Arroz. 3. Una herramienta de una sola pieza, de alimentación por depósito y cambio rápido, almacenada en el gabinete izquierdo, controla la orientación y separación del equipo (lo que garantiza la alineación y el posicionamiento correctos del equipo). El gabinete derecho alberga varios yunques y lanzaderas.
Ron Boggs, gerente de ventas y servicios de Haeger Norteamérica, continúa recibiendo llamadas similares de fabricantes durante la recuperación de la pandemia de 2021.
“Nos decían constantemente: 'Oye, nos faltan cierres'”, dijo Boggs. “Resulta que se debía a un problema de personal”. Cuando las fábricas contrataban a nuevos empleados, solían poner a personas sin experiencia ni cualificación delante de las máquinas para insertar los equipos. A veces se les escapaban los cierres, a veces colocaban los cierres equivocados. El cliente regresa y finaliza la configuración.
A grandes rasgos, la inserción de hardware parece ser una aplicación madura de la robótica. Con el tiempo, una planta podría contar con automatización completa de punzonado y conformado, incluyendo torretas, extracción de piezas e incluso plegado robótico. Todas estas tecnologías se utilizan en gran parte del sector de la instalación manual. Con todo esto en mente, ¿por qué no colocar un robot frente a una máquina para instalar equipos?
Durante los últimos 20 años, Boggs ha trabajado con numerosas fábricas que utilizan equipos de inserción robóticos. Más recientemente, él y su equipo, incluyendo al ingeniero jefe de Haeger, Sander van de Bor, han trabajado para facilitar la integración de cobots en el proceso de inserción (véase la Figura 1).
Sin embargo, tanto Boggs como VanderBose enfatizan que centrarse únicamente en la robótica a veces puede pasar por alto el problema más importante de la inserción del hardware. Las operaciones de instalación fiables, automatizadas y flexibles requieren muchos elementos fundamentales, como la consistencia y la flexibilidad del proceso.
El anciano murió de forma horrible. Mucha gente aplica este dicho a las punzonadoras mecánicas, pero también aplica a las prensas con alimentación manual, principalmente por su simplicidad. El operador coloca los sujetadores y las piezas en el soporte inferior antes de insertarlos manualmente en la prensa. Pisó el pedal. El perforador desciende, entra en contacto con la pieza y crea presión para insertar el equipo. Es bastante sencillo, hasta que algo sale mal, claro.
“Si el operador no presta atención, la herramienta caerá y tocará la pieza sin aplicar presión”, dijo van de Bor. ¿Por qué, exactamente? “El equipo antiguo no tenía retroalimentación por error y el operador no lo sabía”. El operador no podía mantener el pie en los pedales durante todo el ciclo, lo que, a su vez, podía provocar la activación del sistema de seguridad de la prensa. “La herramienta superior tiene seis voltios, la inferior está conectada a tierra y la prensa debe detectar la conductividad antes de generar presión”.
Las prensas de inserción más antiguas también carecen de la llamada "ventana de tonelaje", que es el rango de presiones dentro del cual el equipo puede insertarse correctamente. Las prensas modernas pueden percibir que esta presión es demasiado baja o demasiado alta. Debido a que las prensas más antiguas no tienen una ventana de tonelaje, explicó Boggs, los operadores a veces ajustan la presión ajustando una válvula para solucionar el problema. "Algunas la ajustan demasiado alta y otras demasiado baja", dijo Boggs. "El ajuste manual ofrece mucha versatilidad. Si es demasiado baja, significa que el hardware está mal instalado". "Una presión excesiva puede deformar la pieza o el propio sujetador".
“Las máquinas más antiguas tampoco tenían medidores”, añade van de Boer, “lo que podía provocar que los operadores perdieran sujetadores”.
Insertar hardware manualmente puede parecer fácil, pero el proceso es difícil de solucionar. Para colmo, las operaciones de hardware suelen ocurrir más adelante en la cadena de valor, después de que el hueco se haya rellenado y formado. Los problemas con el equipo pueden causar estragos en el recubrimiento en polvo y el ensamblaje, a menudo porque un operador meticuloso y diligente comete pequeños errores que se convierten en dolores de cabeza.
Figura 1. El cobot muestra la pieza insertando el equipo en la prensa, que cuenta con cuatro recipientes y cuatro lanzaderas independientes que alimentan el equipo. Imagen: Hagrid
Con el paso de los años, la tecnología de inserción de hardware ha solucionado estos problemas al identificar y eliminar estas fuentes de variabilidad. Los instaladores de equipos no deberían ser la causa de tantos problemas solo por perder la concentración al final de su turno.
El primer paso para automatizar la instalación de accesorios, la alimentación por copa (véase la fig. 2), elimina la parte más tediosa del proceso: la toma y colocación manual de los accesorios en la pieza. En una configuración tradicional de alimentación superior, una prensa de alimentación por copa envía los sujetadores a una lanzadera que alimenta el hardware a la herramienta superior. El operador coloca la pieza en la herramienta inferior (yunque) y pisa el pedal. El punzón desciende mediante vacío para extraer el hardware de la lanzadera, acercándolo a la pieza. La prensa aplica presión y el ciclo se completa.
