Pensando más allí de la prensa de cortina

El plegado y el doblado de paneles se adaptan a infinidad de configuraciones, volúmenes

February 9, 2010

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Automated panel bender

Figura 1: Una dobladora automatizada de paneles posiciona una pieza de trabajo. Foto cortesía de Salvagnini America.

Cuando los fabricantes piensan en doblado automatizado, usualmente viene a la mente un robot conectado a una prensa de cortina. Así es en volúmenes altos. Pero las prensas de cortina no son la única opción de automatización, y los altos volúmenes no siempre son un prerrequisito. Los sistemas automatizados de plegado y doblado de paneles sostienen un lado de la pieza en tosco mientras doblan la pestaña hacia arriba o hacia abajo (vea la Figura 1 y la Figura 2). Los sistemas sirven para varios ambientes, de acuerdo con las fuentes, incluyendo producción en lotes o en juegos, volumen alto o bajo, mezcla alta o baja de partes, y así sucesivamente.

Las nuevas iteraciones de la tecnología superan las limitaciones previas. Por ejemplo, los sistemas manuales de plegado, como sus homólogos de prensa, podrían plegar en una sola dirección. Actualmente, algunos sistemas automatizados de plegado ofrecen brazos senci­llos que articulan, alterando su punto de pivote y moviéndose alrededor de pestañas previamente dobladas para plegar en las direcciones positiva y negativa.

La geometría de las partes también ha presentado algunos obstáculos. Las prensas de cortina pueden manejar partes pequeñas sumamente complejas que los sistemas tanto de plegado como de doblado de paneles históricamente no podían tocar. Pero la nueva tecnología de hecho puede doblar automáticamente partes pequeñas (vea la Figura 3), usando herramental de sujeción prestado del plegado y doblado de paneles, e introduciendo una forma de manejar la parte sin robots con brazos articulados, los cuales pueden tener dificultad en asir piezas de trabajo pequeñas.

Las limitaciones persisten. Los sistemas pueden doblar sólo hasta ciertas alturas de pestaña. El plegado de brazo sencillo y la mayoría de las dobladoras de paneles se especializan en doblar material delgado. Pero dentro de esas restricciones, la tecnología establecida y la naciente pueden ayudar a eliminar esos cuellos de botella tan familiares en el área de doblado.

Doblando rápido

Algunas compañías de lámparas usan líneas de doblado de paneles para producir geometrías complejas en tiempos de ciclo increíblemente bajos—medidos en segundos. Con frecuencia conectadas a líneas de rollos con sistemas de piezas en tosco, estas líneas de doblado de paneles son modulares, usualmente teniendo de dos a cuatro estaciones, cada una dedicada a dobleces parti­culares (vea la Figura 4).

De acuerdo con Matti Lukkari, director de ventas técnicas en Pivatic Oy localizada en Finlandia, el rendimiento de la inversión para estos sistemas grandes tiene sentido para volúmenes de 100,000 o más al año. Un fabricante de lámparas, dijo, produce hasta un millón de paneles al año en dichos sistemas.

En estos sistemas, herramental de sujeción y alas de doblado pliegan pestañas hacia arriba y hacia abajo; las alas superiores se mueven hacia abajo para plegar en la dirección negativa. Las alas inferiores se mueven hacia arriba para plegar en la dirección positiva (vea la Figura 5). La máquina puede posicionar partes para tener alas de doblado en cualquiera de los lados. Ambos lados de una parte pueden doblarse de manera simultánea—de ahí esos rápidos tiempos de ciclo. De acuerdo con Lukkari, pueden doblarse paneles complejos en tan sólo 20 segundos.

"El mayor beneficio es que no hay movimiento entre la pieza de trabajo y la herramienta de plegado", explicó Lukkari. "Eso significa que no hay marcas ni rasguños en la pieza de trabajo y no hay desgaste en las herramientas de plegado", lo que hace posible el doblado sin atender de material previamente pintado y de otros materiales.

El número de estaciones puede perso­nalizarse con base en las necesidades de la familia de productos, dijo. Un sistema de dos estaciones puede tener cuatro formadores de ala para paneles, adecuados para aplicaciones como estantería, cajones y otros muebles de oficina. Una configuración de tres estaciones podría tener seis formadores de ala para envolturas y cajas, adecuados para productos como hornos y cajas de rollos.

En una configuración típica, las primeras estaciones doblan los lados largos del panel, plegando pestañas hacia arriba y hacia abajo en cualquier combinación, dentro de ciertos límites de longitud de pestaña. Luego el panel se mueve al segundo juego de estaciones, el cual dobla el lado más corto. "Ahora que los lados ya están doblados, la longitud de las herramientas de sujeción en la segunda estación debe embonar entre los lados ya doblados", dijo Lukkari.

