necesarios para doblar el tubo, especialmente si el operador tiene que ajustar los datos para sobredoblado y revisar los datos si necesita modificarse la secuencia de doblado. La máquina permanece sin uso si no hay atraso de trabajo, y si otras estaciones en el taller dependen del suministro continuo de tubo doblado, la máquina se convierte en un cuello de botella de la fabricación.

El software de simulación de doblado usualmente no sólo calcula los datos requeridos para doblar el tubo, sino que además ofrece funciones de salida que le permiten usar los valores inmediatamente. Un ejemplo de esto es la opción de imprimir hojas de trabajo para cada dibujo, que detallan las dimensiones y valores del doblado. Otra opción es una exportación directa de datos CNC en un formato que pueda leer la máquina. Luego el archivo se envía a la máquina—ya sea en una unidad USB o por una rede inmediatamente tiene toda la información requerida.

El problema con las interfaces es que una aplicación desarrollada por el fabricante podrá exportar los datos de doblado sólo en el formato que usa esa máquina en particular. Si un taller tiene máquinas de diferentes fabricantes, esto puede conducir al problema de tener que usar múltiples simulaciones paralelas. El software desarrollado independientemente ofrece un poco más de flexibilidad aquí, debido a que pueden integrarse interfaces con diferentes modelos y tipos de máquinas si se requiere.

7. Si tengo una máquina dobladora de inducción, de formas libres o de cabezas múltiples, ¿aún así puedo usar software de simulación de doblado?

No toda aplicación puede usarse para todo tipo de máquina. Por ejemplo, existen diferencias significativas entre el doblado de inducción y el doblado de mandril regular. Y las matemáticas involucradas en el doblado de formas libres con una cabeza dobladora móvil son tan complejas e intrincadas que sólo unas cuantas aplicaciones pueden hacer estos cálculos. La simulación de máquinas dobladoras de cabezas múltiples, por otro lado, es relativamente simple (vea la Figura 4), y la mayoría de las aplicaciones pueden hacer esta función.

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Figura 3: Crear un archivo maestro de materiales, un listado detallado de cómo reaccionan los diferentes materiales de tubo en secuencias específicas de doblado dentro del software de simulación, puede ayudarle a elegir la mejor manera de compensar la recuperación elástica.

Si su taller de tubos usa una máquina dobladora de inducción o de formas libres y el fabricante no ofrece una aplicación de simulación de doblado, la gama de software disponible se limita a los desarrolladores independientes que proveen estos servicios especiales.

8. ¿Qué otras características ofrece el software de simulación de doblado de tubos?

Aun cuando todos los productos de software de simulación comparten funciones básicas, como detección de interferencia y una representación gráfica de la secuencia de doblado, algunos programas ofrecen varias características adicionales.

Éstas pueden incluir interfaces de importación a varias plataformas o formatos de dibujo, como IGES o PCF, por lo que no tienen que crearse geometrías en la aplicación de simulación en sí. Esto es especialmente útil para talleres de tubo que trabajan como contratistas, debido a que pueden recibir dibujos técnicos de sus clientes en estos formatos, importarlos y probarlos, y luego fabricar los tubos como se especificó. Los operadores no necesitan las plataformas CAD usadas para la creación de los diseños mientras tengan software de simulación de doblado con las interfaces correctas de importación.

Otra característica útil para los talle-res con múltiples máquinas es la opción de pruebas múltiples descrita anteriormente, la cual puede ser muy importante al momento de asignar órdenes de trabajo. Sabiendo qué máquina es capaz de doblar qué tubos, usted puede asignar órdenes individuales a las máquinas de la manera más eficiente posible. Si el software de simulación incluye aproximación del tiempo de ciclo para cada máquina, además hace posible comparar las dos máquinas directamente entre sí.

De manera similar, la opción de probar varios tubos puede ser muy útil. Algunos software de simulación de doblado pueden extraer una lista de isometrías, hacer cálculos matemáticos en segundo plano, y dar una lista de los resultados de doblado para cada tubo, incluyendo los datos CNC. De esta forma, el departamento de diseño no tiene que probar cada dibujo individualmente, sino que puede probar varios tubos en un tiempo muy corto.

Debido a que usualmente es más fácil agregar bridas a tubos rectos que a tubos doblados, algunas máquinas dobladoras son capaces de doblar tubos con bridas. Otras máquinas no pueden asir extremos de tubo con brida, así que si necesita fa-bricarse un tubo con brida en un extremo, las opciones para las secuencias de doblado alternativas son limitadas. Sin embargo, algunas aplicaciones de simulación no sólo pueden tomar en cuenta la presencia de una brida al calcular la secuencia de doblado, sino que además calculan la rotación de las bridas, una con relación a la otra, lo cual se requiere para asegurar que los agujeros de la brida en ambos extremos del tubo estén en la posición correcta después del doblado. De esta forma, las bridas pueden fijarse correctamente antes del doblado, sin necesidad de ajustes.

Finalmente, algunas geometrías de tubo requieren que dos dobleces estén tan cerca que se necesita herramental hecho especialmente. Este herramental no sólo tiene que diseñarse con mucho cuidado, sino que también tiene que integrarse al software de simulación. Idealmente, por supuesto, la simulación de doblado proporciona los datos requeridos para fabricar la herramienta, ahorrándoles varias horas de trabajo a los dise-ñadores de herramientas mientras que simultáneamente prueba la geometría del tubo en sí. Desafortunadamente, muy pocas aplicaciones son capaces de este tipo de cálculos en este momento, pero esto puede cambiar en un futuro cercano.

9. ¿Cuáles son las limitaciones del software de simulación de doblado?

Aun cuando el poderoso software de simulación de doblado puede ser muy efectivo en aumentar la productividad y en reducir costos, usted necesita estar conciente de algunas limitaciones.

Lo más importante, las simulaciones no pueden reemplazar la pericia humana. La simulación es tan precisa como los modelos de máquinas y herramientas. Si los modelos son incorrectos, la simulación no puede ser precisa. Debido a esto, usted necesita supervisar siempre el proceso de doblado, para poder ignorar los resultados de la simulación de doblado en caso necesario.

Cuando se trata de compensar las propiedades de los materiales, el software no puede considerar las diferencias de calidad dentro de un lote de material. Si existe una interfaz con el sistema CAM, pueden ajustarse los factores del material para un nuevo lote, por supuesto, pero éste siempre asume que cada tubo en el lote comparte las mismas cualidades.

Los talleres también tienen que considerar las necesidades futuras así como las actuales al elegir opciones de software. Un programa de software hoy puede no tener sentido para una operación expandida en el futuro.

Simulación de flexión del tubo

Figura 4: El doblado de tubo simulado no se limita a máquinas dobladoras de una sola cabeza; la simulación de máquinas dobladoras de cabezas múltiples también es bastante común.



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