Las virtudes de la simulación de plegado para prensas plegadoras y la ayuda en la fase final de un taller

Jul 05, 2023

ZhakYaroslavPhoto/iStock/Getty Images Plus

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

Si doblar 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 doblado de chapas sea más predecible. Con ese fin, la simulación de flexión ha pasado a primer plano. En los últimos años, los fabricantes han utilizado tales simulaciones para digitalizar de manera efectiva la preproducción y detectar problemas antes, incluso en la cotización, antes de que se conviertan en algo más grande y creen caos en el taller.

El doblado puede convertirse en un desastre de muchas maneras, especialmente si los ingenieros no consideran las herramientas y las tolerancias que requiere cada doblado. Cambie el radio de plegado con aire y tendrá que cambiar la abertura del troquel y, posteriormente, todos los cálculos de plegado 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, América del Norte, para el software Radan de Hexagon, Forest Lake, Minnesota. "Podrían pensar que no necesitan desplegar modelos 3D Y sí, es posible que obtenga el patrón plano del cliente, pero ¿con qué frecuencia necesita modificarlo? Quien haya diseñado ese componente, ¿conoce las prensas plegadoras y las herramientas que tiene?

Mucho de esto se remonta a los fundamentos del plegado de chapa. En el doblado por aire, un ancho de troquel diferente cambia el radio resultante y el margen de doblado (longitud del arco del radio a lo largo del eje neutral desplazado, con la posición del eje definida por el factor k), que a su vez cambia la dimensión final de la pieza formada; eso a su vez cambia la deducción de doblez y el tamaño de pieza en bruto requerido para lograr la dimensión deseada de la pieza formada. Por desgracia, el doblado de chapa no es sencillo. Si se equivoca en el radio, se arruina casi todo lo demás, lo que deja a los operadores luchando por "hacer que funcione" frente a la máquina.

"En el mundo de la programación, doblar es antes que cortar", dijo Anupam Chakraborty, director comercial para Estados Unidos de Lantek, una empresa de software con sede en España. "La razón es muy simple. Usted crea el patrón plano en función de las herramientas de plegadora que utiliza".

Todavía común, la programación de la prensa 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 u operador de la prensa plegadora. "Esto a menudo conduce a muchas pruebas y errores y muchos desperdicios", dijo Chakraborty, y agregó que el operador o el 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 tenido en cuenta todas las variables.

Incluso cuando la programación en la máquina se lleva a cabo sin problemas, sigue representando un tiempo improductivo. Cuando los arietes de la prensa plegadora 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 la formación puede dificultar otras operaciones en todo el taller.

Si los operadores reciben una pieza que no está diseñada según las herramientas disponibles y un método de plegado (por lo general, plegado 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 se pueda sostener de manera constante y precisa durante todo el programa de plegado. La forma en que 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 una operación pueda 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 con fondo), mejor. Además, ¿podría formarse un ensamblaje como un solo componente eliminando todos los costos de soldadura, fijación y ensamblaje? Como explicaron las fuentes, la cotización automatizada y la simulación de plegado ayudan a los talleres a responder estas preguntas antes e, idealmente, ayudan a diferenciar a un fabricante de la competencia. Hacer estas preguntas pronto y con frecuencia puede convertir a un proveedor de piezas en un socio de fabricación.

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

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

"Al intercambiar información, el taller de fabricación debería poder reducir sus costos", dijo Wood. "En última instancia, deberá modificar el patrón plano en función de sus herramientas. Por lo tanto, aunque SolidWorks podría desplegar un patrón plano, es mejor que solicite un archivo de intercambio intermedio como un archivo STEP o, incluso mejor, el Archivo de modelo de SolidWorks [u otro CAD 3D]. De esa manera, puede aplicar la prensa plegadora y las herramientas de su taller, y hacer que actualice los metadatos en el propio modelo de SolidWorks".

De aquí vienen los problemas básicos de diseño para la fabricación (DFM), como características cerca o en una línea de plegado o una brida muy estrecha y difícil de formar. Además, ¿tiene el diseño los relieves necesarios (muescas de soldadura) entre dos pliegues perpendiculares?

"Si no tiene una muesca [adecuada], el metal se deformará de mala manera cuando lo doble. Ese es solo uno de los muchos problemas de diseño que debe 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 fue Scott Sawyer, cofundador y director de tecnología de Paperless Parts, una plataforma de cotizaciones y operaciones basada en la nube, con sede en Boston. La plataforma no es un simulador de plegado específico de la máquina, pero los ingenieros que cotizan pueden modificar varios "umbrales" para las comprobaciones de DFM. Agregó que definir esos umbrales implica lograr el equilibrio adecuado. Coloque demasiadas barandillas y la empresa podría perderse algún trabajo rentable.