Con frecuencia se requieren cambios en las herramientas de sujeción para líneas configuradas para geometrías de partes va­riables. Los sistemas manuales y automatizados pueden hacer esto. En la configuración manual, el operador presiona un botón que libera la abrazadera hidráulica de la he­rramienta de sujeción, para luego poder cambiar la herramienta manualmente. "Típicamente, un operador puede hacer esto en unos cuantos minutos", dijo Lukkari. "Sin embargo, es una operación manual la que necesita hacerse".

La opción automatizada involucra un sistema servo-accionado que quita las he­rramientas de sujeción y las pone en un ca­rrusel. "Cuando está equipado con este tipo de sistema de cambio de herramienta de sujeción", dijo, "el sistema está inactivo sólo por un tiempo de 30 segundos a un máximo de un minuto".

Dicho doblado automatizado tiene limi­taciones de espesor y tamaño de las partes. Algunas estaciones están diseñadas para hacer dobleces para cajas y cosas similares. Pero en las estaciones de paneles estándar, las alturas de pestaña necesitan ser de alrededor de 4.7 pulgadas (11.9cm) o menos para quitar el herramental. Las herramientas especializadas para hacer dobleces en esquina reducen esa altura de pestaña a un poco más de 3 pulgadas (7.6cm). Debido a que estos sistemas tienen posicionadores automáticos de pieza en tosco que sólo pueden acercarse hasta cierto punto a la línea de doblez, estos sistemas tienen pro­blemas cuando se trata de secciones menores a 12 pulgadas (30.5cm). El espesor máximo es un poco menor que 0.050 pulgadas (1.27mm).

Pero, "si un usuario final trabaja con un número limitado de familias de partes, como las de lámparas o muebles de oficina", dijo Lukkari, "entonces aprecia la flexibilidad y también el tiempo de ciclo más pequeño posible".

Haciendo juegos

Los fabricantes que producen partes en juegos, con diferentes partes fluyendo a través de células para llegar al ensamble como un juego completo, crean retos especiales para la automatización del doblado. La pieza en tosco se ha adaptado alejándose del herramental pesado en procesos como el estampado y acercándose a procesos más flexibles como el corte láser.

Los juegos presentan retos de doblado, particularmente en la prensa de cortina. Los arreglos de herramental en etapas y segmentado han evitado problemas, pero esto no altera el hecho de que las prensas necesitan punzones y dados diferentes para doblar geometrías y espesores de material. Un taller podría producir lotes mayores y reducir el número de cambios, pero eso significa que el trabajo en proceso necesitaría detenerse hasta que todos los lotes de productos estuvieran completos antes de empezar el ensamble. Diga adiós al flujo de partes de una sola pieza.

"En una dobladora de paneles, la configuración de herramientas es automática", dijo Bill Bossard, presidente de Salvagnini America, Hamilton, Ohio. "Usted puede ir de un panel de 5 por 10 pulgadas (12.7cm x 25.4cm) a uno de 5 por 10 pies (1.5m x 3m), y usted tiene cero configuración (manual), debido a que las herramientas se posicionan ellas mismas para permitir holguras de pestañas largas y cortas".

El cambio entre partes ocurre sumamente rápido, dijo. Entre seis y ocho segundos, un nuevo programa es jalado (introducido previamente fuera de línea), los bloques de referencia y dispo­sitivos son movidos a su sitio para el nuevo tamaño de pieza en tosco, el he­rramental de sujeción se dispone automáticamente para manejar dife­rentes longitudes de parte, y la máquina está lista para continuar.

Este tipo de equipo es ideal para acercarse más al flujo de partes de una sola pieza de la manufactura esbelta", dijo Bossard. "Usted podría necesitar hacer cientos de productos al año, y cada ensamble podría tener 50 partes. No hay razón para que usted no pudiera producir de la parte No. 1 a la 50, y luego repetir".

La tecnología no funciona para todo. De nuevo, las pestañas sólo pueden tener cierta altura. "Construimos máquinas que van a una altura de hasta 10 pulgadas (25.4cm), y un sistema especial para [pestañas] de 13 pulgadas (33cm) de alto, diseñado para manufactura de cajas eléctricas", dijo Bossard. Pero la mayor parte del trabajo de doblado de paneles se concentra en pestañas relativamente bajas.

El material delgado domina. La ma­yoría de los sistemas no dobla material de más de 1/8 de pulgada de espesor. Los tamaños de los paneles van de 5 por 10 pulgadas (12.7cm x 25.4cm) a 60 por 157 pulgadas (1.5m x 4m) o más, dependiendo del sistema. Partes menores a 5 por 10 pulgadas (12.7cm x 25.4cm) y más gruesas que 1/8 de pulgada siguen siendo el punto fuerte de la prensa de cortina.

