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Mar 21, 2024

Las virtudes de la simulación de curvatura para prensas plegadoras y la ayuda al proceso posterior de un taller

ZhakYaroslavPhoto/iStock/Getty Images Plus Los tentáculos del doblado llegan a todas las partes de un taller de chapa de precisión. El metal se alarga cuando se forma, y ​​si no se tiene en cuenta ese alargamiento

ZhakYaroslavPhoto/iStock/Getty Images Plus

Los tentáculos del plegado llegan a todas las partes de un taller de chapa de precisión. El metal se alarga cuando se forma y, si no se tiene en cuenta ese alargamiento correctamente, el tamaño de la pieza en bruto es incorrecto aguas arriba y es posible que el ajuste para la soldadura y el ensamblaje sea deficiente.

Si el plegado es un desastre, también lo es casi todo lo demás; de ahí la importancia de una buena planificación, documentación del proceso y cualquier estrategia que pueda ayudar a que el plegado de chapa sea más predecible. Para ello, la simulación de flexión ha pasado a primer plano. En los últimos años, los fabricantes han utilizado este tipo de simulaciones para digitalizar eficazmente la preproducción y detectar problemas antes, incluso en las cotizaciones, antes de que se conviertan en algo más grande y creen caos en el taller.

El plegado puede convertirse en un desastre de muchas maneras, especialmente si los ingenieros no tienen en cuenta las herramientas y las tolerancias que requiere cada plegado. Cambie el radio de curvatura por aire y deberá cambiar la apertura del troquel y, posteriormente, todos los cálculos de curvatura necesarios para lograr el tamaño de pieza en bruto correcto.

"Muchos fabricantes pueden obtener un patrón plano de un cliente", dijo Doug Wood, director de ventas, soluciones de chapa metálica, Norteamérica, para el software Radan de Hexagon, Forest Lake, Minnesota. "Podrían pensar que no necesitan desplegar modelos 3D . Y sí, es posible que el cliente le proporcione el plano, pero ¿con qué frecuencia es necesario modificarlo? Quien haya diseñado ese componente, ¿conoce las plegadoras y las herramientas que tiene?

Mucho de esto se remonta a los fundamentos del doblado de chapa. En el doblado al aire, un ancho de matriz diferente cambia el radio resultante y el margen de doblado (longitud del arco del radio a lo largo del eje neutro desplazado, con la posición del eje definida por el factor k), lo que a su vez cambia la dimensión final de la pieza formada; eso a su vez cambia la deducción de curvatura y el tamaño requerido de la pieza en bruto para lograr la dimensión deseada de la pieza formada. Desgraciadamente, doblar chapa no es una tarea sencilla. Un radio incorrecto arruina casi todo lo demás y deja a los operadores luchando por “hacer que funcione” frente a la máquina.

“En el mundo de la programación, doblar viene antes que cortar”, dijo Anupam Chakraborty, director comercial estadounidense de Lantek, una empresa de software con sede en España. "La razón es muy sencilla. Usted crea el patrón plano basándose en las herramientas de plegadora que utiliza”.

Aún siendo común, la programación de la plegadora en la máquina pone toda la responsabilidad de la configuración de la herramienta y el desarrollo de la secuencia de plegado en el líder o el operador de la plegadora. "Esto a menudo conduce a muchas pruebas y errores y a mucha chatarra", dijo Chakraborty, y agregó que el operador o el cable del freno no tienen la culpa. El desafío proviene de la forma en que los talleres han procesado tradicionalmente los trabajos de plegado, poniendo el carro delante del caballo y empujando un pedido al taller antes de que se hayan contabilizado todas las variables.

Incluso cuando la programación en la máquina se realiza sin problemas, sigue representando tiempo improductivo. Cuando los arietes de las plegadoras no se mueven y no producen buenas piezas, no generan dinero. Un trabajo desafiante puede retrasar otros trabajos. La falta de comunicación entre operadores y entre turnos crea más incertidumbre. Y la variabilidad excesiva en general en el conformado puede afectar otras operaciones en todo el taller.