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

Sin embargo, surgen problemas cuando el taller tiene que lidiar con archivos CAD sin la información adecuada (es decir, no tiene en cuenta las idiosincrasias de las láminas de metal). También podría haber sufrido múltiples conversiones, "y ahora perdió algo de fidelidad", dijo Sawyer. "Además, algunos paquetes de CAD tienen problemas para desplegar partes que no se crearon inicialmente en esos paquetes de CAD. Después de años de desplegar piezas, hemos manejado más y más casos extraños". Es posible que los bordes y las caras no se conecten como deberían, o que un borde recto sea en realidad una spline (una colección de pequeños segmentos), lo que entorpece el procesamiento del archivo de diseño en general.

"Esencialmente, el archivo de diseño se ve bien, pero encontramos todo tipo de cosas extrañas debajo de las cubiertas", dijo Sawyer, y agregó que la capacidad del software para desplegar láminas de metal mejora todo el tiempo.

Sawyer agregó que un buen despliegue permite un mejor anidamiento, algo especialmente crítico para los trabajos de producción. Claro, es probable que no se gane ni se pierda un trabajo de tiradas cortas si el tamaño del espacio en blanco no se predice a la perfección. Pero cuando aumentan los volúmenes, "el material se convierte en una gran parte del costo del trabajo. Tal vez hay un montón de componentes que tienen el mismo grosor, y puede encajar todos esos componentes juntos". Si el tamaño de la pieza en bruto es incorrecto, puede cambiar el rendimiento del material en el anidamiento. Puede ser una pequeña diferencia, pero para ofertas competitivas, puede ser la diferencia entre ganar y perder.

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

Los números representan la secuencia de plegado de esta complicada pieza de chapa metálica rica en características. Radan, software de producción hexagonal

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

La buena noticia es que al menos las preguntas se están haciendo temprano, antes de que se presente una oferta. La mala noticia es que el esfuerzo lleva tiempo, especialmente cuando un departamento de cotizaciones está trabajando con un retraso. Con demasiada frecuencia, los talleres de fabricación pierden trabajo no porque cotizan demasiado alto, sino porque cotizan demasiado tarde.

De ahí el valor de cotizar el software y la simulación de plegado, especialmente cuando los archivos de diseño digital están disponibles. Algunos programas de cotización se pueden personalizar para insertar ciertas banderas rojas: un orificio u otra característica cerca de una línea de plegado, una brida demasiado estrecha para el ancho óptimo del troquel, tal vez un problema de interferencia de la herramienta con una brida de retorno.

Algunos talleres van un paso más allá y envían la pieza a través de una simulación de plegado inicial. "Se puede programar plegados fuera de línea relativamente rápido", 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 cómo usar todos los elementos del software. Cargas partes, el software revisa y dice si es posible o no. Si no es posible, es cuando alguien con un poco se necesitaría más experiencia [en la programación de curvas] para involucrarse".

Tales simulaciones ofrecen una verificación rápida para ver si el trabajo se puede realizar con las herramientas disponibles. Si no, ¿podría cambiarse la estrategia de curva (algo que un programador de frenos experimentado sabría)? ¿O las nuevas herramientas del catálogo de un proveedor harán el truco, como un cuello de ganso con un relieve más profundo para la holgura de la brida de retorno, o tal vez un troquel de ala para mitigar la distorsión cuando se dobla cerca de un orificio o se forma 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, de nuevo, diseñar piezas en torno a las herramientas que utiliza el taller. "Si la pieza está diseñada alrededor de un radio específico, entonces su conjunto de herramientas debe seleccionarse para lograr ese radio", dijo Chakraborty. "Las simulaciones de plegado calculan, en función de estas herramientas, que se logrará un cierto radio. Si eso es aceptable o no, se decide, no en el taller, sino durante la simulación de plegado".

La profundidad de inmersión de un ingeniero de cotización en DFM depende de las prácticas comerciales y la estrategia de cotización del taller. Las preguntas parecen interminables. ¿El trabajo se encuentra dentro de la capacidad central del taller, es decir, el taller tiene una capacidad redundante para formar (herramientas comunes y curvas que requieren una longitud de bancada convencional)? Si la pieza es grande, ¿puede un solo operador manejarla repetidamente o ese operador necesitará ayuda (lo que a su vez afecta los costos de mano de obra del trabajo)? Un operador con dificultades crea problemas de seguridad y ergonomía en el piso, así como también problemas de calidad: las curvas repetitivas son difíciles de lograr cuando la gravedad hace que una pieza de trabajo grande y sin soporte se desplome.

