Arroz. 3. Una herramienta de cambio rápido de una sola pieza, alimentada por taza, almacenada en el gabinete izquierdo, controla la orientación y separación del equipo (garantiza la correcta alineación y posicionamiento del equipo). El gabinete derecho contiene varios yunques y lanzaderas.
Ron Boggs, gerente de ventas y servicio de Haeger Norteamérica, sigue recibiendo llamadas similares de fabricantes durante la recuperación de la pandemia de 2021.
«Nos decían constantemente: "Oigan, nos faltan sujetadores"», comentó Boggs. «Resultó que esto se debía a un problema de personal». Cuando las fábricas contrataban empleados nuevos, a menudo ponían a personas sin experiencia ni cualificación frente a las máquinas para insertar los componentes. A veces se les escapaban los cierres, a veces colocaban los incorrectos. El cliente regresaba y ajustaba la configuración final.
En términos generales, la inserción de hardware parece ser una aplicación consolidada de la robótica. Con el tiempo, una planta podría contar con automatización completa de punzonado y conformado, incluyendo torretas, extracción de piezas e incluso doblado robótico. Todas estas tecnologías servirían entonces a gran parte del sector de instalación manual. Teniendo todo esto en cuenta, ¿por qué no colocar un robot frente a una máquina para instalar equipos?
En los últimos 20 años, Boggs ha colaborado con numerosas fábricas que utilizan equipos de inserción robótica. Más recientemente, él y su equipo, entre los que se incluye el ingeniero jefe de Haeger, Sander van de Bor, han estado trabajando para facilitar la integración de los cobots en el proceso de inserción (véase la figura 1).
Sin embargo, tanto Boggs como VanderBose destacan que centrarse únicamente en la robótica puede, en ocasiones, pasar por alto el problema más amplio de la instalación de hardware. Las operaciones de instalación fiables, automatizadas y flexibles requieren muchos elementos fundamentales, entre ellos la consistencia y la flexibilidad del proceso.
El anciano murió de forma horrible. Mucha gente aplica este dicho a las prensas punzonadoras mecánicas, pero también se aplica a las prensas con alimentación manual, principalmente por su simplicidad. El operario coloca los sujetadores y las piezas en el soporte inferior antes de insertarlos manualmente en la prensa. Presiona el pedal. El punzón desciende, entra en contacto con la pieza y genera presión para insertar el equipo. Es bastante simple, hasta que algo sale mal, claro.
«Si el operario no presta atención, la herramienta caerá y tocará la pieza sin ejercer presión», explicó van de Bor. ¿Por qué? ¿Qué ocurre exactamente? «El equipo antiguo no tenía retroalimentación y el operario no se daba cuenta». El operario no podía mantener el pie en los pedales durante todo el ciclo, lo que, a su vez, podía activar el 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 poder 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 considerar que esta presión es demasiado baja o demasiado alta. Debido a que las prensas antiguas no tienen una ventana de tonelaje, explicó Boggs, los operarios a veces ajustan la presión mediante una válvula para solucionar el problema. "Algunos la ajustan demasiado alta y otros demasiado baja", dijo Boggs. "El ajuste manual ofrece mucha versatilidad. Si es demasiado baja, significa que el hardware se instaló incorrectamente". "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 operarios perdieran los sujetadores”.
La inserción manual de componentes puede parecer sencilla, pero el proceso es difícil de corregir. Para empeorar las cosas, las operaciones con componentes suelen ocurrir más adelante en la cadena de valor, una vez que se ha rellenado y formado el hueco. Los problemas con los equipos pueden causar estragos en el recubrimiento en polvo y el ensamblaje, a menudo porque un operario concienzudo y diligente comete pequeños errores que se convierten en grandes problemas.
Figura 1. El cobot muestra la pieza insertando el equipo en la prensa, que cuenta con cuatro tolvas y cuatro lanzaderas independientes que alimentan el equipo dentro de la prensa. 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 porque se distraigan un poco al final de su jornada.
