Reducir el costo por pieza del fabricante con tecnología de punzonado avanzada

Aug 21, 2023

La tecnología de punzonado de precisión no es nueva, pero puede resultar desconocida para una nueva generación que ingresa a la industria de la fabricación de metales, al menos hasta que descubran cuántas cosas se pueden hacer en una de estas máquinas. Sergeyryzhov/iStock/Getty Images Plus

La fabricación de metales puede ser una pequeña porción del sector manufacturero general de Estados Unidos, pero aún emplea a más de 1,45 millones de personas en más de 60.000 empresas privadas. Esas cifras están volviendo lentamente a los niveles previos a la pandemia, lo que significa que una nueva generación de trabajadores está reemplazando a los baby boomers, que se están embarcando en su proceso de jubilación.

Con ese cambio viene un nuevo par de ojos. Es posible que aquellos nuevos en la fabricación de metales no tengan el conocimiento profundo de corte, doblado y soldadura de aquellos a quienes reemplazan, pero sí aportan una nueva perspectiva que a menudo resulta en una pregunta muy desafiante: "¿Por qué lo hacemos así?"

No importa cuánto tiempo haya estado en el negocio, esa pregunta obliga incluso a los veteranos en la fabricación de metales a considerar posibles alternativas. En un espíritu de mejora continua, todo merece ser examinado con ojo crítico.

Esa es la perspectiva que muchos están adoptando con las punzonadoras de precisión. El caballo de batalla de fabricación de metales que fue la máquina CNC dominante en los talleres a finales del siglo XX todavía se puede encontrar en los talleres porque la tecnología tiene algo que ofrecer. Hubo un tiempo en que no tenía paralelo como máquina perforadora, pero las máquinas de corte por láser de fibra de alta potencia actuales están desafiando ese título. Pero estas máquinas siguen siendo únicas no sólo cuando se trata de perforar espacios en blanco de diferentes tamaños, sino también de crear formas. No se requieren procesos secundarios.

Jeff Tyl, gerente de ventas de fabricación y posventa en América del Norte, Murata Machinery USA Inc., fue recientemente a visitar un taller de trabajo después de cruzarse con alguien de la empresa en una feria comercial. El asistente a la feria estaba mirando el equipo de torneado y notó la punzonadora de Muratec en funcionamiento. Realmente no tenía idea de lo que podía hacer una máquina así.

Tyl dijo que en la visita de seguimiento al taller, comenzó a comprender por qué el visitante del stand estaba tan interesado en la punzonadora. El taller tenía una mesa básica de corte por plasma en la parte trasera que proporcionaba espacios en blanco que a menudo necesitaban desbarbado antes de pasar a operaciones secundarias.

“En ese momento les dije que podían cortar algunas de estas piezas con una perforadora de torreta y ahorrarían dinero en la chatarra. También puedes usar una rueda dentada, que crea una ranura en la lámina, y así tendrás desprendimientos más fáciles”, dijo. "Además, con el punzón de la torreta, no se acumulará escoria como ocurre con el plasma, por lo que no es necesaria ninguna limpieza".

Según Tyl, el taller fue receptivo al mensaje porque la persona a cargo de la operación de corte por plasma era nueva en el trabajo. Observó el antiguo proceso y pensó que tenía que haber una manera mejor. Es probable que la punzonadora sea la herramienta necesaria para lograrlo.

“Si lo piensas bien, una punzonadora en sí misma es una automatización”, dijo Tyl, refiriéndose a la capacidad de la máquina para hacer tantas cosas. En muchos casos, con el uso de las herramientas adecuadas, las piezas pueden evitar el doblado o procesamiento secundario y pasar directamente al ensamblaje, pintura, soldadura o envío.

Ese mensaje se ha perdido en la generación más joven de fabricantes de metales que no crecieron en los primeros días de la tecnología de punzonado CNC. Una máquina punzonadora puede abordar múltiples funciones de fabricación y ofrecer altas tolerancias (+/- 0,004 pulgadas en algunos casos) y repetibilidad en formas que un operador humano y una plegadora tendrían dificultades para igualar.

