Fijación para producciones cortas

Un enfoque a la fijación abre opciones para los fabricantes de producciones cortas de productos altamente mezclados

April 26, 2013

Fijación para producciones cortas - TheFabricator.com

Figura 1: Esta fijación usa placas cortadas con precisión, o “hojas” que soportan la pieza de trabajo. Note que los interiores de la placa están cortados. Esto ayuda a reducir el peso de la fijación.

Las fijaciones para soldar pueden ser caras y complicadas. Los fabricantes preguntan con frecuencia, ¿Qué tan rápido puedo tener una fijación, a qué costo, y con qué tasa de retorno? Cuando puede hacerse la fijación con técnicas de fijación rápidas y económicas, aceptar esos trabajos se hace atractivo.

Aquí es donde la tecnología entra en escena. Los avanzados sistemas CAD 3-D han permitido a los diseñadores de herramental usar sustracción de cuerpo sólido (que requiere procesos como maquinado) para crear un modelo de fijación para cualquier proceso de manufactura dado. Dicha fijación derivada de software ha jugado un rol importante en aplicaciones de maquinado por algún tiempo.

Para fijación de piezas de trabajo en chapa, dependiendo del componente que se va a fijar y del sistema CAD, este proceso a veces puede ser rápido y fácil; pero otras veces no es mucho mejor que los métodos tradicionales de construcción manual de fijaciones. El herramental pesado para fijaciones tradicionales con frecuencia depende de costosos procesos como fresado y otros procesos no metálicos.

Entonces, ¿cómo puede minimizarse esto? La respuesta simple es combinar los procesos y la maquinaria que usted ya tiene—incluyendo corte láser, corte con chorro de agua y punzonado—con el sistema CAD apropiado.

CAD y fijación para producciones cortas

En situaciones de productos en bajo volumen y altamente mezclados, la fijación puede disparar los costos. Considere la soldadura robótica. Históricamente, dicha automatización ha sido mucho más rentable para producciones grandes. Pero el “justo a tiempo” demanda más flexibilidad y por lo tanto, producciones más cortas. Entonces, ¿dónde queda el robot de soldar? Los retos de la fijación pueden evitar que usted use el robot en producciones cortas, así que usted acaba usando valiosa mano de obra para hacer la soldadura y para hacer o conseguir de otro lado una fijación costosa. Si usted ya usa un robot, bien puede estar sin funcionar mientras se hace una fijación cara o se consigue de otro lado.

Usted puede reducir los pesados costos tanto de la soldadura como de la construcción de fijaciones usando software para crear la fijación rápidamente. Supongamos que tiene una producción corta que se ordena cada tres meses. Usando una fijación generada por computadora y grabando posteriormente el programa de robot, usted puede reducir drásticamente el tiempo de diseño de la fijación para producciones posteriores, haciendo el método robótico mucho más efectivo. (Robots aparte, el crear fijaciones en parte o por completo con software también aumenta la eficiencia de la soldadura manual, por la misma razón: modelar su fijación en CAD reduce el tiempo de diseño de la fijación.)

Digamos que pasan tres meses y vuelve de nuevo el trabajo, sólo que esta vez un cambio en el proceso corriente arriba requiere ajuste a los puntos de contacto entre la fijación y la parte. El técnico puede cargar el modelo original en CAD y hacer los cambios geométricos menores a la fijación que se requieran. Luego puede hacerse una nueva fijación para reemplazar una existente.

Cuando usted programa fuera de línea, trabaja con el modelo ideal matemáticamente perfecto. Por supuesto, las partes del mundo real no se hacen con perfección matemática, así que usted necesita una forma de comparar el mode-lo perfecto con la situación real, y adaptar el programa de robot. Dependiendo del modelo de robot o de si hay acceso a un brazo de prueba, usted puede tomar un conjunto de tres coordenadas XYZ. El sistema compara esas coordenadas reales con las del modelo de computadora, y luego hace los ajustes de programación necesarios.

Dichos ajustes se vuelven críticos para trabajo en lotes pequeños que se ordena repetidamente. Cuando viene el pedido nuevamente, el sistema puede usar estos conjuntos de coordenadas XYZ para comparar la situación real con el programa de robot almacenado de la última producción, de forma que se puedan hacer de nuevo los ajustes apropiados al programa de robot.

El enfoque de las hojas

Por años, los fabricantes han modelado fijaciones en CAD, sacando el diseño de sujeciones del cuarto de herramientas y llevándolo al escritorio de la computadora. Pero esto por sí solo no supera todos los retos. Sigue llevándole tiempo al ingeniero construir una herramienta en pantalla. El ingeniero de herramental puede facilitarse el trabajo desarro-llando una biblioteca de componentes comunes—un conjunto Erector®, de tipos, que le permita diseñar varias formas y soportes con elementos comunes. Pero una vez completa, la fijación para soldar puede tener una abrazadera de soporte aquí, otro bloque allá—componentes que deben maquinarse. El fresado y el torneado son procesos básicos del cuarto de herramientas por una razón: son precisos. Y ningún proceso de manufactura puede ser preciso sin componentes de fijación precisos.

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Figura 2: En esta fijación, las patas tipo clip (en la parte inferior de las secciones de hoja color púrpura) se deslizan y aseguran en las ranuras en la placa base. Esto simplifica el ensamble y desensamble de la fijación y elimina la necesidad de soldadura por puntos.

