Sistemas automatizados de prensa a prensa—analizados en detalle

Un OEM automotriz instaló una línea en tándem automatizada que comprendía cinco líneas de prensas JIER y un sistema de transferencia de barra transversal Güdel roboBeam para una transferencia directa de partes de prensa a prensa sin una estación intermedia o de orientación. Todos los servomovimientos de los alimentadores están conectados por razones de seguridad con codificadores de operación en paralelo, los cuales están siempre sincronizados electrónicamente con los ángulos de la prensa.

Cuando usted empieza a considerar un programa para producir los componentes automotrices de la mejor calidad a las más altas tasas de rendimiento—e incorpora un material nuevo a la mezcla—hay innumerables detalles por considerar que impactarán el producto final.

Consideraciones de prensa

Si un OEM o estampador Tier desea instalar un sistema automatizado para estampar sus componentes automotrices grandes, primero debe considerar todas las variables, como por ejemplo configuración general de la prensa, longitud de carrera de la prensa, abertura del espacio del dado, puntos de interferencia, velocidad, tonelaje y energía requeridos, y remoción de desperdicios.

Tándem o transferencia. El OEM o estampador Tier primero debe elegir la configuración general de la prensa, como por ejemplo una prensa de transferencia o una línea de prensa a prensa.

Una prensa de transferencia requiere que todos los componentes sean anidados en el dado antes de hacer funcionar la prensa. En una línea en tándem, la prensa puede funcionar una vez que el componente individual está anidado en el dado.

En una línea en tándem, las prensas están sincronizadas por un cambioo de prensa variable—típicamente 60 grados entre sí para que la prensa 1 llegue al centro muerto inferior primero, luego la prensa 2 llegará al centro muerto inferior 60 grados después, y así sucesivamente. La distancia de centro a centro de las prensas debe ser lo más corta posible a la vez que permita reparaciones y mantenimiento de las prensas. Esto sirve como una línea de base para la colocación de las prensas y la colocación de los demás componentes.

Longitud de carrera de prensa, abertura del espacio de dado. La longitud de carrera de prensa y la abertura del espacio del dado necesitan ser lo suficientemente grandes para permitir que los componentes sean cargados en los dados con estabilidad. En la mayoría de los casos, eso requiere automatización de transferencia con dos brazos, así como una abertura amplia para el espacio de dado de izquierda a derecha.

Si se usa transferencia de un solo brazo, como por ejemplo un robot, la automatización costará menos, incluyendo el costo de la abertura de prensa de izquierda a derecha, debido a que será más pequeña, pero la desventaja es un componente menos estable debido a que puede necesitar tiempo para estabilizarse y dejar de rebotar antes de ser puesto en el dado. El control total del componente durante la transferencia de dado a dado, bajo aceleración, desaceleración y fuerzas G, se vuelve crítico.

Velocidad, tonelaje, energía. La velocidad de prensa, tonelaje y energía requeridos necesitan ser suficientes para producir al ritmo requerido, y necesita considerarse el movimiento de deslizamiento, como por ejemplo una prensa servomecánica, de accionamiento excéntrico estándar, o de accionamiento de corredera (link drive). También deben considerarse todos los demás movimientos de deslizamiento variables y diversas curvas de interferencia que entran en juego para dar cabida a la curva óptima de interferencia de deslizamiento/desplazamiento.

Puntos de interferencia. Una revisión de la integración de la automatización en una configuración de prensa debe incluir la búsqueda de puntos potenciales de interferencia, como por ejemplo bandejas de goteo, líneas de retorno de aceite entre las columnas, vías de vehículos deslizantes, soportes de interruptores de control, conexiones de válvulas de automatización de aire, y equipo montado en cama como por ejemplo abrazaderas de refuerzo. Si se encuentra alguna interferencia, el OEM o estampador necesita diseñar alrededor de la interferencia o reubicarla para permitir el espacio requerido usando una herramienta de simulación.

Remoción de desperdicios. En las operaciones de estampado, la remoción de desperdicios con frecuencia es algo secundario; es mejor diseñar antes. El desprendimiento de desperdicios, tanto a través del cabezal como de la cama, así como puertas de desperdicios al frente y atrás de la prensa son características de diseño imprescindibles.

Todos los ejes en una transferencia de barra transversal son completamente programables para una máxima flexibilidad.

Integración de automatización

Una vez que se han incluido todas esas consideraciones en la planeación, el herramental de automatización y dado puede empezar a ponerse virtualmente en el sistema de producción de prensa y, en última instancia, ponerse físicamente para su validación.

Dimensionando el cabezal, la ventana, la altura de cierre. El tamaño físico de los dados y cilindros de nitrógeno, múltiple, cuñas de dado, válvulas de automatización de aire e interruptores límite agregados definirán el tamaño físico del cabezal, aberturas de ventana de prensa, altura de cierre y cualquier otra interferencia potencial. Todos estos detalles necesitan atenderse para que el herramental de la etapa previa pueda montarse en cabezales móviles. Lo mismo puede decirse para carros de herramental separados, si son parte del sistema de producción de prensa.

Control de accionamiento. Otra consideración importante para la configuración del sistema de prensa es el control de accionamiento principal. Este sistema tiene un diseño muy robusto debido a que necesitará durar la vida de la prensa. Éste estará muy ocupado durante el encendido de prensa, arranque y nueva prueba de dado; el accionamiento principal se enciende y apaga muchas veces durante estos pasos.

