Diseñando dados amigables con la velocidad

Cómo operar el herramental a velocidad máxima con roturas mínimas

November 16, 2009

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En el competitivo ambiente de la actualidad, las compañías de estampado están buscando reducir costos a cualquier forma imaginable. Usualmente, el primer lugar adonde voltean los estampadores para reducir costos es la carga de mano de obra por parte, lo cual conduce a la inevitable lucha por producir partes más rápido.

Definiendo la 'alta velocidad'

El estampado a alta velocidad es un término relativo. Lo que se considera alta velocidad varía dependiendo del tamaño de la parte. Para una defensa automotriz, 100 partes por minuto (PPM) sería algo muy rápido. En comparación, estampar una arandela pequeña sencilla a 100 carreras por minuto (spm) sería muy lento. Los dados de estampado progresivo de alta velocidad para formar partes complejas muy pequeañs, como conectores elíctricos, pueden diseñarse de forma que las partes puedan producirse a un ritmo de 1,200 a 1,500 SPM.

En la mayoría de los casos, cuando se desean velocidades más rápidas, se usan más estaciones de trabajo, resultando en un mayor costo de dados. Con base en esta premisa, uno de los primeros pasos en el diseño de un dado progresivo—e, idealmente, el proceso de cotización—debe ser establecer qué tan rápido va a operar la herramienta.

Con frecuencia, en alguna parte del proceso, alguien establecerá qué tan rápido necesitan ser producidas las partes, sin basar ese ritmo en las capacidades de manufactura. Usualmente, este objetivo se base en la velocidad a la que debe producirse una parte para producir una ganancia. A menos que se usen con cautela, estos cálculos aproximados pueden causar muchos problemas.

El equipo de soporte debe ser adecuado para la velocidad

Antes de buscar la capacidad de velocidad en el diseño de la herramienta, primero usted debe conocer las capacidades de velocidad de la prensa y del equipo de soporte que operará el dado. La capacidad de velocidad de la herramienta es irrelevante si el alimentador de la prensa, la entrega de materia prima, la inspeccián visual, los sensores, el carrete de recoleccián y las bandas transportadoras no pueden seguir el ritmo.

Al determinar la capacidad de algunos de estos equipos, usted necesita convertir una velocidad lineal como pies por minuto (FPM) o pulgadas por segundo (IPS) en carreras por minuto. Para calcular la velocidad máxima del equipo en SPM (carreras por minuto), debe dividir la velocidad lineal entre la progresión.

Equilibrando la velocidad y las roturas

Hay dos factores que establecen la capacidad de velocidad de un dado de estampado. El primero es simplemente qué tan rápido puede producirse la parte fsicamente. El segundo es a qué velocidad falla la herramienta (rotura).

La resistencia de las funciones de transporte (portador), qué tan alto debe levantarse la parte, y las limitaciones mecánicas de los resortes y levas de acción lateral (mandriles) limitan fsicamente qué tan rápido puede hacerse la parte. Aunque problemas asociados con estos componentes pueden causar rotura de la herramienta, éstos no se originan a partir de la rotura de la herramienta.

Diseño para contrarrestar los límites físicos. De una u otra forma, cada uno de los factores físicos que limitan la velocidad est dictado por la configuración, o el diseño, de la parte. Cuando sea posible, puede serle muy útil trabajar de cerca con el diseñador del producto para identificar los compromisos del producto que hacen a la parte más "amigable con la velocidad".

  1. Por ejemplo, una parte puede diseñarse actualmente con muy pocas áreas donde ésta puede ser sujetada entre progresiones, haciendo al portador demasiado débil para alimentar las partes a altas velocidades sin colapsarse (vea la Figura 1). Entonces, un cambio menor en el diseño que haga al portador más robusto puede aumentar la capacidad de velocidad.
  2. Pueden hacerse otros compromisos de diseño sin comprometer la calidad de las partes. Por ejemplo, si puede alterarse el diseño del producto para reducir o eliminar la necesidad de viaje de las levas de acción lateral, o reducir la distancia que necesitan viajar los resortes, pueden lograrse valiosos incrementos de la velocidad.
  3. El reducir qué tan alto debe levantarse una parte dentro del dado progresivo puede ayudar a alcanzar velocidades más altas. La forma más común de limitar el levantamiento es usando más estaciones de formado. Una forma alta puede rediseñarse con estaciones múltiples usando formas más bajas que requieran menos levantamiento (vea la Figura 2).

