Selección de prensas: soluciones

Reglas, consejoes y advertencias

May 21, 2009

By:

En el mercado global de nuestros días, si su costo por parte no es suficientemente bajo, puede no obtener el trabajo—o peor aún, no obtendrá ganacias del trabajo. Usted necesita una prensa adecuada para la aplicación. Est gúia le ayudará a contester sus preguntas sobre la selección de prensas.

press selection

¿Está usted buscando una prensa o un sistema de prensa? ¿Su búsqueda le generó muchas preguntas? ¿Parece que mientras más preguntas hace, más preguntas necesita hacer?

La investigación es justificada. Elegir la prensa correcta puede significar la diferencia entre estar en el negro o en el rojo. En el mercado global actual, si su costo por parte no es suficientemente bajo, usted no obtendrá el trabajo—o peor, usted no obtendrá una ganancia del trabajo. Necesita una prensa adecuada para la aplicación.

Las demandas actuales de un mayor grado de precisión de las partes, mayor productividad que antes; la capacidad de estampar una gama de materiales, incluyendo metal de alta resistencia; y de la flexibilidad para producciones de muchas partes y de pocas partes, partes pequeñas y grandes, hacer formado superficial y profundo, han complicado el proceso de selección. Además, mientras que una parte específica puede indicar una prensa específica, el clima volátil de los negocios de hoy significa que usted tiene que considerar además las demandas futuras, quizás seleccionando una prensa que pueda crecer con usted conforme cambien sus necesidades.

Este artículo de ninguna manera tiene la intención de ser un tratado exhaustivo para la selección de prensas—libros enteros llenos de esta materia amenazan con salirse de sus cubiertas. Simplemente tiene el propósito de señalar algunas características y diferencias de las prensas, y resaltar algunas consideraciones para ayudar a reducir sus opciones y prepararlo para la importante consulta con un fabricante de prensas confiable y serio que pueda afinar su selección antes de que usted haga una compra.

Correspondencia de las Características de las Prensas con sus Aplicaciones

Las siguientes preguntas—y sus respuestas, proporcionadas por fabricantes y expertos de equipo industrial—intentan ser una guía general para ayudarle a simplificar la titánica tarea de seleccionar una prensa o un sistema de prensa.

1. ¿Qué tipo de prensa es mejor para mis necesidades de velocidad y volumen?

La demanda de reducir el precio de la parte ha requerido velocidades de producción más altas, comentó Dennis Cattell, gerente principal (senior) de proyecto de The Minster Machine Co.

Velocidad—Materiales. "El tipo y grado de material, el tipo de lubricación y la carrera de la prensa determinan la velocidad máxima de producción a la que usted puede operar", dijo Cattell, agregando que los fabricantes de prensas proveen gráficas que muestran la velocidad de deslizamiento en todo el ciclo de la prensa.

[Regla de Dedo] "La mayoría de las máquinas está equipada con una velocidad variable", dijo Cattell. "Aunque la prensa tiene la capacidad de operar más rápido, usted no puede llevar la velocidad de deslizamiento más allá de los límites de conformabilidad del material sin partir o romper el metal.

[Consejo] Velocidad—Velocidad de Deslizamiento. "Con frecuencia cuando los estampadores seleccionan una prensa, piden la carrera de prensa más larga posible para estar listos para cualquier trabajo imprevisto que puedan cotizar en el futuro. Desafortunadamente, una carrera de prensa más larga viene con una velocidad de deslizamiento más alta y, normalmente, una velocidad de producción total más baja—por lo tanto, un menor valor de parte por millón [PPM]—se perderá eficiencia", dijo Cattell. "Con los nuevos materiales actuales, aceptar esta penalización es un error. Con materiales de alta resistencia, es muy importante que la velocidad de deslizamiento se mantenga al mínimo".

Velocidad—Volumen. "El primer paso en este complicado y largo proceso de selección de una prensa es el mismo", dijo Dennis Boerger, gerente de proyecto de AIDA-America. "Sin excepción, las características de la parte—tamaño físico, cantidad tipo y espesor del material—dictan la selección adecuada".

