Manipulación de piezas en líneas de estampación en caliente

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Manipulación de piezas en líneas
de estampación en caliente:
Carga-descarga prensa
En los últimos años uno de las mayores revoluciones en
el campo de la estampación de piezas estructurales del
automóvil se está produciendo gracias a la tecnología del
conformado en caliente.
Denominado tanto press hardenning, hot forming, estampación en caliente… nos referimos en cualquier caso
a una tecnología que se centra en la transformación de
las características metalográficas de la lámina de acero
(22MnB5) de forma simultánea a su conformado. Para
ello, la lámina metálica es previamente calentada a temperaturas en torno a los 900ºC para lograr su completa
transformación austenítica y transferida a la estación de
conformado (prensa + troquel) donde simultáneamente
se realiza el enfriado de la pieza con el troquel cerrado.
Si bien se trata de una técnica conocida desde hace unos
veinte años el mayor reto que ha sufrido es la de su implementación en instalaciones industriales de alta producción, de forma que pudiera ser rentable para la fabricación
de piezas en el sector medio del automóvil y no únicamente en modelos exclusivos y de bajos lotes.
Tres son las etapas que delimitan la capacidad de producción de una línea de estampación en caliente. En primer lugar la instalación de desapilado responsable de la
carga de lámina metálica en el horno, en segundo lugar
el propio sistema de calentamiento de la lámina (horno) y
en tercer lugar la célula conformada por la propia prensa,
troquel y su sistema de carga y descarga.
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Boletín informativo
Célula de conformado
Analizando la célula de conformado, se ve que es parte
del ámbito de la tecnología del troquel el lograr un enfriamiento rápido y uniforme de la pieza que permita reducir
al máximo los tiempos de parada de la célula y consecuentemente los tiempos de ciclo actuales.
Si hace no muchos años eran habituales instalaciones
con tiempos de enfriamiento superiores a los 15 segundos, el desarrollo de aceros específicos para esta tecnología que combinan una alta conductividad de hasta 66
W/mK (Rovalma HTCS 150) sin poner en compromiso las
características mecánicas del mismo hace que tiempos
de troquel cerrado de 6 segundos e incluso 5 segundos
(dependiendo del espesor de la lámina) sean más y más
habituales.
Igualmente, las velocidades exigidas a las prensas hidráulicas se encuentran en la franja más elevada para lo que
es habitual en esta modalidad de prensas. Velocidades
lineales de hasta 900mm/seg son necesarias para conseguir ciclos totales competitivos.
En las siguientes líneas desarrollaremos de forma más
detallada cómo se puede afrontar la transferización de la
pieza. Tanto en la carga del formato caliente en la prensa,
como la descarga de la pieza ya conformada de la misma.
HOTTEKNIK
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Carga con robot (Batz S. Coop.).
Posición relativa horno-prensa
Partiendo de la configuración genérica de la célula en torno a la prensa, el primer punto a analizar en cada paso es
la posición relativa de la mesa de centraje del horno y la
propia prensa.
En función de distintos factores se puede configurar la
prensa alineada con el propio horno o a 90º con respecto
a la mesa de centraje del horno, en posición perpendicular al mismo. 1
Son varios los factores que influyen en la decisión sobre
cual es la posición más conveniente, los cuales deben
analizarse caso por caso. Los objetivos que se buscan
son reducir los tiempos necesarios para transferizar la
pieza al interior del troquel, obteniendo en consecuencia
unos tiempos de ciclo inferiores y simultáneamente evitando unas perdidas térmicas en la lámina metálica fuera
del horno que no invaliden el proceso de temple controlado que se debe de realizar una vez cerrado el troquel.
Factores que influyen son, en consecuencia, los propios dimensionales de la pieza, la cantidad de piezas a
procesar simultáneamente, la conveniencia de cajón de
rechazos en línea con la prensa y el propio sistema de
transferización de la pieza (como veremos más adelante).
Por último, su flexibilidad de movimientos los hace extraordinariamente versátiles y capaces para afrontar muy
diversas configuraciones en la posición relativa entre los
puntos de recogida y posicionado. 2
Todas estas ventajas han hecho que este sea el sistema
de transferización de piezas mayoritariamente utilizado en
la primera generación de instalaciones y, aun hoy en día,
es utilizado, aunque la búsqueda de mayores cadencias
obliga a la implantación de sistemas robotizados más
complejos (p.e. dobles) o de otros sistemas de transferización totalmente distintos.
Carga-descarga con
feeder: velocidad
Si bien el robot contaba con todas las ventajas anteriormente descritas se pueden utilizar otros equipos específicos que para unas configuraciones determinadas optimicen los tiempos de ciclo.
Como resultado de una óptima configuración de la relación prensa-horno es posible conseguir que el movimiento se reduzca a un movimiento principal lineal de traslación entre ambos elementos y un movimiento secundario
de elevación descenso para su recogida. 3
Transferización con Robots
El primer tipo de transferización para la carga y descarga
de prensa ha solido ser la utilización de robots comerciales.
