Conocimientos básicos del roscado integrado en troqueles

Transcripción

Conocimientos básicos
del roscado integrado
en troqueles
¿Quiere agregar roscado
integrado a los troqueles dentro
de sus capacidades de
producción? Lea este artículo
para aprender todo sobre
orientación de unidades para
roscar, recorrido del machuelo y
sincronización, requerimientos en
el diseño del troquel,
requerimientos de lubricación y
detección de machuelos
quebrados.
Por Tom Hutchison
as empresas de estampado metálico
que están investigando acerca de
integrar el roscado dentro de los
troqueles deben comparar los costos
de la integración contra los costos de
realizar operaciones secundarias de
roscado. Dichas empresas deben
justificar el costo de las unidades para
roscar y los costos adicionales de los
troqueles en base a una producción
elevada que permita hacer viable
económicamente la integración del
roscado dentro del troquel. Esto
excluye la mayoría de trabajos de
estampado de corta duración como
candidatos viables para la integración
del roscado en el troquel.
L
Tom Hutchison es presidente de
Hutchison Tool Sales, Bensenville, IL;
www.hutchisontool.com.
2
METALFORMING / Febrero 2008
En la mayoría de los casos, las
empresas de estampado prefieren
roscar con una unidad que trabaje de arriba hacia abajo
como la que se muestra aquí. Debido a que la mayoría de los
agujeros roscados se forman hacia abajo, hay una
contaminación mínima en la unidad para roscar debido a que la lubricación y las
virutas caen fuera del proceso. Una aplicación típica es la progresión plana
(derecha) para la industria electrónica.
Generalmente, todas las aplicaciones
de roscado integrado en un troquel
ocurren en troqueles progresivos y de
transferencia de alto volumen.
Los costos de roscado como
segunda operación pueden variar
dependiendo de la complejidad de la
pieza, número de agujeros a roscar y la
facilidad de mover las piezas
estampadas a una máquina secundaria
de roscado. Adicionalmente, el espacio
dentro de la compañía para
operaciones secundarias será un factor
importante. Si se requiere comprar un
equipo secundario para roscar, puede
que el costo del equipo secundario por
si sólo justifique el integrar el roscado
dentro del troquel, debido a que el
equipo secundario a menudo puede
costar lo mismo o más que las
unidades para roscar usadas dentro del
troquel más los costos adicionales de
adaptar el troquel. El costo promedio
en la industria para una operación
http://mexico.pma.org
secundaria de roscado gira alrededor
de 1 peso por pieza, dependiendo de
las especificaciones.
La diferencia entre la velocidad de
producción cuando las piezas son
roscadas o no dentro del troquel
también afecta el costo final. La
velocidad de producción a la que la
prensa puede trabajar cuando se
integra el roscado dentro del troquel es
controlada por la velocidad en rpm
(revoluciones por minuto) a la que el
machuelo puede trabajar y asegurar
una vida razonable del mismo. Los dos
factores que controlan las rpm del
roscado son el diámetro del machuelo
y el material de la pieza. Generalmente,
la mayoría de roscados formados por
deformación en acero dulce pueden
correr de 30.5 a 36.5 metros-superficie
por minuto (de 100 a 120 SFM
–strokes per minute–, sistema inglés),
mientras que los materiales de alta
resistencia y aceros inoxidables
requieren una velocidad un poco
menor. De 18.3 a 24.4 metrossuperficie por minuto (de 60 a 80
SFM) para aceros de alta resistencia y
de 6 a 12.2 metros-superficie por
minuto (de 20 a 40 SFM) para aceros
inoxidables. El uso de estas velocidades
de alimentación junto con el diámetro
apropiado del machuelo
proporcionará una recomendación
adecuada de las revoluciones por
minuto para roscar. Consulte un
manual de maquinados o las hojas
técnicas de un fabricante para obtener
gráficas que convierten metrossuperficie por minuto (SFM) a rpm
para tamaños particulares de
machuelo. Usando los parámetros de
rpm, las empresas de estampado
pueden discutir velocidades de
producción estimadas con proveedores
de unidades para roscar en relación al
tamaño del machuelo, el material de la
pieza y la carrera de la prensa.