"Si el requerimiento de volumen de una parte dicta operarla automáticamente a 20 SPM [carreras por minuto, por sus siglas en inglés] o un millón de partes por semana—como un componente electrónico pequeño—la elección correcta sería una prensa mecánica", explicó Boerger.

"Sin embargo, para una parte de carrocería externa con una producción de sólo ocho por minuto que requiere que se aplique tonelaje en toda la carrera, una prensa hidráulica puede ser la mejor opción", dijo Boerger.

Velocidad—Sistemas de Accionamiento Mecánico. "Cada sistema de accionamiento tiene una característica de movimiento única relacionada con su respuesta mecánica al motor de accionamiento", dijo Andreas Kinzyk, director de ventas de sistemas de formado de metal, Schuler Inc.

"Los accionamientos de las prensas mecánicas operan con una razón de carrera variable; sin embargo, las relaciones tiempo-viaje son fijas, aun con una carrera opcional ajustable", dijo Kinzyk. "Por lo tanto, la parte más lenta del proceso de formado determina la velocidad del ciclo total y la razón de producción subsiguiente". En algunos casos, esto puede comprometer la eficiencia del proceso total.

"Así, para optimizar la razón de producción y el proceso de formado de una prensa mecánica, la meta es desarrollar una relación variable tiempo-viaje para el deslizamiento—como puede hacerse con un diseño de accionamiento servomecánico", dijo Kinzyk.

Elija el servomecanismo de biela articulada. "Las prensas mecánicas equipadas con mecanismo de biela articulada (también llamado movimiento alternativo del carro [ASM, por sus siglas en inglés]) le permiten reducir la velocidad del carro yendo a la porción de trabajo del ciclo de la prensa; luego, una vez a través del BDC [centro del punto muerto inferior, por sus siglas en inglés], el carro puede regresar rápidamente a la parte superior de la carrera, dijo Cattell. De manera alternativa, las prensas de carrera de ajuste infinito [servomecanismos hidráulicos, neumáticos] le permiten el ajuste fino de la carrera rápidamente a la longitud de la parte y diseño de dado para lograr el máximo valor de SPM posible".

"Con un accionamiento excéntrico, el movimiento del carro es una curva sinusoidal; la velocidad del carro disminuye antes del BDC y también disminuye en el TDC, y aumenta durante el cierre y la apertura", continuó Kinzyk. "Debido al sistema de accionamiento excéntrico, el tonelaje alrededor del BDC disminuye con par de motor constante. Esto es adecuado para el proceso de formado y transferencia en general", dijo Kinzyk.

"La flecha excéntrica, o eje cigüeñal, las prensas generalmente tienen una separación pequeña y una carrera más corta, dijo Boerger de AIDA. "Algunas prensas con eje cigüeñal tienen deflexión por giro torsional durante el formado, lo cual requiere que la prensa golpee el material más duro para lograr las características de parte requeridas. Un diseño avanzado de prensa de eje cigüeñal minimiza este problema.

"El mecanismo de biela articulada está diseñado para reducir la velocidad de contacto sobre el movimiento del eje hasta en 50 por ciento, permitiendo a las prensas mecánicas aceptar aplicaciones de embutido profundo", dijo Boerger.

La selección de accionamiento de engrane doble, sencillo o directo es accionada por la aplicación de la parte, el tamaño, la velocidad requerida para producirla y el par. El accionamiento directo es una velocidad muy alta—miles de SPM; el accionamiento de un solo engrane es cientos de SPM, y el accionamiento de doble engrane opera a alrededor de 40 SPM, dijo Boerger.

2. Más allá de las características de la parte, y del diseño del bastidor, ¿qué más necesito saber acerca de la selección del tonelaje?

[Regla de Dedo] Valores de Tonelaje. "Cada prensa está especificada por el tonelaje [fuerza en toneladas] que puede aplicar a su distancia especificada desde el BDC del ciclo de prensa hasta el BDC del mismo ciclo de prensa", dijo Cattell de Minster.