Si los operadores reciben una pieza que no está diseñada teniendo en cuenta las herramientas disponibles y un método de doblado (generalmente doblado con aire), los operadores podrían simplemente realizar el trabajo. Cambian una secuencia de plegado para llevar el error dimensional a una parte diferente y menos crítica de una pieza. Alteran una configuración para evitar una colisión de herramientas o implementan una estrategia de medición única para garantizar que la pieza pueda sujetarse de manera constante y precisa durante todo el programa de plegado. Qué tan bien los operadores documentan todo esto varía y, de todos modos, es solo una curita que cubre un problema mayor: las piezas no se diseñaron teniendo en cuenta las herramientas disponibles.

Cuanto antes pueda una operación verificar que una pieza se puede doblar y que el diseño tenga en cuenta las herramientas y los métodos de doblado utilizados en el taller (ya sea doblado con aire o por fondo), mejor. Además, ¿podría formarse un conjunto como un solo componente eliminando todos los costos de soldadura, fijación y ensamblaje? Como explicaron las fuentes, las cotizaciones automatizadas y la simulación de plegado ayudan a los talleres a responder estas preguntas antes e, idealmente, ayudan a diferenciar al fabricante de la competencia. Hacer estas preguntas con antelación y con frecuencia puede convertir a un proveedor de piezas en un socio de fabricación.

La simulación de un pliegue fuera de línea detecta los problemas de fabricación de manera temprana e incorpora las herramientas reales disponibles en el piso, como los anchos de matriz y las geometrías de punzón, incluidos los relieves para los espacios libres de pliegue. Lantek Systems Inc.

Las ineficiencias en la flexión surgen de esos silos metafóricos entre ventas, cotizaciones, ingeniería, el taller y (no menos importante) los propios clientes. El personal que cotiza y los jinetes de CAD/CAM en el taller de fabricación pueden recibir un archivo SolidWorks, Inventor, STEP o algún otro archivo rico en datos para ciertos trabajos. Para otros trabajos, es posible que solo tengan un PDF.

"Al intercambiar información, la tienda fabulosa debería poder reducir sus costos", dijo Wood. “En última instancia, necesitará modificar el desarrollo en función de sus herramientas. Por lo tanto, aunque es posible que SolidWorks despliegue un patrón plano, es mejor que solicite un archivo de intercambio intermedio como un archivo STEP o, mejor aún, el archivo de modelo de SolidWorks [u otro CAD 3D]. De esa manera, puede aplicar la plegadora y las herramientas de su taller y hacer que actualice los metadatos en el modelo de SolidWorks”.

De aquí surgen cuestiones básicas de diseño para fabricación (DFM), como características cerca o sobre una línea de plegado o una brida muy estrecha y difícil de formar. Además, ¿el diseño tiene los relieves necesarios (muescas de soldadura) entre dos curvas perpendiculares?

“Si no tienes una muesca [adecuada], el metal se deformará gravemente al doblarlo. Ése es sólo uno de los muchos problemas de diseño que debes solucionar desde el principio. Eso podría incluir llamar al cliente y preguntarle sobre cómo agregar alivio. Se trata de tener estas conversaciones por adelantado, lo antes posible”.

Ese era Scott Sawyer, cofundador y director de tecnología de Paperless Parts, con sede en Boston, una plataforma de operaciones y cotizaciones basada en la nube. La plataforma no es un simulador de curvatura específico de la máquina, pero los ingenieros que cotizan pueden modificar varios "umbrales" para las comprobaciones DFM. Añadió que definir esos umbrales implica lograr el equilibrio adecuado. Si se colocan demasiadas barreras de seguridad, la empresa podría perder algunos trabajos rentables.

Antes de que DFM pueda comenzar en serio, los ingenieros que cotizan deben determinar la fidelidad del archivo CAD 3D. Un ingeniero podría utilizar un paquete de chapa metálica dentro de SolidWorks que despliega una pieza en un patrón plano. Puede que no sea perfecto (por ejemplo, puede que no tenga en cuenta los anchos de matriz disponibles en un taller), pero es un buen punto de partida.

