Una servoprensa para crimpar piezas metálicas grandes y pequeñas al mismo tiempo

Un usuario solicitó a IEF-Werner GmbH una prensa que fuera capaz de realizar operaciones de crimpado —unión de piezas metálicas mediante deformación plástica— pero que pudiera trabajar al mismo tiempo con partes metálicas muy delgadas y componentes grandes y gruesos, para formar subconjuntos. Este especialista alemán en automatización, con sede en la localidad de Furtwangen, pudo atender la petición con una máquina de su serie de servoprensas aiPRESS, capaz de aplicar fuerzas de prensado de 12 kN. Esta solución proporciona la fuerza requerida con gran exactitud. La ventaja es que el usuario puede trabajar con un único sistema, lo cual le ahorra costes de inversión y le permite hacer inserciones con alta calidad y reproducibilidad en menos tiempo.

Si quieren seguir siendo competitivos, los fabricantes están obligados a atender las peticiones de sus clientes con una flexibilidad cada vez mayor. Los nuevos productos —o las nuevas versiones de productos ya existentes— tienen que llegar al mercado en plazos más cortos, y eso aumenta el grado de exigencia que se impone a la maquinaria. Los sistemas tienen que procesar materiales muy diversos en términos de estructura, tamaño o espesor. Pero, al mismo tiempo, los nuevos sistemas son caros y, una vez que se instalan y configuran, hay que explotarlos a su máxima capacidad. Un cliente del sector de ingeniería médica se encontró con el problema de que necesitaba deformar componentes bastante distintos entre sí para producir un subconjunto, y para ello se requerían distintas fuerzas de presión. El subconjunto estaba formado, por un lado, por piezas metálicas muy pequeñas y, por otro, por componentes muy grandes y de elevado grosor. “Para esta tarea hacía falta una prensa capaz de ejecutar dos pasos de proceso con alta precisión” explica Frank Neugart, director de producto responsable de servoprensas en IEF-Werner GmbH. Además, esta solución flexible debía ser lo suficientemente grande como para adaptarse a los requisitos de pedidos futuros, en los que pueden ser necesarias fuerzas aún mayores. El enfoque era razonable, sobre todo en términos de racionalización de la maquinaria, ya que los dos pasos de proceso implicaban una unión de componentes mediante crimpado.

Frank Neugart, director de producto responsable de servoprensas en IEF-Werner GmbH, Furtwagen, Alemania

“La tecnología servo permite controlar el proceso y obtener el ajuste requerido con una precisión de unas pocas micras”. Frank Neugart, director de producto responsable de servoprensas en IEF-Werner GmbH.

Una misma prensa para todo

Los ingenieros de IEF-Werner estudiaron la tarea con atención y suministraron una máquina de la serie de servoprensas aiPRESS capaz de proporcionar una fuerza de prensado de 12 kN.

“Esta serie puede ejecutar procesos de inserción de alta precisión de forma automática y reproducible”, explica Frank Neugart.

"Es un sistema con un diseño flexible, que puede integrarse en líneas de montaje o en estaciones de trabajo manuales. En este aplicación, la tecnología servo aporta ventajas significativas. Por ejemplo, permite a los operarios definir parámetros tales como la velocidad. Como la fuerza de accionamiento actúa sobre un eje, se pueden aplicar tiempos de ciclo muy cortos, dependiendo de la precisión requerida”, continúa Frank Neugart.

La base de la prensa es un marco en forma de C, macizo y resistente a la torsión, construido en acero para herramientas. El sistema elimina las deformaciones, la flexión o los procedimientos de ajuste que afectan a las partes transmisoras de fuerza durante el proceso de prensado. Para ello, recurre a un desacoplamiento mecánico del sistema de medida y efectúa compensaciones a través del control del servo.

El sistema de transmisión se compone de un husillo de precisión, un servomotor y una guía tipo manga que absorbe por completo las fuerzas laterales. En la prensa aiPRESS, una guía de precisión mantiene con exactitud la transmisión en la trayectoria correcta durante toda la carrera de aplicación de fuerza. “Se eliminan por completo los errores de posicionamiento causados por una desviación de la manga”, dice Frank Neugart. Un sistema de configuración adapta la transmisión al intervalo de fuerza requerido. De esta manera, el accionamiento del servo trabaja en todo momento en condiciones óptimas. El usuario puede adaptar a la aplicación específica una serie de factores del proceso, como la fuerza de alimentación, la velocidad transversal, el tiempo de posicionamiento y la exactitud.

La visualización del proceso aiLIGHT indica las diferentes condiciones de trabajo mediante una tecnología led de cuatro colores y alta eficiencia energética.
aiPRESS con una cubierta automática de protección y software aiQ-CONTROL.

Uniones de alta calidad

“Para que los dos pasos de proceso se ejecutaran con precisión, equipamos la aiPRESS con un sensor de fuerza piezoeléctrico con dos rangos operativos escalables”, explica Frank Neugart.

“Esta solución garantiza medidas precisas con solo variar los parámetros del sensor”. IEF-Werner cooperó estrechamente con HBM Test and Measurement (HBM) en el proceso de calibración a una parte del rango de medición.

