Evolución del control preciso de corte de longitud de perfiles metálicos

La conformación de perfiles metálicos con rodillos ha sido una bendición para la fabricación repetitiva de formas metálicas lineales requeridas en aplicaciones de alto volumen. No hay comparación con los productos fabricados mediante prensas hidráulicas en lo que respecta a la consistencia de la forma o al tiempo necesario para fabricarlos en horas de trabajo.

Las piezas originalmente fabricadas mediante prensas hidráulicas tenían una ventaja mínima, que era la consistencia de la longitud de cada pieza. Se cortaban láminas de longitud consistente a la longitud requerida de la pieza y luego se formaban en en la prensa. Aunque esto era un pequeño punto a favor, era un factor importante cuando un cliente necesitaba longitudes consistentes de productos conformados por rodillos.

Los conformadores por rodillos producían un perfil con consistencia y permitían la producción de piezas de diversas longitudes, especialmente longitudes largas en comparación con las obtenidas con frenos de prensa.

Los primeros conformadores por rodillos requerían que la línea se detuviera en el punto en el que la lámina debía cortarse a la longitud deseada. Esto podía hacerse con una sierra de corte, un troquel estacionario o de cualquier manera conveniente. La detención y puesta en marcha de la línea eliminaba gran parte del potencial ahorro en la reducción de horas de trabajo y requería el desarrollo de un medio para cortar las piezas  «al vuelo», eliminando así la detención y puesta en marcha del conformador por rodillos.

La creación de una «cizalla de corte al vuelo» para cortar perfiles de calibre ligero sin detener el conformador por rodillos requería que varios elementos ocurrieran en secuencia. La variación en la sincronización de cualquiera de los requisitos contribuía a la variación obtenida en la longitud de corte de las piezas siguientes.

La secuencia de corte generalmente incluía lo siguiente:

1. El extremo de la sección de conformación por rodillos en movimiento entraba en contacto con un interruptor de límite estacionario.
2. El interruptor de límite iniciaba un ciclo mecánico de prensa.
3. Un embrague mecánico se activaba para mover la prensa a través de un ciclo completo de 180 grados.
4. Un actuador de interruptor de límite montado en el eje del embrague entraba en contacto con un segundo interruptor de límite que activaba un cilindro neumático para comenzar a avanzar el troquel a la velocidad de la línea.
5. Coincidentemente, mientras la pieza conformada por rodillos pasaba a través del troquel de corte, el émbolo de la prensa se movía hacia abajo y el troquel avanzaba hacia adelante, con suerte, alcanzando la velocidad de línea en el momento de la acción de corte.

Después de la acción de corte, la prensa volvía al punto muerto superior y se detenía, mientras que el cilindro neumático se invertía para devolver el troquel a la posición de «Inicio».

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Las variables en la secuencia de corte de la lámina eran numerosas:

• La señal de corte generalmente se generaba cuando la pieza conformada por rodillos golpeaba un interruptor de límite montado en una mesa de salida. Dependiendo de la rigidez de la mesa de salida y la variación en el punto de golpeo del interruptor de límite cada vez, todos estos factores contribuían a una posible variación en la longitud de las piezas.
• La prensa no siempre se detenía en el punto muerto superior absoluto, lo que causaba una variación en el golpe siguiente en comparación con el golpe anterior.
• La presión de aire en la línea utilizada para avanzar el troquel de corte hacia adelante era una variable importante, dependiendo de otro equipo que consumiera aire comprimido de la planta. Si había una gran demanda en el sistema de aire, a veces era necesario ajustar el interruptor de límite en el embrague para que el cilindro de aire se activara ligeramente antes y llevara el troquel a la velocidad de línea. Idealmente, un gran tanque de almacenamiento de aire mantenido a 100 PSI era necesario para mantener la consistencia.
• La lubricación de las guías debajo del troquel de corte desempeñaba un papel menor en la consistencia del corte debido a la velocidad de avance del troquel.
• La velocidad de la prensa en ciclos por minuto era un factor. Las prensas de acción lenta eran conocidas por tener un control inconsistente de la longitud.
• La distancia que recorría el troquel en el golpe hacia abajo antes de realizar el corte era un factor; cuanto más largo fuera el golpe, menos precisión. ¡El tiempo es precisión!

Desafíos en la Precisión de Corte en la Fabricación de Perfiles Metálicos

Considerando todos los factores involucrados, como el golpeo consistente del interruptor de límite, la variación en la presión de aire en la línea debido a otros equipos de taller que utilizan el suministro, la calidad del embrague y freno en la prensa mecánica, la distancia que el émbolo de la prensa debía recorrer en el golpe hacia abajo y la repetitiva precisión del cilindro de avance del troquel en relación con la posición lineal de la sección conformada; todo contribuyó a longitudes relativamente inconsistentes en productos conformados por rodillos de calibre ligero.