FIGURA 1. Las punzonadoras de torre convencionales han tenido durante mucho tiempo dificultades con las extrusiones hacia abajo. A medida que el trabajo formado se levanta de la superficie superior del troquel durante el movimiento de la hoja, las herramientas modernas eliminan la degradación de la forma derivada de la interferencia con el troquel.

Para aquellos que solo han estado en talleres que tenían máquinas de corte por láser que dominaban las tareas de corte, aquí hay cinco ejemplos de cómo el punzonado puede reducir el costo asociado con la producción de una pieza.

Agregar sujetadores a la chapa no es algo único. La mayoría de los talleres suelen tener algún tipo de capacidad de inserción de hardware en el taller.

¿Qué pasaría si no fuera necesario dirigir la pieza de trabajo al área de inserción del hardware para algo como una tuerca para soldar? ¿Qué pasaría si pudiera manejarse durante el proceso de supresión?

Tyl dijo que la capacidad de roscar chapa es algo que algunos operadores de la industria manufacturera no se dan cuenta de que sea posible. Ven una máquina de inserción de herrajes en el taller y piensan que es allí donde se debe fijar la tuerca de soldadura a la pieza de trabajo.

Ese no tiene por qué ser el caso. Una herramienta de roscado puede proporcionar las roscas necesarias para evitar agregar algo como una tuerca soldada. En los casos en que la lámina de metal no sea lo suficientemente gruesa como para dejar espacio para las roscas roscadas, la combinación de una herramienta de extrusión (ver Figura 1) y la herramienta de roscado pueden lograrlo. El punzón atraviesa la lámina de metal, corta la superficie y obliga al material a fluir hacia la abertura del troquel. Esto crea suficiente superficie para que la herramienta de roscado introduzca cinco o seis roscas en el orificio extruido, eliminando la necesidad de una tuerca soldada y el tiempo y la programación necesarios para mover una paleta llena de piezas de trabajo a la máquina de inserción de hardware.

"En comparación con sus homólogos internacionales, al [mercado de fabricación de metales] estadounidense normalmente le gustan los materiales de mayor resistencia", dijo Tyl. "Cuando el tipo de material A36 o A1011 podría funcionar, mucha gente presiona para llevar ese grado a A50 o superior".

El acero ASTM A572 Grado 50 es una placa de alta resistencia y baja aleación. Tiene una alta relación resistencia-peso y es resistente a la corrosión. También es más caro que otras alternativas de calibre más ligero.

Si pudiera ofrecer las mismas características de resistencia en un material más liviano y asequible, ¿le gustaría explorar esa opción? Bueno, esa opción está disponible con el uso de algo llamado herramienta de rodillo (ver Figura 2).

La herramienta de rodillo crea una forma en la chapa metálica pellizcando el material entre dos rodamientos de bolas en el conjunto de herramienta superior y el rodamiento de bolas único en el conjunto inferior. Debido a que la herramienta está en una estación de índice automático dentro de la torreta, la herramienta puede crear formas, también llamadas costillas, de cualquier forma. Las nervaduras pueden comenzar o terminar en cualquier parte de la hoja.

Estas formas contorneadas en la chapa proporcionan resistencia adicional al material, permitiéndole demostrar una mayor resistencia a la deformación por fuerzas externas de la que normalmente existiría sin las nervaduras. Es por eso que las formas se ven a menudo en gabinetes y muebles de oficina, donde se desean materiales livianos pero se espera rigidez.

FIGURA 2. Se puede usar una herramienta de rodillo para crear nervaduras en contorno usando el índice automático en la torreta. Estas nervaduras ofrecen a la chapa una resistencia adicional que normalmente no estaría disponible.

"Realmente se necesita un ingeniero para comprender que una punzonadora y las herramientas adecuadas pueden ofrecer este tipo de capacidad", explicó Tyl.

Tyl recordó un taller que quería saber si era posible crear una placa de rodadura hecha de aluminio de alta resistencia a la tracción en una máquina punzonadora, evitando así la operación de conformado secundario en una plegadora.

En este ejemplo, contar con el aporte de los diseñadores de herramientas de punzonado fue de gran ayuda, dijo Tyl. Los ingenieros de aplicaciones de Mate Precision Technologies idearon una herramienta de actualización que funcionó.