Los sensores piezoeléctricos son una alternativa viable a los sensores de galgas extensométricas, sobre todo cuando se necesita un rango de medida muy amplio. Los transductores de fuerza piezoeléctricos pueden adquirir fuerzas comprendidas entre unos pocos newtons y muchos kilonewtons. Siempre que se lleve a cabo la calibración oportuna, un mismo sensor puede utilizarse en distintos rangos de fuerza.

En concreto, IEF-Werner utiliza el transductor de fuerza piezoeléctrico CFT/25kN de HBM. El sensor ya lleva un preesfuerzo aplicado, está calibrado y se entrega listo para uso inmediato. El núcleo del sensor CFT, de 25 kN de fuerza nominal, es un cristal de fosfato de galio. Este material tiene la ventaja de que permite construir un sensor con el doble de sensibilidad que los de núcleo de cuarzo, más frecuentes. La deriva y el ruido son bajos, lo cual amplía sensiblemente el rango de medida utilizable. El sensor está conectado al amplificador de carga CMD 600 con cables especialmente inmunes al ruido. El CMD 600 tiene dos bloques de parámetros programables, un ancho de banda extremadamente alto y una deriva muy baja. Todo ello son condiciones previas ideales para aplicaciones de medida exigentes.

En cooperación con el usuario, IEF-Werner desarrolló un proceso de prensado especial, que también podría tener utilidad en otras aplicaciones. Durante el proceso de inserción, el punzón de la prensa, accionado por un servomotor, hace un movimiento rápido descendente hasta poner en contacto los componentes. A partir de ese momento, el proceso se ralentiza. En todo momento, el sistema mide la fuerza de prensado y la posición de los componentes que se desea unir. Debido a su diseño especial, la prensa aiPRESS es capaz de crimpar las piezas metálicas pequeñas con una fuerza máxima de 3000 N, con una precisión mejor que ±15 N. “Normalmente, con estos componentes se aplican 500 o 600 newtons como máximo”, aclara Frank Neugart. “Eso nos permite garantizar un proceso de inserción de alta calidad”. En el segundo paso del proceso, la servoprensa crimpa las piezas más grandes a 6000 N, con una precisión mejor que ±30 N.

Sensor CFT para fuerzas nominales de 25 kN.
Amplificador de carga CMD 600.

Manipulación sencilla

Para que el concepto de configuración y control resulte lo más ergonómico y cómodo de utilizar posible, los desarrolladores de IEF han equipado la interfaz de usuario gráfica de la aiPRESS con un sistema operativo específico para procesos de prensado. El software aiQ-CONTROL forma el núcleo del sistema operativo. Este monitor de fuerza-desplazamiento representa gráficamente el proceso de prensado y monitoriza su grado de avance. Dispone de diferentes funciones, como curvas envolventes, ventanas y barreras fuerza-desplazamiento. En definitiva, permite al usuario visualizar en cualquier momento magnitudes interrelacionadas.

Pero, por otro lado, proporciona una visualización inteligente del proceso aiLIGHT, basada en tecnología led de 4 colores y alta eficiencia energética. Esta tecnología utiliza las propiedades de reflexión de los materiales para interaccionar con el operario mediante señales luminosas codificadas por colores. Se genera toda la información necesaria: una luz blanca brillante facilita la configuración o la inserción de un componente; una luz azul indica que se están prensando componentes; si el resultado es correcto, se ilumina un led verde; si no lo es, se señala con una luz roja. En la parte superior de la prensa, una luz roja integrada —visible en todas direcciones— indica la calidad del resultado de prensado. De esta manera, no es necesario consultar información en la interfaz del usuario para conocer cuál ha sido el resultado de la operación; el operario no tiene que desviar la vista de su tarea para consultar las curvas de prensado. Así, el manejo resulta más cómodo y se mantiene mejor la concentración, eliminando distracciones y mejorando la eficiencia de trabajo.

Otro aspecto importante en el desarrollo de esta serie de servoprensas IEF-Werner es la eficiencia energética. En operaciones con un solo movimiento, la totalidad del sistema solo necesita la energía equivalente a la que consume una bombilla normal de 60 W. El suministro de vacío o de aire comprimido está integrado directamente en la manga de las prensas serie aiPRESS. Por tanto, la herramienta no necesita líneas externas de suministro. La serie cubre un intervalo de fuerzas comprendido entre 200 N y 30 kN.

Otra ventaja de la serie aiPRESS, especialmente para este proyecto: “Todas las piezas abiertas y visibles son de acero inoxidable. Si la máquina se coloca en una sala blanca, es posible limpiar por completo la zona de trabajo”, concluye Frank Neugart. Y aún hay más: si en un pedido futuro el usuario necesita fuerzas mayores, puede reconfigurar la prensa cambiando la escala de los rangos de fuerza hasta 12 kN, y adaptarse con rapidez a nuevos requisitos.

El cliente

IEF-Werner ofrece una amplia línea de producto formada por sofisticados componentes de automatización, para tareas que van desde el desplazamiento dinámico con la máxima precisión hasta movimientos con aplicación de potencia. La empresa fabrica desde hace más de 35 años sistemas de automatización especializados para distintos sectores industriales: industria del automóvil, médica y eléctrica, ingeniería de precisión, semiconductores e industria alimentaria.

www.ief-werner.de/en

Para más información acerca de la serie de servoprensas aiPRESS, visite www.aipress.de/en

 

 

Imágenes: IEF-Werner GmbH

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