La mayoría de las secciones se ejecutaban a aproximadamente 36 a 45 metros por minuto (FPM) y generalmente eran precisas dentro de +/- 0.64 cm, pero no de manera consistente. Dependiendo de la capacidad del operador para ajustar el interruptor de límite de corte, si se configuraba en el extremo superior de la tolerancia, muchas de las láminas de revestimiento agrícola eran esencialmente «demasiado largas» si tenían que encajar en una aplicación de revestimiento específica con ubicaciones fijas en la parte superior e inferior.

Ejecutar una línea de conformado por rodillos a 45 metros por minuto significa moverse a 45000 milímetros por minuto, y mantener 12.7 mm en 45000 mm producía una precisión del 0.25%. Era bueno, pero no lo suficientemente bueno.

Se realizaron avances con secciones conformadas por rodillos que tenían una forma rígida y se producían a partir de material de calibre 20 (0.91 mm). Estas piezas podían golpear un brazo preestablecido (en lugar de un interruptor de límite) que «arrastraba» el troquel de corte con él. A medida que el troquel viajaba con la sección, se activaba la prensa y se cortaban longitudes precisas de manera repetitiva. Arrastrar un troquel grande generalmente no era factible.

En la década de 1960, se ideó la prensa de aire para mover el troquel hacia abajo a alta velocidad con una distancia de recorrido relativamente corta de 76 mm para cortar la sección.

Las prensas de aire generan la mitad de la tonelada nominal mediante la inercia generada por la placa del émbolo que es forzada hacia abajo por la introducción explosiva de aire en una bolsa de aire o un cilindro neumático generalmente con un recorrido de 76 mm. La mitad de la tonelada nominal se desarrolla según el área del cilindro expresada en centímetros cuadrados multiplicada por la presión de aire en libras por pulgada cuadrada.

Al configurar una prensa de aire, generalmente era una estimación determinar dónde debía estar posicionado el émbolo con respecto a la distancia que recorría antes de golpear el troquel. Si el émbolo estaba ubicado demasiado cerca del troquel, la prensa no desarrollaría suficiente inercia antes de comenzar a cortar la sección. Además, el émbolo tenía que superar la presión preestablecida de los resortes de retorno del émbolo, así como la creciente presión de estos resortes a medida que el émbolo recorría el recorrido de 76 mm antes de cortar la sección. Debido a la creciente presión de los resortes de retorno a medida que el émbolo descendía, la tonelada de la prensa se reducía a lo largo de la longitud del golpe.

Las prensas de aire actúan extremadamente rápido en comparación con las prensas mecánicas. Esta acción rápida redujo el tiempo desde que la lámina conformada por rodillos golpeó el interruptor de límite de longitud hasta el corte real de la sección.

Debido a la «acción explosiva» de la prensa de aire, era necesario proporcionar un medio para detener la prensa antes de que viajara demasiado lejos y dañara el troquel. Se incorporaron topes descendentes, hechos de un tipo de plástico de alta densidad, como topes descendentes ajustables. Estos topes descendentes transferían la energía no utilizada del golpe de la prensa a la base de la prensa y, con el tiempo, causaban que el suelo bajo la prensa se deteriorara debido al impacto transmitido.

A velocidades elevadas, los aceleradores mecánicos de troquel reemplazaron a los aceleradores de troquel accionados por aire. El acelerador mecánico de troquel estaba fijo en la placa superior del troquel e incorporaba una placa de impacto angular ajustable. El impactador entraba en contacto con rodillos correspondientes en la placa inferior del troquel, convirtiendo el movimiento vertical en movimiento lineal para acelerar el troquel hacia adelante, permitiendo que el troquel alcanzara aproximadamente la velocidad de línea antes de que ocurriera el corte real. Se utilizaban cilindros de aire y/o resortes para devolver el troquel a la posición de inicio.

Obtener los resortes adecuados para devolver el troquel a la posición de «Inicio» también causaba desafíos en ocasiones. Un resorte demasiado pesado devolvería el troquel demasiado rápido y rebotaría contra los bloques de parada de posición de inicio. Esto causaba otra variable si el operador o la persona de configuración no estaba al tanto de lo que podía estar causando una variación en la longitud.

Las prensas de aire llenaron una necesidad para cortar secciones conformadas por rodillos de calibre ligero a velocidades relativamente altas y con una variación de +/- 3.2 mm, siendo el doble de precisas que las prensas mecánicas. Por otro lado, son ruidosas y, con el tiempo, causarán que el piso se deteriore debido al impacto transmitido a la base de la prensa.

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