Rangos de Tonelaje. Los tonelajes de las prensas para trabajo con metal son de 3 a 5,000 (el tonelaje de una prensa de forjado en frío es tan alta como 50,000). El rango promedio de trabajo para una prensa mecánica es entre 30 y 1,000 toneladas, dijo Cattell.

Tonelaje—Tamaño de la Cama. El acero de alta resistencia (HSS, por sus siglas en inglés) es más difícil de formar que otros materiales, y requiere más estaciones de herramental y más tonelaje de prensa; por lo tanto, se requieren prensas con una capacidad de tonelaje mayor y camas más grandes, dijo Boerger.

Se requiere alto tonelaje y camas grandes para estampar partes múltiples con cada carrera de prensa usando dados multiherramienta, como dados progresivos, dijeron los fabricantes (vea la barra lateral Diseño del Bastidor, Carga y Deflexión).

Tonelaje—Hidráulica. "El tonelaje requerido para hacer un trabajo es el mismo para una prensa hidráulica que para una prensa mecánica", dijo Dining de Greenerd. "Puede haber ciertas aplicaciones, como embutido profundo, donde la característica completa de potencia carrera de una prensa hidráulica reduce el tonelaje, pero no hay ejemplos conocidos donde el usar una prensa hidráulica requiera más tonelaje".

Tonelaje—Neumática. Típicamente, los tonelajes de una prensa neumática son de 3 a 210, dijo Rick Meyer, gerente de ventas de Airam Press Co. "El tonelaje pleno especificado se asegura en toda la carrera porque la presión del aire permanece constante".

[Consejo] Se requiere menos Tonelaje para Formado en Caliente. Usted puede comprar una prensa de menor tonelaje para formado en caliente que para formado en frío. Swamy Kotagiri, director de investigación y desarrollo de Cosma Intl., dijo que el requerimiento de tonelaje para formar en caliente una parte de HSS es sustancialmente menor que el requerido para formarla en frío. "Por ejemplo, formar en caliente la parte embutida de un pilar en B requiere sólo de 30 por ciento a 40 por ciento del tonelaje necesitado para formarla en frío usando un material de resistencia similar", dijo. "Por lo tanto, la parte que requiere 1,000 toneladas para ser estampada en frío, sólo requiere de 300 a 400 toneladas para ser formada en caliente", dijo.

3. ¿Qué otras características de prensa debo buscar para estampar materiales de alta resistencia, incluyendo acero inoxidable? ¿Acero al boro? ¿Aluminio?

HSS, Inoxidable—Alto Tonelaje, Camas Grandes. Se requieren más estaciones de herramental para estampar HSS difícil de formar, por lo que usted necesita una prensa con una cama grande. Se necesitan prensas con una mayor capacidad de tonelaje para aplicar la mayor fuerza requerida para fracturar y formar el material, dijo Boerger.

HSS, Inoxidable—Pasos múltiples, Servo e Hidráulica. Para reducir la recuperación elástica mientras se forman aleaciones de titanio, acero inoxidable y otros HSS, tradicionalmente, los estampadores han formado el metal progresivamente en múltiples carreras completas en una configuración de dado progresivo de prensa mecánica. De manera alternativa, por su capacidad de esperar o aplicar presión en cualquier punto de la carrera, una prensa servomecánica o una prensa hidráulica pueden formar la parte sin una configuración de dado progresivo, aplicando progresivamente más fuerza a la parte con cada paso sin que el carro viaje por toda la carrera. Se ha logrado una buena reducción de la recuperación elástica, dijeron los fabricantes.

Aceros Inoxidables Austeníticos—Fuerza Alta del Sostenedor de la Pieza en Tosco. El alto potencial de elongación de estos aceros, y por lo tanto la buena conformabilidad, los hace favorables para embutido por estirado y embutido profundo, de acuerdo con recursos técnicos de Schuler. "También muestran un alto grado de templado en frío. Como resultado, usted necesita una prensa con una fuerza grande del sostenedor de piezas en tosco [fuerza del amortiguador de embutido] para reducir el arqueamiento".

