Arroz. 3. Uma ferramenta de troca rápida, de peça única e alimentada por copo, armazenada no armário da esquerda, controla a orientação e a separação dos equipamentos (garante o alinhamento e o posicionamento corretos dos equipamentos). O armário da direita contém várias bigornas e lançadeiras.
Ron Boggs, gerente de vendas e serviços da Haeger América do Norte, continua recebendo ligações semelhantes de fabricantes durante a recuperação da pandemia de 2021.
“Eles ficavam nos dizendo: 'Ei, estão faltando fixadores'”, disse Boggs. “Descobrimos que isso se devia a um problema de pessoal.” Quando as fábricas contratavam novos funcionários, muitas vezes colocavam pessoas inexperientes e sem qualificação para operar as máquinas e instalar os equipamentos. Às vezes, eles erravam a colocação dos fechos, outras vezes colocavam os fechos errados. O cliente retornava e finalizava os ajustes.
Em linhas gerais, a inserção de hardware parece ser uma aplicação consolidada da robótica. Eventualmente, uma fábrica poderá ter automação completa de puncionamento e conformação, incluindo torres, remoção de peças e talvez até dobra robótica. Todas essas tecnologias, então, atenderão a uma grande parte do setor de instalação manual. Com tudo isso em mente, por que não colocar um robô na frente de uma máquina para instalar equipamentos?
Ao longo dos últimos 20 anos, Boggs trabalhou com muitas fábricas que utilizam equipamentos robóticos de inserção. Mais recentemente, ele e sua equipe, incluindo o engenheiro-chefe da Haeger, Sander van de Bor, têm trabalhado para facilitar a integração de robôs colaborativos (cobots) ao processo de inserção (ver Figura 1).
No entanto, tanto Boggs quanto VanderBose enfatizam que focar apenas na robótica pode, por vezes, negligenciar o problema maior da inserção do hardware. Operações de instalação confiáveis, automatizadas e flexíveis exigem diversos elementos fundamentais, incluindo consistência e flexibilidade do processo.
O velho morreu de forma horrível. Muitas pessoas aplicam esse ditado a prensas mecânicas, mas ele também se aplica a prensas com alimentação manual, principalmente devido à sua simplicidade. O operador posiciona os fixadores e as peças no suporte inferior antes de inseri-los manualmente na prensa. Ele pisa no pedal. O puncionador desce, entra em contato com a peça e cria pressão para inseri-la. É bem simples – até que algo dê errado, é claro.
“Se o operador não estiver prestando atenção, a ferramenta cairá e tocará a peça sem aplicar pressão”, disse van de Bor. Por quê? O que exatamente? “O equipamento antigo não tinha feedback em caso de erro e o operador não sabia disso.” O operador não podia manter o pé nos pedais durante todo o ciclo, o que, por sua vez, poderia levar ao acionamento do sistema de segurança da prensa. “A ferramenta superior tem seis volts, a ferramenta inferior está aterrada e a prensa precisa detectar a condutividade antes de poder gerar pressão.”
As prensas de inserção mais antigas também não possuem a chamada "janela de tonelagem", que é a faixa de pressões dentro da qual o equipamento pode ser inserido corretamente. As prensas modernas podem interpretar essa pressão como muito baixa ou muito alta. Como as prensas mais antigas não possuem uma janela de tonelagem, explicou Boggs, os operadores às vezes ajustam a pressão regulando uma válvula para corrigir o problema. "Alguns ajustam para uma pressão muito alta e outros para uma pressão muito baixa", disse Boggs. "O ajuste manual oferece muita versatilidade. Se a pressão estiver muito baixa, significa que o componente foi instalado incorretamente." "Pressão excessiva pode deformar a peça ou o próprio fixador."
“As máquinas mais antigas também não tinham medidores”, acrescenta van de Boer, “o que podia fazer com que os operadores perdessem fixadores.”
A inserção manual de componentes pode parecer fácil, mas o processo é difícil de corrigir. Para piorar a situação, as operações com componentes geralmente ocorrem mais tarde na cadeia de valor, depois que a folga já foi preenchida e moldada. Problemas com os equipamentos podem causar grandes transtornos na pintura a pó e na montagem, muitas vezes porque um operador consciencioso e diligente comete pequenos erros que se transformam em grandes dores de cabeça.
Figura 1. O robô colaborativo demonstra a peça inserindo o equipamento na prensa, que possui quatro recipientes e quatro lançadeiras independentes que alimentam o equipamento na prensa. Imagem: Hagrid
Ao longo dos anos, a tecnologia de inserção de hardware resolveu esses problemas ao identificar e eliminar essas fontes de variabilidade. Os instaladores de equipamentos não deveriam ser a origem de tantos problemas simplesmente por perderem um pouco a concentração no final do expediente.