Orientación de
las unidades para roscar
Las empresas de estampado
seleccionan comúnmente entre tres
estilos populares de unidades para
roscar: unidades mecánicas
Para roscar piezas con
extrusiones largas, como
placas automotrices roscadas
(derecha) o aquellas que requieren operaciones complejas de formado y en
troqueles que requieren un levantamiento de la progresión 5 mm. o más; las
empresas de estampado requieren de unidades con seguidoras de la progresión.
Las unidades sacan el machuelo fuera del recorrido de la progresión moviéndose
físicamente hacia arriba y hacia abajo junto con la progresión cuando esta es
empujada hacia abajo hasta el nivel de la matriz y hacia arriba hasta su punto
más alto en los botadores.
“desarmador yanqui”, que convierten
el movimiento lineal de la prensa en
movimiento circular para girar el
machuelo; unidades de bielas que
utilizan bielas y levas para activar el
mecanismo de empuje y unidades que
utilizan servomotores.
Generalmente, todas las unidades
de roscado pueden funcionar por
encima de la progresión (de arriba
hacia abajo), por debajo de la
progresión (de abajo hacia arriba) y, en
algunos casos, en el mismo plano de la
progresión (horizontalmente). En la
mayoría de los casos, se prefiere roscar
de arriba hacia abajo ya que la mayoría
de los agujeros extrudidos para roscar
son formados hacia abajo, de esta
forma existe una contaminación
mínima de la unidad para roscar. La
lubricación y virutas caen por
gravedad lejos del proceso de roscado.
Roscando de arriba hacia abajo
también se proporciona fácil acceso a
la unidad de roscado permitiendo el
cambio de los machuelos en la prensa.
El roscado de abajo hacia arriba se
usa cuando el formado de la pieza lo
dicta de esa manera o para
aplicaciones donde la progresión se
levanta mucho para avanzar dentro del
troquel. Los machuelos están situados
mas abajo de la altura de movimiento
de la progresión dentro del troquel y el
machuelo actúa desde debajo de la
progresión. Roscar de abajo hacia
arriba reduce la cantidad de
movimiento de la progresión que se
necesita, en comparación con las
unidades que roscan de arriba hacia
abajo, cuando se usan unidades para
roscar mecánicas. Otro uso común de
las unidades para roscar de abajo hacia
arriba es en troqueles de transferencia
manual, debido a que es fácil cargar las
piezas en el troquel sin el estorbo que
representa una unidad para roscar de
arriba hacia abajo y puede interferir
3
con la carga.
Mientras la inmensa
mayoría de las piezas con
roscas se roscan en plano
antes de formarse, algunos
casos no lo permiten. Si una
rosca está demasiado cerca
de un doblez que al
realizarlo deforme las
cuerdas de la rosca entonces
se debe roscar después del
doblez. Para estos casos se
pueden utilizar unidades
horizontales y angulares.
del machuelo
provee tiempo para
actuar más amplio
durante el ciclo del
golpe de la prensa que
ayuda a disminuir las rpm
del machuelo. Esto es crucial
con machuelos de gran
diámetro, ya que las rpm son
un factor crítico al
determinar la velocidad de
golpe de prensa.