HSS, Inoxidable, UHSS—Formación de Piezas en Tosco y Embutido Profundo, Carro dual, Carro triple. La alta fuerza de prensa requerida para hacer una pieza en tosco de HSS y UHSS—dos o tres veces la fuerza para embutido profundo del mismo material—generalmente es reconocida; sin embargo, el choque severo del impacto del corte durante la formación de piezas en tosco no es bien reconocido, ni es la mayor fuerza del sostenedor de piezas en tosco requerida durante el embutido para evitar alabeo, de acuerdo con expertos de Schuler. Debido a que la fuerza requerida para embutir es menor que la fuerza requerida para formar piezas en tosco de UHSS y HSS, ocurren problemas con la precisión cuando usted trata de llevar a cabo ambas acciones en el mismo carro. La fuerza mayor para formar piezas en tosco causa una fuerte inversión del par de inclinación al ir de la operación de embutido a la formación de piezas en tosco y de regreso, y así sucesivamente, dijo.

[Consejo] El problema puede resolverse separando la prensa en un carro de embutido y uno o más carros de formación de piezas en tosco. Este tipo de prensa se denomina prensa de carro dual o carro triple.

Advertencia] HSS, Inoxidable—Prensas de Transferencia. El mismo estira y afloja entre la fuerza de embutido y la fuerza de formado de piezas en tosco también ocurre en las prensas de transferencia, dijo Cattell de Minster. Idealmente, toda la operación, desde el material de acuñado hasta la parte terminada, debe completarse en una prensa de transferencia. Sin embargo, en muchos casos con acero de alta resistencia, esto no es posible", dijo Cattell.

[Sugerencia] "Debido al mayor tonelaje requerido para formar piezas en tosco de acero de alta resistencia, junto con la necesidad de anidar la pieza en tosco para ahorrar material de acuñado, puede ser más práctico y económico usar dos prensas más pequeñas que una muy grande", dijo Cattell. El material de HSS puede formarse en tosco fuera de línea y apilarse. Luego, la pila de piezas en tosco puede alimentarse automáticamente a la prensa de transferencia", dijo.

Inoxidable, HSS—Formado en Caliente (arriba de la temperatura de recristalización), Servo. Estudios realizados sobre el formado de aceros inoxidables concluyeron que un acero inoxidable austenítico Tipo 304 muestra una mejora remarcable en su facilidad a ser embutido cuando es formado a temperaturas elevadas (alrededor de 100 grados a 200 grados C), dijo el Dr. Taylan Altan, directo de Center for Precision Forming.

"La capacidad de programación infinita de velocidades de una servoprensa es muy útil para optimizar el proceso de formado en caliente (arriba de la temperatura de recristalización)", dijo Altan. La cortina de la prensa puede programarse para velocidad lenta durante el formado para reducir la razón de esfuerzo y mejorar la conformabilidad de embutido y una rápida carrera de retorno para reducir el tiempo del ciclo. Además, puede programarse una etapa de espera dentro de la curva de movimiento de la cortina de la prensa para que haya tiempo para calentar la pieza en tosco antes de que empiece el embutido profundo", continuó Altan.

[Consejo] "De hecho, una de las ventajas más significativas de la tecnología de servoprensas es para aplicaciones de formado en caliente (arriba de la temperatura de recristalización); el formado en caliente abajo de la temperatura de cristalización puede ocurrir a través de herramientas calentadas deteniendo el carro o esperando en la carrera", dijo Altan. "Esto elimina la necesidad de sistemas de calentamiento y de transferencia fuera de la prensa".

Acero al Boro—Formado en Caliente, Hidráulica. Estampar componentes complejos y estructurales de HSS y UHSS en una prensa mecánica es difícil, requiere un tonelaje mayor y puede enfrentarse a problemas como la recuperación elástica y la fractura del material, dijeron los fabricantes. El formado en caliente de componentes estructurales típicos relacionados con la seguridad a partir de acero al boro en una prensa hidráulica resuelve algunos de estos problemas.