O primeiro passo na automatização da instalação de conexões, a alimentação por copo (ver fig. 2), elimina a parte mais tediosa do processo: pegar e posicionar manualmente as conexões na peça de trabalho. Em uma configuração tradicional de alimentação superior, uma prensa com alimentação por copo envia os fixadores para um transportador que os leva até a ferramenta superior. O operador coloca a peça de trabalho na ferramenta inferior (bigorna) e pressiona o pedal. O punção é abaixado usando pressão a vácuo para levantar o fixador do transportador, aproximando-o da peça de trabalho. A prensa aplica pressão e o ciclo é concluído.
Parece simples, mas, ao analisar mais a fundo, é possível encontrar algumas complexidades sutis. Primeiro, o equipamento deve ser inserido na área de trabalho de forma controlada. É aqui que a ferramenta de inicialização entra em ação. A ferramenta consiste em dois componentes. Um dedicado ao posicionamento garante que o equipamento que sai da cuba esteja posicionado corretamente. O outro garante a segmentação, o alinhamento e o posicionamento adequados do equipamento. A partir daí, o equipamento percorre um tubo até um transportador que o leva até a ferramenta superior.
Eis a complicação: as ferramentas de alimentação automática — ferramentas de orientação e divisão, e os dispositivos de transporte — precisam ser substituídas e mantidas em bom funcionamento sempre que o equipamento for trocado. Diferentes tipos de hardware afetam a forma como a energia é fornecida à área de trabalho, portanto, ferramentas específicas para cada hardware são uma realidade e não podem ser eliminadas do projeto.
Como o operador da prensa de copos não precisa mais perder tempo pegando (e possivelmente abaixando) e configurando o equipamento, o tempo entre as inserções é drasticamente reduzido. Mas, com todas essas ferramentas específicas para cada peça, o alimentador também oferece capacidade de conversão. As ferramentas para porcas autoapertantes 832 não são adequadas para porcas 632.
Para substituir o antigo alimentador de tigela de duas peças, o operador deve garantir que a ferramenta de orientação esteja alinhada corretamente com a ferramenta bipartida. "Eles também tiveram que verificar a vibração da tigela, a sincronização do ar e o posicionamento da mangueira", disse Boggs. "Eles precisam verificar o alinhamento do mecanismo de transporte e do vácuo. Resumindo, o operador precisa verificar muitos alinhamentos para garantir que a ferramenta funcione como deveria."
Os operadores de chapas metálicas frequentemente têm requisitos de equipamento únicos, que podem ser decorrentes de problemas de acesso (inserção de equipamento em espaços apertados), equipamentos incomuns ou ambos. Esse tipo de instalação utiliza uma ferramenta monobloco especialmente projetada. Com base nisso, diz Boggs, uma ferramenta multifuncional para uma prensa de copos padrão foi desenvolvida. A ferramenta contém elementos de orientação e seleção (veja a Fig. 3).
“Ele foi projetado para trocas rápidas”, diz van de Boer. “Todos os parâmetros de controle, incluindo ar e vibração, tempo e tudo o mais, são controlados pelo computador, então o operador não precisa fazer nenhuma troca ou ajuste.”
Com a ajuda de cavilhas, tudo permanece alinhado (ver fig. 4). "O operador não precisa se preocupar com o alinhamento durante a conversão. Tudo se nivela automaticamente porque trava no lugar", disse Boggs. "As ferramentas são simplesmente parafusadas."
Quando um operador coloca uma chapa em uma prensa de ferragens, ele alinha os furos com uma bigorna projetada para trabalhar com fixadores de determinado diâmetro. O fato de novos diâmetros exigirem novas ferramentas de bigorna tem dificultado a produção em massa ao longo dos anos.
Imagine uma fábrica com a mais recente tecnologia de corte e dobra, troca automática e rápida de ferramentas, produção em pequenos lotes ou até mesmo em larga escala. A peça é então inserida em um dispositivo de fixação e, caso seja necessário um tipo diferente de dispositivo, o operador passa para a produção em massa. Por exemplo, ele pode inserir um lote de 50 peças, trocar os dispositivos de fixação e, em seguida, inserir o novo dispositivo nos furos corretos.
Uma prensa mecânica com torre muda o cenário. Os operadores agora podem inserir um tipo de equipamento, girar a torre e abrir um contêiner com código de cores para acomodar outro tipo de equipamento, tudo em uma única configuração (veja a Figura 5).
“Dependendo da quantidade de peças, é menos provável que você deixe passar alguma conexão de hardware”, disse van de Bor. “Você faz toda a seção de uma só vez para não perder nenhuma etapa no final.”
A combinação de alimentação por copo e torre em uma prensa de inserção pode tornar o manuseio de kits uma realidade no departamento de ferragens. Em uma instalação típica, o fabricante garante que o suprimento de peças para o copo seja exclusivo para equipamentos grandes de uso normal e, em seguida, coloca os equipamentos menos usados ​​em recipientes com código de cores perto da área de trabalho. Quando os operadores pegam uma peça que requer várias ferragens, eles começam a conectá-la ouvindo o sinal sonoro da máquina (indicando que é hora de uma nova ferragem), girando a plataforma giratória da bigorna, visualizando uma imagem 3D da peça no controlador e, em seguida, inserindo a próxima ferragem.