Parece simple, pero si se profundiza, se pueden encontrar algunas complejidades sutiles. Primero, el equipo debe introducirse en el espacio de trabajo de forma controlada. Aquí es donde entra en juego la herramienta de arranque. Esta herramienta consta de dos componentes. Uno, dedicado al posicionamiento, garantiza que el equipo que sale del recipiente esté correctamente posicionado. El otro, garantiza la segmentación, alineación y colocación correctas del equipo. Desde allí, el equipo viaja por una tubería hasta una lanzadera que lo alimenta a la herramienta superior.
Aquí está la complicación: Las herramientas de alimentación automática (herramientas de orientación y división, y lanzaderas) deben reemplazarse y mantenerse en buen estado cada vez que se cambia el equipo. Los diferentes tipos de hardware afectan la alimentación del área de trabajo, por lo que las herramientas específicas para cada hardware son una realidad y no pueden descartarse.
Dado que el operador frente a la prensa de copas ya no tiene que dedicar tiempo a recoger (o posiblemente bajar) y configurar el equipo, el tiempo entre inserciones se reduce drásticamente. Además, con todas estas herramientas específicas para cada hardware, el recipiente de alimentación también ofrece la posibilidad de conversión. Las herramientas para tuercas autoajustables 832 no son compatibles con las tuercas 632.
Para reemplazar el antiguo alimentador de tazón de dos piezas, el operador debe asegurarse de que la herramienta de orientación esté correctamente alineada con la herramienta dividida. "También tuvieron que revisar la vibración del tazón, la sincronización del aire y la colocación de las mangueras", dijo Boggs. "Deben revisar la alineación de la lanzadera y el vacío. En resumen, el operador debe revisar muchas alineaciones para asegurarse de que la herramienta funcione correctamente".
Los operadores de chapa metálica suelen tener requisitos de equipo únicos, que pueden deberse a problemas de acceso (insertar equipo en espacios reducidos), equipos inusuales o ambos. Este tipo de instalación utiliza una herramienta de una sola pieza especialmente diseñada. Basándose en esto, según Boggs, se desarrolló una herramienta integral para una prensa de copa estándar. La herramienta incluye elementos de orientación y selección (véase la Fig. 3).
"Está diseñado para cambios rápidos", dice van de Boer. "Todos los parámetros de control, incluyendo el aire, la vibración, el tiempo y todo lo demás, están controlados por la computadora, por lo que el operador no necesita realizar ningún cambio ni ajuste".
Con la ayuda de pasadores, todo se mantiene alineado (ver fig. 4). «El operador no tiene que preocuparse por la alineación durante la conversión. Siempre queda nivelado porque todo encaja en su lugar», dijo Boggs. «Las herramientas simplemente se atornillan».
Cuando un operador coloca una lámina en una prensa de ferretería, alinea los agujeros con un yunque diseñado para trabajar con fijaciones de cierto diámetro. El hecho de que los nuevos diámetros requieran nuevas herramientas de yunque ha dificultado la producción en masa a lo largo de los años.
Imagine una fábrica con la última tecnología de corte y plegado, cambio rápido y automático de herramientas, lotes pequeños o incluso producción completa. La pieza se inserta en un inserto de tornillería y, si requiere un tipo de tornillería diferente, el operario pasa a la producción en masa. Por ejemplo, puede insertar un lote de 50 piezas, cambiar los yunques e insertar la nueva tornillería en los orificios correctos.
Una prensa de hardware con torreta revoluciona el mercado. Los operadores ahora pueden insertar un tipo de equipo, girar la torreta y abrir un contenedor codificado por colores para acomodar otro tipo de equipo, todo en una sola configuración (ver Figura 5).
“Dependiendo del número de piezas que tengas, es menos probable que se te escape alguna conexión de hardware”, dijo van de Bor. “Se hace toda la sección de una sola pasada para no saltarse ningún paso al final”.
La combinación de alimentación por taza y torreta en una prensa de insertos facilita la manipulación de kits en el departamento de hardware. En una instalación típica, el fabricante se asegura de que el suministro de taza se limite a equipos grandes y normales, y luego coloca los equipos de uso menos frecuente en contenedores con código de color cerca del área de trabajo. Cuando los operarios toman una pieza que requiere varios herrajes, comienzan a conectarla escuchando el pitido de la máquina (que indica que es hora de instalar un nuevo herraje), girando la plataforma giratoria, visualizando una imagen 3D de la pieza en el controlador e insertando el siguiente herraje.
Imagine un escenario donde un operador inserta una pieza de equipo una a una, utilizando el avance automático y girando la plataforma giratoria del yunque según sea necesario. Esta se detiene después de que la herramienta superior toma el sujetador autoalimentado de la lanzadera y lo deja caer sobre la pieza de trabajo en el yunque. El controlador avisará al operador de que los sujetadores tienen una longitud incorrecta.