Sin embargo, actualmente el fresado y el torneado no son las únicas opciones, especialmente en el taller de fabricación metálica por contrato. Procesos como el corte con láser, el corte con chorro de agua, e incluso el punzonado, se han vuelto lo suficientemente precisos para producir componentes de fijación. Además se lleva menos tiempo (y por lo tanto menor costo) cortar hoja o placa que fresar o tornear. Así que en lugar de limitarse a un conjunto de componentes de fijación tradicionales, ¿por qué no usar también una serie de placas cortadas con precisión, u “hojas” para soportar un ensamble que se va a soldar (vea la Figura 1)? Una vez diseñadas las hojas, el software puede exportar el diseño de las hojas a archivos DXF para corte láser, corte con chorro de agua o punzonado.

Este método puede minimizar o eliminar el maquinado requerido para construir una fijación. Debido a que el enfoque usa componentes comunes, acorta el tiempo de desarrollo de la fijación para el ingeniero de herramental. Como un rompecabezas en 3-D, los componentes de fijación se unen para crear una fijación de parte. En esencia, los bordes superiores de las hojas se ajustan a los bordes inferior y vertical (dirección Z) de las partes sólidas, creando una base en la cual pue-de ponerse el ensamble de la parte.

Usar componentes de placa estándar simplifica enormemente el diseño de fijaciones, pero sigue habiendo variables, que incluyen el calibre del material de la hoja, el tamaño, los agujeros de la placa base y sus posiciones. Ciertos paquetes de software toman en cuenta estas variables para automatizar la edición de fijaciones. El software puede importar las partes de componentes al sistema como cuerpos sólidos, y luego llevar a los usuarios paso a paso a través del diseño de la fijación. Además puede importar archivos CAD de sujeción estándar (de compañías como De-Sta-Co). Todo esto permite al programa modelar el ensamble completo de parte y fijación.

Cómo ayuda a la manufactura el diseño de las hojas

Considere el diseño de fijación de la Figura 2. Una placa base genérica pue-de incluir ranuras a intervalos con un paso estándar. Las hojas de fijación pue-den insertarse en la placa base usando pestañas con “pie de sujeción”; pestañas rectangulares para cuadros pero con extensiones tipo pie. Éstas permiten a las hojas deslizarse y fijarse en las ranuras de la placa base. No sólo eliminan la necesidad de componentes para soldar por puntos los componentes de fijación, sino que además, debido a que la sujeción no tiene unión soldada, puede desensamblarse rápidamente y apilarse plana para su almacenamiento.

Note los cortes abiertos tipo ventana en las propias hojas, que se muestran en las Figuras 1 y 2. Estas ventanas reducen el peso de la fijación, lo cual puede facilitarles la vida a los técnicos que cambian frecuentemente sujeciones para producciones cortas. Dichas ventanas en la hoja además ayudan a disipar calor de la soldadura, minimizando el ligero crecimiento de material que puede ocurrir si los componentes de la sujeción están sometidos a calor por periodos prolongados.

La parte más crítica de la hoja es el borde que hace contacto con la pieza de trabajo en sí. No todos los bordes de hoja quedan perfectamente al ras con la pieza de trabajo; si así fuera, la fijación no podría adaptarse a la variabilidad en las geometrías de las partes, especialmente originadas de los procesos de doblado.

Considere un borde de la hoja que soporta el radio de una parte. Debido a cierta variabilidad inevitable corriente arriba, ese doblez puede ser más menos unas centésimas de pulgada. Para dar cabida a esto, el borde de la hoja que hace contacto con la pieza de trabajo está hecho de tal forma que hay un espacio (digamos, 0.050 pulgadas) entre la superficie de la pieza de trabajo y el borde de la hoja. A intervalos especificados hay pequeñas “protuberancias” que hacen puente en este espacio de 0.050 pulgadas. Si la geometría de una parte varía ligeramente de la norma (aunque siga estando dentro de las tolerancias especificadas por el cliente), se pueden pulir las protuberancias para ajustarse. Estas protuberancias además reducen los efectos del calor en la sujeción. Si una parte quedara al ras en un borde de hoja, se transferiría más calor a los componentes de fijación durante la soldadura.

Estas protuberancias pueden no funcionar siempre para materiales sensibles o suaves, como el aluminio. Así que para estas aplicaciones, dichas sujeciones pue-den incorporar métodos de amarre para reducir o eliminar rasguños en la superficie de la parte. Digamos que usted tiene una caja de aluminio que necesita poner en una fijación de acero. En lugar de pequeñas pestañas o protuberancias, estas hojas tienen ranuras que pueden soportar bandas de cobre o de plástico que pueden pasarse a través de las hojas, como se muestra en la Figura 3. Estas bandas de cobre o de plástico sostienen la pieza de trabajo de forma que la parte sale de la célula de soldadura libre de rasguños.

En algunos casos, la parte puede estar soldada en una posición de “base” de la fijación, con la pistola de soldar capaz de entrar a todas las juntas requeridas en una configuración. En otros casos, una parte puede requerir múltiples posiciones de base: es decir, la parte puede sujetarse de una manera, soldarse, luego reposicionarse en otra fijación en la misma placa base, como se muestra en la Figura 4. O incluso podría diseñarse una placa base con varias fijaciones que sostuvieran partes diferentes. En gran medida, la simplicidad o complejidad del diseño de la fijación usando este enfoque de hojas está determinado por la imaginación del fabricante y por los requerimientos del trabajo.

Lo más importante, este método—combinado con software CAD que puede ayudar en el proceso de diseño de la fijación—ayuda a reducir espectacularmente el tiempo de construcción de una fijación, y por lo tanto, a reducir costos. Y, por supuesto, entre menos tiempo gaste un taller en construir fijaciones, menos tiempo le tomará a la compañía despachar partes de calidad.



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