Almohadilla de dado. Debe decidirse si se va a usar una almohadilla de dado. Hay muchas configuraciones de almohadilla, que incluyen preaceleración, post-levantamiento, distancia de resistencia y número de puntos de resistencia. El costo también es una consideración.

Tonelaje de prensa inicial. Las consideraciones finales se centran en el tonelaje de la prensa inicial. Es muy probable que ésta necesite tener una capacidad de tonelaje mayor que las siguientes prensas, pues se hace una gran cantidad de trabajo en la primera prensa. Normalmente, la parte es estirada en la prensa inicial, aun si no se usa almohadilla y se usa nitrógeno en su lugar.

La automatización y los efectores para asir las piezas y los componentes corriente abajo son casi exclusivamente ventosas. En generaciones posteriores de automatización, se agregaron sujetadores.

El tamaño máximo de parte individual, de derecha a izquierda, es 4,160 mm, siendo el mínimo 1,145 mm. En la dirección del frente hacia atrás, el tamaño máximo de parte individual es 2,090 mm, siendo el mínimo 600 mm.

Para producir partes dobles independientes, el máximo de derecha a izquierda es 1,930 mm y el mínimo es 965 mm. En la dirección del frente hacia atrás, el máximo es 2,090 mm y el mínimo es 600 mm. La limitación de peso de una pieza individual es 60 kg, y por supuesto, para una pieza doble independiente es de 30 kg cada una.

El espesor de material de las partes de acero diseñadas necesita estar dentro del rango de 0.4 a 3.0 mm, y para aluminio, de 0.75 a 4 mm.

Para toda parte específica, la aceleración, desaceleración, posicionamiento de la parte y fuerzas G son entradas calculadas que el OEM o estampador ejecuta en el programa de simulación de línea de prensas. Estas entradas luego se introducen en la receta de la parte que comanda la trayectoria de movimiento de la automatización.

Una unidad de piñón y cremallera acciona la barra de soporte de la barra transversal y es guiada por dos guías lineales en los ejes Z y YB.

Ejemplo de caso de OEM automotriz

Un OEM automotriz estudió cómo estampar sus paneles de carrocería automotriz, como por ejemplo cofres, puertas, defensas, laterales y muchos de los componentes interiores correspondientes. Las partes iban a formarse tanto de aluminio como de acero.

Empezando con la configuración general de prensas para los paneles de carrocería, el fabricante automotriz eligió usar una línea en tándem en la creencia de que ésta sería gradualmente más rápida que una prensa de transferencia.

La compañía usa una almohadilla NC en la primera prensa de la línea en tándem, y la colocación del componente en el dado y su remoción están sincronizadas de acuerdo con el movimiento de la almohadilla y la presentación del componente en la posición de levantamiento para la automatización de salida.

El OEM usa un sistema de automatización Güdel roboBeam, el cual es un sistema de transferencia de barra transversal para una transferencia directa de partes de prensa a prensa sin una estación de orientación o intermediaria. Todos los servomovimientos de los alimentadores están conectados por razones de seguridad con codificadores de operación en paralelo, los cuales están siempre sincronizados electrónicamente a los ángulos de la prensa.

El concepto del sistema comprende una combinación de tecnología de movimiento lineal y unidades de rotación entre las cuales se localiza la barra transversal. Cuando la parte es girada directamente en la barra transversal, puede implementarse una curva de movimiento adaptada al contorno del dado. Debido a que sólo se requiere una sola transferencia entre las dos prensas, sólo se requiere un juego de herramental para manejar las partes.

La transferencia de barra transversal tiene un diseño sencillo y rígido, un rango de operación grande, y es muy compacta en el área de dado. Todos los ejes son totalmente programables para una máxima flexibilidad. Está diseñada para usarse con prensas mecánicas, excéntricas y servos.

La barra de soporte es accionada por una unidad de piñón y cremallera y es guiada por dos guías lineales en los ejes Z y BY. El movimiento del carro se logra con una banda que está montada y accionada en la barra de soporte. Esto permite movimiento independiente de la barra de soporte y el carro en el eje Y.

En un lado del roboBeam, están montadas dos guías lineales en la lanzadera de la barra transversal que funcionan como soporte flotante para la barra transversal.

En coordinación con la instalación de la línea en tándem, el OEM hizo una compra inicial de cinco líneas de prensas JIER, las cuales están instaladas en el medio oeste en dos plantas diferentes. Luego compró cuatro líneas adicionales una vez que las líneas iniciales estuvieron funcionando y probadas por completo. Estas líneas están instaladas en otras instalaciones del OEM en Estados Unidos, con los productos más críticos del cliente produciéndose en esas líneas.

Las velocidades de ciclo promedio alcanzadas son de 12 a 15 SPM (pasos por minuto)—una nueva marca para las plantas de producción del cliente, especialmente para estampado de aluminio. Se hicieron mejoras y rediseños a la automatización a partir de las lecciones aprendidas, y se rediseñó una línea de prensas para que cupiera en una altura de techo menor en una planta existente.

Cuando el OEM se enfrentó al lanzamiento de productos de alto perfil, nuevos estándares de calidad y materiales, y nuevos requerimientos de referentes, éste requirió un enfoque total en sistemas (TSA, por sus siglas en inglés) para concluir exitosamente el alcance del proyecto.

Una banda montada y accionada en la barra de soporte facilita el movimiento del carro.