Evitando la falla de la herramienta

La falla de la herramienta es también un gran reto. El costo asociado con las roturas de herramientas lo hace un tema muy importante. Aunque el aplicar prácticas de sentido común de diseño de herramental robusto ciertamente ayuda, no hay nada que reemplace la experiencia al diseñar herramental para evitar las roturas. Con frecuencia, al estampar partes más complicadas y más pequeñas, atender la rotura es más fácil en los dichos que en los hechos.

No sólo partes más gruesas. El diseñar dados para operar a velocidades altas no es tan simple como hacer un componente de dado más grueso en un área específica. De hecho, a veces ese enfoque falla debido a que resulta en más masa reciprocante, aumentando así el potencial de una rotura.

El análisis cuidadoso de las presiones de formado y corte y su efecto en el he-rramental es crítico. El usar técnicas de reforzamiento, como colocación estratégica de radios y chaflanes en el herramental, es más efectivo.

Conozca el punto de ruptura. Para estampar eficazmente a altas velocidades, usted debe entender la rotura de herramientas y el punto de disminución del rendimiento. Esto es muy difícil de balancear. Debido a que la experiencia es crucial para establecer prácticas de diseño que eviten la rotura, primero debe entender y equilibrar entre los beneficios a largo plazo de operar más rápido y los beneficios a corto plazo de operar más lento. Debido a que la rotura de herramientas es costosa—tiempo improductivo, horas de diseño y manufactura al detalle—es natural sentirse obligado a reducir la velocidad para que no haya rotura de herramental.

Por el contrario, si la rotura se analiza y se rediseña con cuidado, el conocimiento logrado puede usarse para mejorar la capacidad de velocidad de las herramientas futuras.

Es común escuchar decir a fabricantes de herramientas frustrados, ¿quiere operar la herramienta a 1,000 SPM todo el día sin problemas, o quiere operarla a 1,200 SPM y que falle cada dos horas? El beneficio a corto plazo de producir partes a velocidades probadas más lentas es que usted no incurrirá en tiempo improductivo no planeado y costos de herramental causados por rotura.

Por supuesto, la desventaja de operar a velocidades más lentas es que nunca conocerá los puntos débiles de una herramienta y por lo tanto nunca logrará el conocimiento requerido para maximizar la velocidad a la que puede ser operada. Si nunca fuerza el límite de velocidad, cómo va a saber cuál es la velocidad más alta que se puede alcanzar?

Cuando todo está dicho y diseñado

La sed de conocimiento de los diseñadores de dados puede demandar límites de velocidad más altos. Dicho esto, los estampadores est´n en el negocio para obtener una ganancia, y buscar velocidades altas de estampado a cualquier costo es irresponsable. Trabajando de cerca con el personal del cuarto de prensas para analizar las roturas y mejorar los diseños de las herramientas es muy probable que se obtengan los mejores resultados.

Ya sea que esté estampando una gran defensa o un diminuto pin eléctrico, el aumentar eficazmente la velocidad de su herramienta de estampado resultar´ en ahorros de costos. Una vez que conozca la capacidad del equipo de soporte, puede empezar a concentrarse en lo que puede hacerse en cuanto al diseño de herramientas para aumentar las velocidades de estampado.

La combinación de pulir el diseño del producto para que sea más amigable con la velocidad y de eliminar las roturas relacionadas con la velocidad son pasos importantes en el proceso. También es de especial importancia que todos los involucrados en el diseño, construcción y operación de los dados estampadores estén en la misma p´gina.

Cada individuo debe entender dónde se encuentra la compañía con respecto al balance entre costos de roturas de corto plazo y los beneficios de largo plazo de buscar velocidades más altas. Si alguien dentro de la cadena es presionado por otros en el grupo para operar la herramienta ya sea más rápido o más lento, es probable que esta persona elija en última instancia la ruta de menor resistencia, sea o no en el mejor interés de la compañía.



Rob Driver


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