En esta aplicación, se perfora el perímetro exterior de la pieza de trabajo. Luego, una herramienta de moldeado ascendente sale de la herramienta inferior y empuja hacia arriba en el material casi 3/8 a ½ pulgada mientras la hoja se mantiene en su lugar. Cuando termina, la herramienta de encofrado se retrae hacia el troquel inferior para evitar rayar el material y se reposiciona para el siguiente encofrado (consulte la Figura 3).

“Al desconectar sus procesos secundarios y llevar el conformado a la primera etapa de procesamiento, produjeron piezas más rápido. Sus estudios de tiempo lo verificaron”, dijo Tyl.

Una ranura bien ubicada en el diseño de una pieza puede traducirse en un mejor diseño y flujo de producto en el taller. Es posible que el soldador tenga que dar un paso al frente, pero la naturaleza del taller actual consiste en contribuir en lo que se pueda.

En muchos casos, una pieza que sale de la punzonadora se dirige al departamento de plegado o soldadura. Con una ranura perforada en el lugar correcto, a veces esa pieza puede saltarse la plegadora e ir directamente al departamento de soldadura.

Tyl dijo que al retirar el material en una posible línea de curvatura, un soldador puede hacer la curvatura manualmente. No es necesario todo el tonelaje de una plegadora que introduce un punzón en el material para crear la forma.

La ranura también puede actuar como guía para indicar dónde se debe colocar la soldadura posterior. Soldar con alambre el relleno de ese espacio abierto creará una unión mucho más fuerte que si el soldador simplemente estuviera soldando la línea de curvatura exterior a la superficie de otra pieza de trabajo.

“¿Cuántas veces en un entorno de producción se han llevado piezas a la estación de soldadura para darse cuenta de que nunca se rompieron en prensa? Luego tienes que regresar y arreglarlo de nuevo”, dijo Tyl. “Todo eso requiere tiempo y dinero. Si ha colocado esa ranura en la primera etapa del procesamiento, comprenderá hacia dónde debe ir”.

FIGURA 3. Las herramientas de conformado se han desarrollado para que solo se eleven durante la operación de conformado. La aplicación de la herramienta mejora la forma y también la calidad de la hoja de trabajo con mínimos rayones.

Mientras que una punzonadora puede producir piezas muy precisas y fiables, no se puede decir lo mismo de una plegadora. La simple presencia de un operador humano introduce la probabilidad de inconsistencia en los resultados. En una prensa plegadora, un operador podría no presentar la pieza al ras con el tope trasero o incluso podría tener la pieza en bruto al revés al comenzar la secuencia de doblado. Incluso el mejor operador se desvía de vez en cuando.

Aquí es donde una máquina punzonadora puede ayudar a evitar errores en el funcionamiento de la plegadora, según Tyl. Mientras se corta la pieza en la punzonadora, una herramienta de trazado (consulte la Figura 4) puede colocar una R o una L en la pieza para designar los lados derecho o izquierdo. Una multiherramienta capaz de perforar los 26 caracteres del alfabeto en la superficie del material puede escribir palabras. Tyl añadió que algunos talleres que prestan servicios en el campo médico en realidad utilizan una herramienta múltiple de este tipo para producir frases completas en piezas médicas.

Puede que la punzonadora no sea la estrella de la feria FABTECH y otras ferias de fabricación de metales, pero aún ocupa un lugar importante en el taller. Su importancia podría crecer a medida que más jóvenes ingresen a la industria y descubran lo que la vieja punzonadora tiene para ofrecer.

"Si piensas en un punzón de torreta, ya sea perforar un agujero, marcar una pieza, cortar un perfil o crear una forma, todo eso es automatización", dijo Tyl. "Si está pensando en realizar más de un proceso, es posible que pueda automatizar toda la tarea simplemente gracias a este tipo de máquina".

Nota del editor: John Ripka, técnico de aplicaciones de Mate Precision Technologies, www.mate.com, contribuyó a este artículo.

FIGURA 4. Se puede utilizar una herramienta de trazado para marcar o grabar en la superficie de la chapa. El sistema de programación de la punzonadora se encarga de las instrucciones de marcado deseadas.