Sin embargo, surgen problemas cuando el taller tiene que trabajar con archivos CAD sin la información adecuada (es decir, no tiene en cuenta las idiosincrasias de la chapa). También podría haber sufrido múltiples conversiones "y ahora perdió algo de fidelidad", dijo Sawyer. “Además, algunos paquetes de CAD tienen problemas para desplegar piezas que no se crearon inicialmente en esos paquetes de CAD. Después de años de desarrollar partes, hemos manejado casos cada vez más extraños”. Es posible que los bordes y las caras no se conecten como deberían, o que una regla pueda ser en realidad una spline (una colección de segmentos diminutos), lo que confunde el procesamiento general del archivo de diseño.

"Básicamente, el archivo de diseño se ve bien, pero encontramos todo tipo de cosas raras bajo las sábanas", dijo Sawyer, agregando que la capacidad del software para desplegar láminas de metal está mejorando todo el tiempo.

Sawyer añadió que un buen despliegue permite un mejor anidamiento, algo especialmente crítico para los trabajos de producción. Claro, es probable que un trabajo de tirada corta no se gane ni se pierda si el tamaño del espacio en blanco no se predice perfectamente. Pero cuando los volúmenes aumentan, “el material se convierte en una gran parte del costo del trabajo. Quizás haya un montón de componentes que tienen el mismo grosor y se puedan anidar todos esos componentes juntos”. Un tamaño incorrecto del espacio en blanco puede cambiar el rendimiento del material en el anidamiento. Puede que sea una pequeña diferencia, pero en el caso de ofertas competitivas, puede ser la diferencia entre ganar y perder.

Dependiendo del diseño, incluso con el modelo completo disponible, puede que todavía falte estandarización. Las leyendas pueden variar, incluida la forma en que se especifican las tolerancias angulares y dimensionales. Se puede especificar un radio, pero ¿realmente le importa al cliente cuál es el radio o es crítica otra dimensión especificada?

Los números indican la secuencia de plegado de esta pieza de chapa complicada y rica en funciones. Radan, software de producción hexagonal

En las tiendas pequeñas de todo el país, un tasador o un ingeniero de ventas entra a la oficina o al taller de alguien con impresiones en mano. ¿Podemos formar esto? ¿Será un problema ese agujero cerca de la línea de curvatura?

La buena noticia es que al menos las preguntas se hacen con antelación, antes de presentar una oferta. La mala noticia es que el esfuerzo lleva tiempo, especialmente cuando un departamento de cotizaciones está trabajando en un trabajo atrasado. Con demasiada frecuencia, las tiendas fabulosas pierden trabajo no porque coticen demasiado alto, sino porque lo hacen demasiado tarde.

De ahí el valor de cotizar software y simular pliegues, especialmente cuando hay archivos de diseño digitales disponibles. Algunos programas de cotización se pueden personalizar para insertar ciertas señales de alerta: un orificio u otra característica cerca de una línea de plegado, una pestaña demasiado estrecha para el ancho óptimo del troquel, tal vez un problema de interferencia de la herramienta con una pestaña de retorno.

Algunos talleres van un paso más allá y envían la pieza a una simulación de curvatura inicial. “Se puede programar curvas fuera de línea con relativa rapidez”, dijo Dakota Baird, propietaria de productos de SigmaNest y SigmaBend con sede en Cincinnati, Ohio. “Algunas herramientas te permiten hacer estas simulaciones sin tener que saber utilizar todos los elementos del software. Cargas partes en él, el software revisa y dice si es posible o no. Si no es posible, entonces es cuando alguien con un poco más de experiencia [en programación de curvas] tendría que involucrarse”.