Stamper Cosma Int'l. aplica su propia técnica de formado en caliente para estampar componentes metálicos estructurales automotrices como los pilares A y B y cabezales de techo para cumplir metas de reducción de peso, mientras que se cumple además con los requerimientos de resistencia.

Cotagiri de Cosma explicó. "Usted calienta el acero al boro a alrededor de 900 grados C, luego lo transfiere rápidamente a una prensa donde forma la parte mientras el acero está caliente, y luego la parte es enfriada—por agua—en el dado, dijo.

Los requerimientos de la línea de prensa que se necesitan para el proceso de formado en caliente comprenden un horno de forja de rodillo de operación continua para calentar las piezas en tosco hasta la temperatura de la austenita, una prensa hidráulica de formado en caliente usualmente en el rango de 600 a 800 toneladas con un sistema de enfriamiento de dado (circuitos de enfriamiento por agua), y la automatización apropiada, de acuerdo con Kinzyk de Schuler. "La clave es enfriar las partes desde una micro-estructura austenítica en el menor tiempo posible para lograr la estructura martensítica deseada que le da al componente propiedades de material de alta resistencia hasta de 1,500 MPa".

[Advertencia] Las prensas hidráulicas usadas en formado en caliente deben mantenerse bien y no pueden tener fugas de fluido, para evitar riesgos de incendio, dijo Kinzyk. Además, el tanque hidráulico está montado típicamente en el lado opuesto, lejos del horno.

Aluminio—Servo, Hidráulica. El control programable de movimiento del carro de las prensas servomecánicas y la carrera del carro completamente programable de las prensas hidráulicas combinan bien con las características de conformabilidad del aluminio, dijeron los expertos.

Generalmente, el aluminio no tiene la capacidad de elongación del acero—alrededor del 30 por ciento al 45 por ciento del acero de embutido profundo, de acuerdo con Art Hedrick, presidente de Dieology. Se deforma, o estira, localmente. Además, el aluminio tiene más recuperación elástica que el acero suave con calidad de embutido.

Por lo tanto, las partes que requieren mucho estiramiento en un área pequeña se hacen mejor en reducciones de embutido múltiples y operaciones de formado múltiple. Una configuración de dado progresivo de prensa mecánica también es adecuada.

Aluminio—Embutido, Mecánica. La mayoría de los amortiguadores de embutido neumáticos e hidráulicos en las prensas mecánicas no puede producir una fuerza de retención reproducible claramente definida, dijo Haller. Severos picos de fuerza y golpes de impacto pueden endurecer o marcar el suave e impresionable aluminio bajo el sostenedor de piezas en tosco. Por lo tanto, es crítico asegurarse de que la prensa pueda equiparse con un amortiguador hidráulico libremente ajustable con preaceleración para embutido normal y embutido profundo de partes de aluminio.

Materiales Compuestos—Servo, Hidráulica. Los fabricantes de prensas dijeron que para materiales compuestos, chapa perforada y otros materiales que se dañan con más facilidad que otros materiales por impactos de alta velocidad, una prensa servomecánica o hidráulica puede programarse para formar la parte con carreras progresivas múltiples. Esto elimina la necesidad de una prensa mecánica con una configuración de dado progresivo.

Laminaciones—Alta velocidad. "Se requieren prensas de alta velocidad que puedan manejar piezas en tosco y perforado con un mínimo choque liberación de fuerza para producir laminaciones", dijo Paul Pfundtner, presidente de Red Stag Engineering & Automation Inc. "La selección de la prensa está muy limitada para esta aplicación, es crítico usar una prensa diseñada específicamente para estampado de laminación. Las prensas deben tener una deflexión de 0.0009 a 0.0019 por pulgada desde el borde de navaja en una línea central del cabezal al borde exterior del cabezal.



FMA Communications Inc.

Kate Bachman

Editor
FMA Communications Inc.
833 Featherstone Road
Rockford, IL 61107
Phone: 815-381-1302

Related Companies

comments powered by Disqus