El primer paso para automatizar la instalación de los accesorios, la alimentación por copa (véase la figura 2), elimina la parte más tediosa del proceso: sujetar y colocar manualmente los accesorios en la pieza de trabajo. En una configuración tradicional de alimentación superior, una prensa de alimentación por copa envía los sujetadores a un carro que los alimenta a la herramienta superior. El operario coloca la pieza de trabajo sobre la herramienta inferior (yunque) y presiona el pedal. El punzón desciende mediante presión de vacío para extraer los accesorios del carro, acercándolos a la pieza de trabajo. La prensa aplica presión y el ciclo se completa.
Parece sencillo, pero si se analiza con más detalle, se pueden encontrar algunas complejidades sutiles. En primer lugar, el equipo debe introducirse en el área 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 colocado. El otro asegura la correcta segmentación, alineación y colocación del equipo. A partir de ahí, el equipo viaja a través de una tubería hasta un transportador que lo lleva a la herramienta superior.
Aquí radica la complicación: las herramientas de alimentación automática (herramientas de orientación y división, y lanzaderas) deben reemplazarse y mantenerse en buen estado de funcionamiento cada vez que se cambia el equipo. Los distintos tipos de hardware afectan la forma en que se suministra energía al área de trabajo, por lo que las herramientas específicas para cada hardware son una realidad y no se pueden obviar en el diseño.
Dado que el operario que controla la prensa de copas ya no dedica tiempo a levantar (o bajar) y preparar el equipo, el tiempo entre inserciones se reduce drásticamente. Además, con todas estas herramientas específicas para cada pieza, el alimentador también ofrece capacidades 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 verificar la vibración del tazón, la sincronización del aire y la colocación de la manguera», dijo Boggs. «Deben verificar la alineación del sistema de transporte y del vacío. En resumen, el operador tiene que verificar muchas alineaciones para asegurarse de que la herramienta funcione correctamente».
Los operarios de chapa metálica suelen tener necesidades de equipamiento específicas, ya sea por problemas de acceso (introducción de equipos en espacios reducidos), equipos poco comunes o ambos. Este tipo de instalación utiliza una herramienta monobloque especialmente diseñada. Según Boggs, a partir de esto se desarrolló una herramienta integral para una prensa de copas estándar. Esta herramienta incluye elementos de orientación y selección (véase la figura 3).
“Está diseñado para cambios rápidos”, dice van de Boer. “Todos los parámetros de control, incluidos el aire y 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 (véase la figura 4). «El operario no tiene que preocuparse por la alineación al realizar la conversión. Siempre queda nivelado porque todo encaja a la perfección», explicó Boggs. «Las herramientas simplemente se atornillan».
Cuando un operario coloca una lámina en una prensa de metal, alinea los orificios con un yunque diseñado para trabajar con sujetadores de un diámetro determinado. El hecho de que los nuevos diámetros requieran nuevas herramientas de yunque ha provocado algunas dificultades en la producción en masa a lo largo de los años.
Imagínese una fábrica con la tecnología más avanzada de corte y doblado, cambio automático de herramientas y producción en lotes pequeños o incluso producción a gran escala. La pieza se inserta en una máquina de tornillería y, si requiere un tipo diferente de tornillería, el operario procede a la producción en masa. Por ejemplo, puede insertar un lote de 50 piezas, cambiar los soportes y, a continuación, insertar la nueva tornillería en los orificios correspondientes.
Una prensa de hardware con torreta cambia por completo el panorama. Ahora, los operarios pueden insertar un tipo de equipo, girar la torreta y abrir un contenedor codificado por colores para alojar otro tipo de equipo, todo en una misma operación (véase la figura 5).
“Dependiendo del número de piezas que tengas, es menos probable que pases por alto una conexión de hardware”, dijo van de Bor. “Se realiza toda la sección de una sola vez, por lo que no se omite ningún paso al final”.