Estas simulaciones ofrecen una verificación rápida para ver si el trabajo realmente se puede formar con las herramientas disponibles. Si no, ¿se podría cambiar la estrategia de curva (algo que un programador de frenos experimentado sabría)? ¿O funcionarán las nuevas herramientas del catálogo de un proveedor, como un cuello de cisne con un relieve más profundo para el espacio libre de la brida de retorno, o tal vez una matriz de ala para mitigar la distorsión al doblarse cerca de un orificio o formar una brida estrecha? Para facilitar la respuesta a esta pregunta, los paquetes de simulación de plegado integran catálogos de los principales proveedores de herramientas.

Cuanto más trabajo de DFM se pueda realizar en esta etapa, mejor. Esto incluye, nuevamente, diseñar piezas en función de las herramientas que utiliza el taller. "Si la pieza está diseñada alrededor de un radio específico, entonces es necesario seleccionar el conjunto de herramientas para lograr ese radio", dijo Chakraborty. “Las simulaciones de pliegue calculan, basándose en estas herramientas, que se alcanzará un radio determinado. Si eso es aceptable o no, se decide no en el taller, sino durante la simulación de curvatura”.

La profundidad con la que se sumerge un ingeniero de cotizaciones en DFM depende de las prácticas comerciales y la estrategia de cotizaciones de un taller. Las preguntas parecen interminables. ¿El trabajo está dentro de la capacidad principal del taller, es decir, tiene el taller capacidad redundante para conformado (herramientas y plegados comunes que requieren una longitud de bancada convencional)? Si la pieza es grande, ¿puede un solo operador manipularla repetidamente o necesitará ayuda (lo que a su vez afecta los costos laborales del trabajo)? Un operador con dificultades crea problemas de seguridad y ergonomía en el piso, así como problemas de calidad: Es difícil lograr curvaturas repetibles cuando la gravedad pesa sobre una pieza de trabajo grande y sin soporte.

¿O el trabajo implica una curva larga que requiere una longitud mínima de la plataforma o un cierto estilo de plegadora: un marco en C con espacio libre en los lados, por ejemplo, en lugar de un freno de marco en forma de O? ¿Las características de la pieza requieren herramientas especiales? ¿Existen preocupaciones sobre el tonelaje, especialmente para trabajos más gruesos que podrían requerir una abertura de matriz estrecha? ¿Hay que preocuparse por longitudes de brida cortas? ¿Hay problemas estéticos o de deterioro, ya sea en la punta del punzón o en los hombros del troquel, y se necesitarán herramientas o cinta de uretano? Es posible que el taller tenga herramientas y máquinas adecuadas disponibles, pero ¿con qué frecuencia están disponibles?

A muchos les gusta cotizar lo más completo posible y considerar todas las ramificaciones, pero claro, la cotización más rápida a menudo gana la oferta. Cuantos más datos se introduzcan en el proceso de cotización y cuanto mejor sea el software de cotización y simulación, más precisas y completas podrán ser incluso las cotizaciones más rápidas.

Una vez que se gana el trabajo, el procesamiento y la programación del pedido comienzan en serio, incluida la simulación de plegado. Aquí, la simulación de plegado tiene en cuenta el material, el estilo de la máquina (aumentación o reducción, marco O, marco C, longitud de la plataforma, capacidad de tonelaje) y las herramientas (punzón, ancho del troquel, uso de extensores de herramientas para lograr las alturas abiertas necesarias). , secuencia de curvatura óptima, profundidad de penetración y tonelaje de conformado resultante, lo que garantiza que se encuentre de manera segura por debajo de la capacidad de tonelaje de la máquina.

El software simula una secuencia de plegado, incorporando las capacidades del tope trasero multieje. SigmaNest

"Todos estos factores y más se tienen en cuenta durante la simulación", dijo Chakraborty. "Esto conduce a la selección correcta no sólo de las herramientas sino también de la secuencia de plegado".

Algunos programadores pueden identificar herramientas "favoritas" en el software, generalmente un grupo de herramientas de uso común que el taller suele tener disponibles para su uso. Además, pueden tomar algunos archivos de diseño y hacer que el software los procese automáticamente para múltiples plegadoras para ver cuáles pueden formarlos y cuáles no, dadas las herramientas, las longitudes de las camas, las capacidades del tope trasero y los tonelajes disponibles.