Feeder lineal Fagor LR3120.
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Presentan la ventaja de tratarse de equipos ampliamente probados trabajando incluso en condiciones adversas
(p.e. forja). Igualmente, tanto los equipos de mantenimiento como de ingeniería estás habituados a sus características por lo que tanto en la fase de diseño de la instalación
como en las de uso y mantenimiento son fácilmente industrializables.
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Esta configuración permite el uso de sistemas de alimentación tipo Feeder, en los que accionamientos independientes realizan los movimientos cartesianos.
El feeder Fagor LR3120 aporta además la ventaja de disponer de carro telescópico en su movimiento principal, con lo
que no solo se amplifican las velocidades del accionamiento principal sino que se minimizan los problemas de colisión, al conseguirse que las garras porta-pinzas lleguen a
las posiciones extremas en ambos extremos de recorrido.
Con estos sistemas alimentadores se consiguen altas velocidades:
„„ Avance (X-Axis) X = 0 to 3.500 mm.
-- Aceleración Ax= 12 m/s²
-- Velocidad Vx= 7 m/s
„„ Elevación (Z-Axis) Z = 0 a 600 mm.
-- Aceleración Az= 10 m/s²
-- Velocidad Vz= 3 m/s
Adicionalmente, los ejes principales pueden estar equipados con otros ejes, tanto lineales como giratorios, que
no solo pueden ser interesantes en el propio posicionamiento de la pieza durante la producción sino ser utilizados para operaciones de cambio de garras o rechazo de
piezas defectuosas.
Modos transfer:
optimización de tiempos
En los sistemas descritos hasta el momento se parte de la
utilización de sistemas de garras mecánicas que agarran
las piezas en todo su contorno de una forma eficiente.
Para ello se pueden utilizar elementos comerciales (con las
particularidades inherentes a las temperaturas del medio)
tradicionalmente utilizados en los sistemas robóticos. 4
Este tipo de sujeción de la pieza obliga a retrasar el inicio
de la entrada de la garra de descarga dentro del troquel
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Boletín informativo
hasta que la prensa se encuentra completamente abierta.
Igualmente, la prensa no puede iniciar su carrera de descenso hasta no haberse producido la salida de la garra
de carga fuera de la zona barrida por el troquel superior.
Este tipo de situaciones es conocido también en la estampación en frío y ha sido tradicionalmente optimizado
con la utilización de sistemas transfer de la alimentación
de piezas.
Los sistemas transfer se caracterizan por la sujeción de la
pieza únicamente por sus extremos y esta particularidad
hace más delicada manipulación de la pieza, hecho aun
más acentuado en la estampación en caliente al manipular chapas a 900ºC. 5
Como contrapartida se puede conseguir:
„„ Aperturas de troquel menores.
„„ Solapamientos:
-- De la introducción del sistema durante el tiempo de
enfriamiento
-- De la elevación de la pieza con la apertura de la prensa
-- Del cierre del troquel con la salida del sistema
Todo ello, en su conjunto, puede suponer aumentos de
producción de hasta un 25% para una determinada pieza.
En contraposición a los sistemas transfer clásicos de la
estampación en frío, con dos barras laterales a lo largo
de ambos lados del troquel, Hotteknik integra sistemas
transfer de cuatro unidades independientes con barras
partidas, que permiten controlar de forma independiente
carga y descarga, optimizándose especialmente los solapamientos entre ambas operaciones y la propia prensa.
Estas unidades, basadas tanto en los modelos LR360
como en el CNC6S de Fagor proporcionan, en conjunción
con las prensas hidráulicas de alta velocidad, las mejores
cadencias posibles.
HOTTEKNIK
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Sincronización
PRENSA + FEEDER
Si bien las prestaciones de los componentes son vitales
para el resultado final, hablando de cadencia hay que
prestar especial atención a la sincronización de los movimientos relativos.
Si buscamos poder optimizar la conjunción del sistema de
transferización con la prensa hidráulica es necesario que
esta disponga de un sistema de control en ciclo cerrado
que nos permita asegurar en todo momento su posición.
De no ser así nos vemos obligados a ampliar los márgenes
de seguridad entre los movimientos relativos, en detrimento de la eficiencia de conjunto.
Un control de línea que garantice la sincronización electrónica optima Feeder de carga-Prensa-Feeder de descarga mediante comunicaciones. 6
HOTTEKNIK integra bajo un mismo equipo técnico tanto
la prensa (Onapres), la automatización (Fagor) como los
propios troqueles de estampación en caliente (Batz). Esta
capacidad de concebir la línea como una unidad a todos
los niveles permite garantizar unas prestaciones óptimas
tanto en cadencia como en fiabilidad de la instalación. 6
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