Los nuevos sistemas de doblado de paneles integran una cizalla para ayudar a producir partes como rieles de refuerzo soldados en el lado trasero de cajas de paneles. Como lo explicó Bossard, esto "le permite doblar un perfil angosto y cortarlo con una navaja de cizalla por abajo, y entonces la dobladora sigue formando el panel principal".

Agregó que el monitoreo de piezas de trabajo ha sido perfeccionado con los años para asegurar que el material correcto entre al área de doblez en el momento correcto. Los desarrolladores de sistemas usan análisis de elementos finitos, entre otras cosas, para diseñar componentes de doblado para minimizar la deflexión; las pruebas y el trabajo de diagnóstico han analizado las áreas de tensión y compresión de infinidad de materiales doblados, y el conocimiento se ha integrado en el diseño del doblado de paneles (vea la Figura 6).

Las máquinas dobladoras ahora tienen sensores de corrientes Eddy (parásitas) que detectan la microestructura del material sobre la marcha, con los controles de la máquina dibujando desde una base de datos de tablas de materiales. Cuando la pieza en tosco se mueve hacia el área de doblado, la máquina puede detectar propiedades mecánicas, ya sea acero inoxidable, acero o aluminio. El espesor también se mide dos veces, y si el espesor está fuera del rango de tolerancia para la parte, la máquina automáticamente actualiza el programa de doblez para adaptarlo.

Una opción autónoma

Al adoptar la automatización, muchos prefieren flujo ininterrumpido entre las piezas en tosco y el doblado, con juegos de partes saliendo continuamente, listos para el ensamble.

Michael Stock, gerente de productos de doblado de Prima Finn-Power North America, Arlington Heights, Illinois, dijo que este arreglo con frecuencia es ideal, pero no es para todos. ¿Qué pasa si las partes requieren granelado o desbarbado? ¿Qué pasa si el área de ensamble no está cerca del área de piezas en tosco? Transportar partes de formas extrañas puede ser algo engo­rroso, por lo que algunos pueden preferir mover piezas en tosco cortadas en plano desde los centros láser y de punzonadora de torreta hacia un área de doblado adyacente al pintado o al ensamble.

Generalmente, el área de doblado consta únicamente de prensas de cortina. Pero en ambientes de producción de alta mezcla o en juegos, "es una lucha constante para la prensa de cortina", dijo Stock, "porque usted gasta un 80 por ciento de su día cambiando la máquina con herramental dife­rente, y el 20 por ciento del día realmente doblando partes".

Las dobladoras especializadas de la ac­tualidad pueden ayudar (vea la Figura 7). Aunque a distancia pueden verse como una prensa de cortina, y tener una huella similar, de hecho parecen dobladoras de paneles sin manejo de material automatizado. En lugar de mesas grandes con manipuladores de piezas en tosco servo-accionados, estos centros autónomos de doblado requieren un operador que llame el programa, ponga la pieza en tosco dentro del espacio de trabajo—y luego se quite.

En este arreglo, el operador escanea un código de barras de la pieza en tosco para rastreo de la parte, pone la pieza en tosco en el espacio de trabajo, inicia el ciclo de doblez, luego reposiciona la parte a 90 ó 180 grados para dobleces posteriores. Como en el doblado de paneles, el cambio de herra­mientas ocurre automáticamente, esta vez con unidades robóticas a la izquierda y a la derecha de la cama de doblado. Los componentes individuales del herramental de sujeción se juntan para adaptarse a longitudes de doblez específicas. Las herramientas son bloqueadas en su posición y desbloqueadas hidráulicamente, pareciéndose a lo que ocurre en los centros automatizados de doblado de tamaño normal (vea la Figura 8). También pueden usarse herramientas especializadas para relieves en esquina y otras formas.

Las ventajas del doblado convencional de paneles se aplican también a este sistema. "El herramental estándar puede doblar en toda la capacidad de la máquina, hasta calibre 11", dijo Stock. "Además, las herramientas estándar, aunque tienen sus protuberancias, pueden hacer radios múltiples y ángulos diferentes, así como dobladillos".

Automatizando lo grande y lo pequeño

Aunque los sistemas de plegado de doble brazo pueden doblar calibres gruesos en la dirección positiva y negativa, los sistemas de plegado de un solo brazo trabajan principalmente con material calibre 11 y más delgado, dependiendo del modelo de máquina. Los sistemas automatizados de un solo brazo ahora tienen un brazo que puede moverse hacia adentro y hacia afuera para cambiar puntos de pivote para doblado tanto positivo como negativo, así como posicionamiento y manejo automatizados de partes.

Los sistemas automatizados de plegado "deben diseñarse para producir juegos", dijo Rick Wester, vicepresidente de RAS Systems LLC, Peachtree City, Georgia.

En dichos sistemas, hay escaners que miden las piezas toscas que llegan para asegurar que la geometría concuerde con la del programa y que la parte esté dentro de la tolerancia. Luego la pieza en tosco es llevada a la línea de doblez, e inicia el programa de plegado.