En muchas operaciones, algunos trabajos pueden simularse y luego enviarse a cortar y doblar en una máquina (generalmente nueva) con un control avanzado. El operador descarga el programa y comienza a doblar. Y dependiendo de las preferencias y mejores prácticas de la empresa, algunos software permiten a los operadores elegir, dentro de ciertas limitaciones, una secuencia de plegado preferida.

Las plegadoras más nuevas ofrecen simulaciones de plegado en 3D directamente en el control, todas con prueba de errores incorporada, con superficies superior e inferior coloreadas de manera diferente en la pantalla e instrucciones visuales paso a paso. Es posible que las máquinas más antiguas con controles más antiguos no tengan esto, pero como explicaron las fuentes, esto no significa que no puedan simularse.

Se puede modelar un freno más antiguo para que un programador pueda ejecutar una simulación a través de él. Lo que sucede a continuación depende de la máquina y los requisitos de la aplicación. A veces, un programador puede exportar un programa de trabajo y transferirlo al controlador más antiguo, dependiendo de los medios que reciban esos controladores más antiguos. Otras veces, la simulación permite al programador crear hojas de configuración detalladas paso a paso con imágenes adjuntas. De cualquier manera, el programa ha sido probado fuera de línea, eliminando o al menos simplificando la programación en la máquina incluso en las plegadoras más antiguas.

"En las máquinas más antiguas, los programas de plegado normalmente no son muy largos", dijo Wood, "así que tendrás nueve décimas partes de la batalla ganada si eres capaz de proporcionar imágenes e instrucciones paso a paso, los datos correctos". , la configuración del tope trasero y todos los datos relevantes para procesar ese trabajo”.

Para determinadas piezas de trabajo, o para frenos equipados con medición de ángulos en proceso, la primera parte resulta ser una buena parte. Es posible que sean necesarios algunos ajustes, pero de todos modos, la flexión de prueba en el freno deja de tener consecuencias.

El operador puede tomar notas del programa, que luego se devuelven al archivo de simulación. Una pieza podría doblarse mejor, digamos, con calibre 16. Material A36 de un determinado proveedor (cada calibre tiene una zona de tolerancia de espesor, y cuando el espesor cambia, también pueden cambiar los resultados de flexión). Todas las notas del programa se almacenan para ejecuciones futuras, ahí para que todos las vean, sin problemas de comunicación entre diferentes operadores o diferentes turnos.

Nuevamente, cuantos más datos tenga la simulación, mejor, y esto incluye cómo se forma material específico de proveedores específicos. Como explicó Baird, “algunos fabricantes realizan pruebas de cupones. Para diferentes tipos de acero dulce, por ejemplo, tomarán cupones de prueba cuadrados, doblarán diferentes ángulos, medirán ciertos atributos y luego escribirán datos dentro de ciertos campos del software. En ese momento, el software utiliza esos datos, utilizando un factor k específico para un acero dulce, pero para este acero dulce de un proveedor diferente, es un factor k ligeramente modificado”.

Armados con el software adecuado, los programadores de hoy pueden mirar más allá de la doblez y centrarse en el panorama general. ¿Qué pasa con las características de los espacios en blanco cortados? Si requieren micropestañas, ¿se desbarbarán esos bordes antes de formarlos? De lo contrario, ¿la ubicación de esas pestañas interferirá con el tope trasero del freno? Además, ¿cuáles son los requisitos de dirección de la fibra para garantizar una repetibilidad óptima del doblado y al mismo tiempo cumplir con los requisitos estéticos? Muchos paquetes de simulación comparten datos entre el anidamiento y el conformado para garantizar que las variables en el corte no contradigan las variables en el plegado.