Como explica Boggs: "En el modo de configuración, la prensa baja lentamente el deslizador y registra su posición. Por lo tanto, cuando está funcionando a máxima velocidad y el accesorio toca la herramienta, el sistema garantiza que la longitud del accesorio coincida con la [[Tolerancia] especificada. Las mediciones fuera de rango, demasiado largas o demasiado cortas, causarán un error en la longitud del sujetador. Esto se debe a la detección del sujetador (falta de vacío en la herramienta superior, generalmente causado por errores de alimentación del hardware) y al monitoreo y mantenimiento de la ventana de tonelaje (en lugar de que el operador ajuste manualmente una válvula) crea un sistema de automatización confiable y comprobado.
“Las prensas de hardware con autodiagnóstico pueden ser una gran ventaja para los módulos robóticos”, dijo Boggs. “En una configuración automatizada, el robot mueve el papel a la posición correcta y envía una señal a la prensa, básicamente diciendo: 'Estoy en la posición correcta, adelante, encienda la prensa'”.
La prensa de herrajes mantiene limpios los pasadores del yunque (instalados en los orificios de la pieza de chapa). El vacío en el punzón superior es normal, lo que significa que hay sujetadores. Al enterarse de todo esto, la prensa envió una señal al robot.
Como dice Boggs: «La prensa básicamente examina todo y le dice al robot: 'Bien, todo bien'. Inicia el ciclo de estampado, comprobando la presencia de los sujetadores y su longitud correcta. Si el ciclo se completa, se asegura de que la presión aplicada para insertar los herrajes sea la correcta y envía una señal al robot indicando que el ciclo de prensado ha finalizado. El robot recibe esta señal y sabe que todo está limpio y puede mover la pieza al siguiente orificio».
Todas estas comprobaciones de la máquina, originalmente pensadas para operarios manuales, proporcionan una base sólida para una mayor automatización. Boggs y van de Boor describen mejoras adicionales, como ciertos diseños que ayudan a evitar que las láminas se adhieran al yunque. «A veces, los sujetadores se atascan después de un ciclo de estampado», explicó Boggs. «Es un problema inherente al comprimir material. Cuando se atasca en la herramienta inferior, el operario normalmente puede girar ligeramente la pieza de trabajo para extraerlo».
Figura 4. Perno de lanzadera con pasador. Una vez instalado, el lanzadera alimenta el equipo a la herramienta superior, que utiliza presión de vacío para asegurarlo y transportarlo a la pieza de trabajo. El yunque (abajo a la izquierda) se encuentra en una de las cuatro torretas.
Desafortunadamente, los robots no tienen las habilidades de un operador humano. "Por eso, ahora existen diseños de prensas que ayudan a retirar las piezas y a extraer los sujetadores de la herramienta, evitando así que se atasquen después del ciclo de prensado".
Algunas máquinas tienen diferentes profundidades de garganta para facilitar que el robot manipule la pieza dentro y fuera del área de trabajo. Las prensas también pueden incluir soportes que ayudan a los robots (y, en general, a los operadores manuales) a posicionar sus piezas de forma segura.
En definitiva, la fiabilidad es clave. Los robots y cobots pueden ser parte de la solución, facilitando su integración. «En el campo de los robots colaborativos, los proveedores han avanzado mucho para facilitar al máximo su integración con las máquinas», afirmó Boggs, «y los fabricantes de prensas han realizado un gran trabajo de desarrollo para garantizar que se implemente el protocolo de comunicación adecuado».
Pero las técnicas de estampación y de taller, incluyendo el soporte de piezas, instrucciones de trabajo claras (y documentadas) y una capacitación adecuada, también influyen. Boggs añadió que todavía recibe llamadas sobre la falta de sujetadores y otros problemas en el departamento de ferretería, muchos de los cuales funcionan con máquinas fiables, pero muy antiguas.
Estas máquinas pueden ser confiables, pero su instalación no es para personas sin experiencia ni profesionalismo. Recuerde la máquina que detectó la longitud incorrecta. Esta simple comprobación evita que un pequeño error se convierta en un problema grave.
Figura 5. Esta prensa de herrajes cuenta con una plataforma giratoria con tope y cuatro estaciones. El sistema también cuenta con una herramienta de yunque especial que ayuda al operador a alcanzar lugares difíciles de alcanzar. Aquí, los herrajes se insertan justo debajo de la brida trasera.
Tim Heston, editor sénior de The FABRICATOR, trabaja en la industria de la fabricación de metales desde 1998. Comenzó su carrera en la revista Welding Magazine de la American Welding Society. Desde entonces, ha cubierto todos los procesos de fabricación de metales, desde el estampado, el doblado y el corte hasta el esmerilado y el pulido. Se incorporó a The FABRICATOR en octubre de 2007.
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