La combinación de alimentación por copa y torreta en una prensa de inserción puede hacer posible la manipulación de kits en el departamento de ferretería. En una instalación típica, el fabricante se asegura de que el suministro de la copa sea exclusivo para los equipos grandes habituales y coloca los equipos de uso menos frecuente en contenedores codificados por colores cerca del área de trabajo. Cuando los operarios toman una pieza que requiere varios componentes, comienzan a insertarla escuchando el pitido de la máquina (que indica que es hora de un nuevo componente), girando la plataforma giratoria del yunque, visualizando una imagen 3D de la pieza en el controlador y, a continuación, insertando el siguiente componente.
Imaginemos un escenario en el que un operario inserta las piezas una a una, utilizando la alimentación automática y girando la plataforma giratoria del yunque según sea necesario. El sistema se detiene cuando la herramienta superior toma el sujetador autoalimentado del carro y lo deja caer sobre la pieza de trabajo en el yunque. El controlador avisará al operario si los sujetadores tienen la longitud incorrecta.
Como explica Boggs, “En el modo de configuración, la prensa baja lentamente el deslizador y registra su posición. Entonces, cuando está funcionando a toda 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 (no hay vacío en la herramienta superior, generalmente causado por errores de alimentación del hardware) y la monitorización y el mantenimiento de la ventana de tonelaje (en lugar de que el operador ajuste manualmente una válvula) crea un sistema de automatización confiable y probado.
“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 metal 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. Sabiendo todo esto, la prensa envió una señal al robot.
Como explica Boggs, “la máquina de prensado básicamente lo analiza todo y le dice al robot: ‘Vale, todo está 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 utilizada para insertar los herrajes sea la correcta y, a continuación, envía una señal al robot indicando que el ciclo de prensado ha finalizado. El robot recibe esta señal y sabe que todo está correcto, pudiendo así mover la pieza al siguiente orificio”.
Todas estas comprobaciones de la máquina, originalmente diseñadas para operarios manuales, constituyen una buena base 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», dijo Boggs. «Es un problema inherente a la compresión del material. Cuando se atasca en la herramienta inferior, el operario suele poder girar un poco la pieza para liberarla».
Figura 4. Perno de transporte con pasador de centrado. Una vez configurado, el mecanismo de transporte lleva el equipo a la herramienta superior, que utiliza presión de vacío para asegurar y transportar el equipo a la pieza de trabajo. El yunque (abajo a la izquierda) se encuentra en una de las cuatro torretas.
Lamentablemente, los robots no poseen las habilidades de un operario humano. «Por eso, ahora existen diseños de prensas que facilitan la extracción de las piezas y ayudan a expulsar los sujetadores de la herramienta, evitando así que se atasquen tras el ciclo de prensado».
Algunas máquinas tienen diferentes profundidades de garganta para ayudar al robot a maniobrar la pieza dentro y fuera del área de trabajo. Las prensas también pueden incluir soportes que ayudan a los robots (y a los operarios 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 que su integración con las máquinas sea lo más sencilla posible», 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 estampado y de taller, incluyendo el soporte de las piezas, las instrucciones de trabajo claras (y documentadas) y la capacitación adecuada, también influyen. Boggs agregó que aún recibe llamadas sobre sujetadores faltantes y otros problemas en el departamento de ferretería, muchos de cuyos miembros trabajan con máquinas confiables pero muy antiguas.
Estas máquinas pueden ser fiables, pero su instalación no es para personas sin experiencia ni profesionalidad. Recuerde la máquina que detectó una longitud incorrecta. Esta sencilla comprobación evita que un pequeño error se convierta en un gran problema.
Figura 5. Esta prensa de herrajes cuenta con una plataforma giratoria con tope y cuatro estaciones. El sistema también incluye una herramienta especial tipo yunque que facilita el acceso a lugares difíciles. En este caso, 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, cuando comenzó su carrera en la revista Welding Magazine de la American Welding Society. Desde entonces, la revista ha cubierto todos los procesos de fabricación de metales, desde el estampado, el doblado y el corte hasta el rectificado y el pulido. Se unió a The FABRICATOR en octubre de 2007.
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