El software de cotización puede señalar problemas de fabricación desde el principio, incluidos problemas con relieves de esquinas y radios de curvatura ajustados. Piezas sin papel

Además, ¿cuál es el orden óptimo de los trabajos? Los operadores de corte quieren optimizar el rendimiento del material y agrupar materiales similares; soldadura y montaje quieren todas las piezas que necesitan para sacar adelante un trabajo lo antes posible. En el medio está el doblado, donde los operadores quieren optimizar el rendimiento con configuraciones comunes; es decir, se pueden formar múltiples trabajos con una configuración de herramientas común.

"El software de plegado puede optimizar el orden en el que se procesan las piezas", dijo Baird. “Puede observar los programas que ya se han resuelto, sus configuraciones de herramientas y, esencialmente, brindarle una guía sobre la secuencia del trabajo. Por ejemplo, es posible que desee asegurarse de que todas las piezas que requieren herramientas de freno específicas se corten primero antes del siguiente conjunto de piezas. Luego, esos datos se transfieren al corte, donde el software de anidamiento puede anidarlos en un orden que los saque de la máquina de corte en el momento óptimo”.

La facilidad de programación también entra en la ecuación. Un trabajo “ideal”, que requiere herramientas comunes y longitudes de bancada convencionales en el freno, podría realizarse a través de la mayoría de las plegadoras del taller. Pero ¿qué pasa si un trabajo necesita una herramienta especial o un freno con una base ancha? ¿Qué pasa si otro trabajo requiere la holgura lateral de un freno con bastidor en C y, por lo tanto, no puede ejecutarse en una máquina con bastidor en O?

"La simulación de curvatura ofrece una visualización, pero no reemplaza el mundo real", dijo Chakraborty, y agregó que la simulación funciona con los datos que se le proporcionan, pero como cualquier otra tecnología, no puede predecir todos los resultados potenciales.

Aquí es donde el operador de frenos experimentado juega un papel fundamental. El software puede señalar ciertos problemas, pero el operador del freno sabe que esos problemas se pueden superar. Podría ser un problema de colisión de herramientas para una pieza de trabajo grande y delgada (lámina flexible que el operador podría manipular sin afectar la precisión del plegado). Quizás haya una curvatura de dobladillo compleja en la que las herramientas doblan con aire el doble espesor del material de un dobladillo (el dobladillo probablemente no sea exactamente el doble del espesor del material, de ahí el desafío de predecir el resultado).

Todo esto muestra por qué doblar el conocimiento es tan importante como siempre. Lo único que ha cambiado es cómo se aplica. En lugar de expertos experimentados en doblado trabajando en una difícil instalación en el piso, atando una máquina que de otro modo sería productiva, ahora ejecutan simulaciones, hablan con los operadores sobre qué funciona y por qué, y consideran cómo se presentan las piezas desde la operación de corte y cómo fluyen aguas abajo. después de doblarse. Es un cambio cultural, sin duda, pero eso no ha disminuido la necesidad del fabricante de dominar el conocimiento.

"El futuro de la simulación de curvatura es el aprendizaje automático y la inteligencia artificial", dijo Chakraborty, y agregó que incluso los trabajos más desafiantes "se pueden rastrear en el taller, integrados en el algoritmo de aprendizaje automático".

Hoy en día, el software de control de producción puede ayudar a los gerentes de operaciones de taller a ejecutar varios escenarios hipotéticos para determinar el mejor momento para liberar un pedido y la mejor ruta que podría tomar. Una vez que se ejecuta el trabajo y se recopilan los datos, se pone en marcha un círculo virtuoso.

"Se trata de tener un gemelo digital de su operación", dijo Wood, y agregó que el software actual puede transportar piezas a través de varios escenarios de enrutamiento hipotéticos, incluidas "pruebas virtuales" de herramientas de freno personalizadas e incluso topes traseros personalizados, todos importados directamente desde el Programa CAD 3D en el que fueron diseñados.

Armados con software que puede capturar esos datos, los gerentes de operaciones pueden perfeccionar el flujo y, para trabajos futuros, ayudar a acercar los costos reales a los costos estimados. Cuando esto sucede, la operación de una fábrica personalizada se vuelve más predecible, más rentable y, en última instancia, un mejor lugar para trabajar.