"Luego podemos poner otra parte en la mesa, medirla y moverla a su posición, luego poner una tercera parte en la mesa y medirla. En cuanto la primera parte se quita, la segunda parte está a sólo cuatro segundos de estar en posición para su primer doblez. Y éstas pueden ser partes diferentes—una tapa, una base o una envoltura, por ejemplo. Así, en lugar de producir 50 de cada una, usted tiene un producto que puede doblar, juntar, y luego embarcar casi inmediatamente".

Pero como en los centros de doblado de paneles, los sistemas automatizados de plegado no pueden manejar partes pequeñas menores a 10 pulgadas (25.4cm) de ancho o de largo (de nuevo, dependiendo del modelo de la máquina). "El manipulador agarra la parte", dijo Wester, "por lo que eso significa que nosotros sólo tenemos un alcance de 6 pulgadas (15.2cm) desde la línea de doblez".

He ahí por qué las partes pequeñas han sido relegadas a las prensas de cortina. Desde el punto de vista del flujo de partes, esto puede presentar un reto. Para muchos ensambles electrónicos y cajas, varias unidades podrían compartir abrazaderas internas pequeñas y otros componentes. Desafortunadamente, debido a que las mismas abrazaderas pueden ir en varias cajas, los volúmenes son más altos. El doblarlas puede ocupar un buen tiempo en el área de la prensa de cortina y requerir que las manos del operador estén cerca de la línea de doblez.

El año pasado salió al mercado europeo un nuevo tipo de máquina, una que dobla automáticamente partes con dimensiones menores a 1.5 por 2 pulgadas (3.8cm x 5cm), pestañas de hasta 5 pulgadas (12.7cm), y con espesores hasta calibre 11 en acero suave (vea la Figura 3). Las he­rramientas de sujeción de partes son como las de un centro de plegado, pero aquí termina el parecido. Por ser lanzado en Norteamérica en un futuro cercano, el sistema no usa un brazo de plegado. En su lugar, un manipulador especializado de partes sostiene por la mitad la pequeña pieza en tosco, sujetándola por arriba y por abajo. Luego lleva la pieza en tosco al espacio de trabajo y la pone entre las herramientas de sujeción. Detrás de éstas hay dos herramientas de doblado, una que se mueve hacia arriba para dobleces positivos, otra hacia abajo para dobleces negativos—similar a una dobladora automatizada de paneles. El manipulador de partes y las herramientas de sujeción permanecen fijos mientras que las herramientas de doblado forman la parte. Para doblar otro lado, las herramientas de sujeción se abren, el manejador de partes gira la pieza, y el proceso empieza de nuevo (vea la Figura 9).

Como una dobladora de paneles, el sistema usa herramientas segmentadas de sujeción y de doblado para diferentes longitudes de doblez y geometrías de partes; por ejemplo, herramientas angostas para doblar, una sección con saliente hacia arriba entre dos porciones planas (vea la Figura 10). Como en el plegado y doblado de paneles, el ángulo no depende del herramental, sino simplemente de qué tanto empujen el material las herramientas de doblado. Esta máquina también escanea partes para asegurar que tiene la pieza en tosco correcta para la compensación de toda tolerancia de carga.

Wester explicó que esta máquina está diseñada para partes pequeñas: 24 por 24 pulgadas (61cm x 61xm) sería el máximo absoluto.

Esta unidad, agregó, se diseñó para complementar configuraciones de doblado mayores. Las dobladoras grandes manejan los paneles hechos a la medida, mientras que la dobladora de partes pequeñas puede producir fácilmente esas abrazaderas internas comunes, aunque el sistema puede usarse también para tamaños de lote chicos y medianos.

Doblado complementario

Las fuentes agregaron que estas máquinas sirven con frecuencia como un complemento de la prensa de cortina, no como un reemplazo de ésta. Un taller puede tener una plegadora automatizada o una dobladora de paneles para partes grandes hechas a la medida, con una prensa de cortina para bajo volumen o placa gruesa, no adecuada para doblado de paneles o plegado de un solo brazo. (Hay sistemas automatizados de plegado de doble brazo para manejar doblado de placa relativamente gruesa). Las fuentes agregaron que las prensas de cortina robóticas pueden ser una buena opción para piezas en tosco que no encajan en las restricciones de geometría de partes de una plegadora o dobladora automatizada de paneles.

Todas las fuentes dejaron bien claro un punto. En el área de doblado, las prensas de cortina no son la única máquina herramienta disponible, y no son las únicas máquinas que pueden automatizarse. Ahora más que nunca, un manufacturero puede tener más de una herramienta dobladora de chapa metálica en la caja de herramientas de fabricación.



FMA Communications Inc.

Tim Heston

Senior Editor
FMA Communications Inc.
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