Imagine um cenário onde um operador insere uma peça de equipamento por vez, usando o alimentador automático e girando a plataforma giratória da bigorna conforme necessário. O processo para assim que a ferramenta superior agarra o fixador alimentado automaticamente pelo transportador e o deposita sobre a peça de trabalho na bigorna. O controlador avisará o operador que os fixadores têm o comprimento incorreto.
Como explica Boggs, “No modo de configuração, a prensa abaixa lentamente o cursor e registra sua posição. Assim, quando está funcionando em velocidade máxima e o dispositivo de fixação toca a ferramenta, o sistema garante que o comprimento do dispositivo corresponda à tolerância especificada. Medidas fora da faixa, muito longas ou muito curtas, causarão erros no comprimento do fixador. Isso se deve à detecção do fixador (ausência de vácuo na ferramenta superior, geralmente causada por erros de alimentação do hardware) e ao monitoramento e manutenção da faixa de tonelagem (em vez do operador ajustar manualmente uma válvula), criando um sistema de automação comprovadamente confiável.”
“Impressoras com sistema de autodiagnóstico podem ser uma grande vantagem para módulos robóticos”, disse Boggs. “Em uma configuração automatizada, o robô move o papel para a posição correta e envia um sinal para a impressora, dizendo essencialmente: 'Estou na posição correta, pode iniciar a impressão'.”
A prensa mecânica mantém os pinos de fixação (instalados em furos na chapa metálica) limpos. O vácuo no punção superior está normal, o que significa que há fixadores. Sabendo disso, a prensa enviou um sinal para o robô.
Como diz Boggs, “A prensa basicamente analisa tudo e diz ao robô: 'OK, está tudo bem'. Ela inicia o ciclo de estampagem, verificando a presença dos fixadores e seu comprimento correto. Se o ciclo estiver completo, ela verifica se a pressão usada para inserir o fixador está correta e, em seguida, envia um sinal ao robô informando que o ciclo de prensagem foi concluído. O robô recebe essa informação e sabe que tudo está limpo, podendo então mover a peça para o próximo furo.”
Todas essas verificações da máquina, originalmente destinadas a operadores manuais, fornecem uma base sólida para maior automação. Boggs e van de Boor descrevem melhorias adicionais, como certos projetos que ajudam a evitar que as chapas grudem na bigorna. "Às vezes, os fixadores grudam após um ciclo de estampagem", disse Boggs. "É um problema inerente à compressão de material. Quando ele fica preso na ferramenta inferior, o operador geralmente consegue girar um pouco a peça para soltá-lo."
Figura 4. Parafuso de transporte com pino guia. Uma vez configurado, o sistema de transporte alimenta o equipamento até a ferramenta superior, que utiliza pressão a vácuo para que o equipamento possa ser fixado e transportado até a peça de trabalho. A bigorna (canto inferior esquerdo) está localizada em uma das quatro torres.
Infelizmente, os robôs não possuem as habilidades de um operador humano. "Por isso, agora existem projetos de prensas que ajudam a remover as peças, a empurrar os fixadores para fora da ferramenta, evitando que fiquem presos após o ciclo de prensagem."
Algumas máquinas possuem diferentes profundidades de garganta para auxiliar o robô a manobrar a peça de trabalho para dentro e para fora da área de trabalho. As prensas também podem incluir suportes que ajudam os robôs (e os operadores manuais, aliás) a posicionar suas peças com segurança.
Em última análise, a confiabilidade é fundamental. Robôs e cobots podem ser parte da solução, tornando sua integração mais fácil. "No campo dos robôs colaborativos, os fornecedores fizeram grandes avanços para facilitar ao máximo a integração com as máquinas", disse Boggs, "e os fabricantes de prensas investiram muito em desenvolvimento para garantir que o protocolo de comunicação correto esteja em vigor."
Mas as técnicas de estampagem e as técnicas de oficina, incluindo o suporte da peça, instruções de trabalho claras (e documentadas) e treinamento adequado, também desempenham um papel importante. Boggs acrescentou que ainda recebe ligações sobre parafusos faltantes e outros problemas no departamento de ferragens, muitos dos quais envolvem máquinas confiáveis, porém muito antigas.
Essas máquinas podem ser confiáveis, mas a instalação do equipamento não é para pessoas sem experiência ou conhecimento técnico. Verifique se a máquina indicou o comprimento errado. Essa simples verificação evita que um pequeno erro se transforme em um grande problema.
Figura 5. Esta prensa de hardware possui uma mesa giratória com batente e quatro estações. O sistema também conta com uma ferramenta especial de bigorna que auxilia o operador a alcançar locais de difícil acesso. Aqui, as conexões são inseridas logo abaixo da flange traseira.
Tim Heston, editor sênior da The FABRICATOR, atua no setor de fabricação de metais desde 1998, tendo iniciado sua carreira na revista Welding Magazine, da American Welding Society. Desde então, sua atuação abrange todos os processos de fabricação de metais, desde estampagem, dobra e corte até retificação e polimento. Ele ingressou na equipe da The FABRICATOR em outubro de 2007.
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