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

A muchos les gusta cotizar lo más completo posible y considerar todas las ramificaciones, pero, de nuevo, la cotización más rápida a menudo gana la oferta. Cuantos más datos se introduzcan en el proceso de cotización y mejor se vuelva el software de cotización y simulación, más precisas y completas pueden 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 (acción ascendente o descendente, marco O, marco C, longitud de la cama, capacidad de tonelaje) y herramientas (punzón, ancho de troquel, uso de extensores de herramientas para lograr las alturas abiertas necesarias) , secuencia de plegado óptima, profundidad de penetración y tonelaje de conformado resultante, lo que garantiza que esté 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 solo de las herramientas sino también de la secuencia de plegado".

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

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

Las prensas plegadoras más nuevas ofrecen simulaciones de plegado en 3D directamente en el control, todas con detección 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 se puedan simular.

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, según los medios que reciban esos controladores más antiguos. Otras veces, la simulación le 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 optimizando la programación en la máquina, incluso en las prensas dobladoras más antiguas.

"En las máquinas más antiguas, los programas de plegado no suelen ser muy largos", dijo Wood, "así que tiene las nueve décimas partes de la batalla ganada si puede 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 ciertas piezas de trabajo, o para frenos equipados con medición de ángulo en proceso, la primera parte resulta ser una buena parte. Es posible que se necesiten algunos ajustes, pero independientemente, la flexión de prueba en el freno se vuelve intrascendente.

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

Una vez más, cuantos más datos tenga la simulación, mejor, y esto incluye cómo se forma el 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 en el software. En ese punto , el software usa esos datos, usando un factor k específico para un acero dulce, pero para este acero dulce de un proveedor diferente, es un factor k ligeramente ajustado".

Armados con el software adecuado, los programadores de hoy pueden mirar más allá y enfocarse en el panorama general. ¿Qué pasa con las características de los espacios en blanco cortados? Si requieren micropestañas, ¿se desbarbarán esos bordes antes de formarse? De no ser así, ¿interferirá la ubicación de esas lengüetas con el tope trasero del freno? Además, ¿cuáles son los requisitos de dirección de la fibra para garantizar una repetibilidad de doblado óptima mientras se cumplen los requisitos estéticos? Muchos paquetes de simulación comparten datos entre el anidamiento y la formación para garantizar que las variables en el corte no contradigan las variables en la flexión.

El software de cotización puede señalar los problemas de fabricación desde el primer momento, incluidos los problemas con los relieves de las esquinas y los radios de curvatura estrechos. 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 ensamblaje quieren todas las piezas que necesitan para hacer avanzar un trabajo lo antes posible. En el medio está el plegado, 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 que procesa las piezas", dijo Baird. "Puede ver los programas que ya se han resuelto, sus configuraciones de herramientas y, básicamente, brindarle una guía en cuanto a 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 de la próxima". conjunto de partes. Luego, esos datos se transfieren al corte, donde el software de anidamiento puede anidarlos en un orden que los saca 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 la plegadora, podría enrutarse a través de la mayoría de las prensas plegadoras del taller. Pero, ¿qué pasa si un trabajo necesita una herramienta especial o un freno con una cama ancha? ¿Qué pasa si otro trabajo requiere el espacio libre lateral de un freno de marco C y, por lo tanto, no puede funcionar en una máquina de marco O?

"La simulación de curvatura te brinda una visualización, pero no reemplaza el mundo real", dijo Chakraborty, y agregó que la simulación funciona con los datos que recibe, 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 solucionar. Podría ser un problema de colisión de herramientas para una pieza de trabajo grande y delgada (hoja flexible que el operador podría manipular sin afectar la precisión del doblado). Tal vez haya un doblez de dobladillo complejo en el que el herramental dobla con aire el doble del grosor del material del dobladillo (el dobladillo probablemente no sea exactamente el doble del grosor 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 en plegado experimentados que trabajan en una configuración difícil en el piso, atando una máquina que de otro modo sería productiva, ahora están ejecutando simulaciones, hablando con los operadores sobre qué funciona y por qué, y considerando cómo se presentan las piezas desde la operación de corte y cómo fluyen aguas abajo. después de doblar. Es un cambio cultural, seguro, pero eso no ha disminuido la necesidad de un fabricante de manipular el conocimiento.

"El futuro de la simulación de plegado es el aprendizaje automático y la inteligencia artificial", dijo Chakraborty, y agregó que incluso los trabajos más desafiantes "pueden rastrearse 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 la tienda a ejecutar varios escenarios hipotéticos para determinar el mejor momento para lanzar 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 partes a través de varios escenarios de enrutamiento "qué pasaría si", incluidas "pruebas virtuales" de herramientas de freno personalizadas e incluso topes traseros personalizados, todo importado 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 un taller de fabricación personalizado se vuelve más predecible, más rentable y, en última instancia, un mejor lugar para trabajar.