Las unidades para roscar
servo-actuadas a menudo se
Esta pieza con una única rosca se produce a gran volumen.
usan en prensas de
El proceso de producción sería más caro si la empresa de
Determinando el tipo
transferencia debido a que
estampado realizara la rosca en una segunda operación,
de las unidades para
carecen de bielas o usillos
debido al costo del manejo de material y los dispositivos
para fijarla de una manera confiable.
roscar de acuerdo a
motrices que puedan
interferir con los
la aplicación
Las unidades mecánicas para roscar
regresa al punto superior de los
mecanismos de transferencia. Además,
estándar se usan en piezas simples ó
botadores. Estas unidades también
algunas unidades servo-actuadas
con muy pocas formas. Las piezas
eliminan la necesidad de recorrido
pueden ser empleadas en
roscadas con unidades para roscar
extra de la progresión en el troquel, a
configuraciones de múltiples
mecánicas estándar se usan
diferencia de las unidades para roscar
machuelos.
comúnmente en troqueles donde la
mecánicas estándar. Además, las
progresión se levanta menos de 5mm.,
Recorrido del machuelo
unidades seguidoras de la progresión
permitiendo a los machuelos moverse
pueden ser configuradas con múltiples
y sincronización con
hacia arriba y afuera del recorrido de la
machuelos para reducir el espacio
el troquel
progresión, debido únicamente al
La discusión de los recorridos del
requerido para roscar.
movimiento mecánico de la caja de
machuelo y su sincronización con el
Las unidades de bielas se usan en
engranes de la unidad para roscar. Este
troquel, es en esencia donde se aplica la
troqueles con agujeros de 6.5mm. de
tipo de unidades para roscar se utiliza
teoría. Muchos estilos de unidades
diámetro o menores con posiciones
para piezas utilizadas de la industria
para roscar pueden efectuar la mayoría
alejadas de los extremos de la
electrónica. Los proveedores de
de trabajos de roscado, pero sin una
progresión. Estas unidades no usan
unidades para roscar también pueden
sincronización adecuada ninguna
tornillos motrices que se montan en el
configurar las unidades mecánicas
puede ser exitosa.
porta-punzones, lo que permite a las
para correr múltiples agujeros
Para calcular los recorridos
empresas de estampado ensamblar
roscados con una única unidad,
mínimos del machuelo se comienza
unidades de bielas en medio de un
reduciendo la cantidad de espacio
por obtener todos los parámetros de
troquel sin ninguna interferencia de las
requerido dentro del troquel por
mismas. La unidad viene sólo en
las piezas: espesores del material a
múltiples unidades.
configuraciones para un solo machuelo.
roscar, tamaño del machuelo y en
El segundo tipo de unidades
Las unidades para roscar servoalgunos casos la cantidad que se va a
mecánicas para roscar es el seguidor de
actuadas permiten movimientos del
levantar la progresión. Adquiriendo
la progresión o de ensamble móvil.
machuelo independientes al
esta información es donde la empresa
Estas unidades roscan piezas con
movimiento de la prensa. Cuando el
puede determinar la relación de
extrusiones elevadas, que requieren
porta-punzones se mueve hacia arriba,
engranes adecuada para la aplicación.
operaciones complejas de formado o
el machuelo no necesariamente lo
Cada unidad para roscar tiene un
en troqueles que requieren un
relación de engranes o recorrido de
sigue y puede seguir moviéndose hacia
levantamiento de la progresión de
biela que determina cuanto viaja el
abajo a través de la progresión
machuelo en relación al golpe de la
5mm. o más. Las unidades sacan el
mientras que la prensa se abre. Esto ha
prensa. Esta relación de engranes tiene
machuelo fuera del recorrido de la
probado su utilidad en dos
dos funciones; una, determinar cuanto
progresión en movimiento,
aplicaciones comunes para unidades
viaja el machuelo por cada milímetro
moviéndose hacia arriba y hacia abajo
servo-actuadas: machuelos de
de recorrido del porta-punzones y
junto con la progresión a medida que
diámetro grande y materiales difíciles
calcular las revoluciones por minuto
se cierra por completo el troquel y se
de roscar. El recorrido independiente
4
(rpm) generadas en el machuelo a
mediada que avanza el portapunzones. La relación de engranes nos
da la proporción entre el recorrido del
machuelo requerido y la necesidad de
mantener las rpm del machuelo en el
rango recomendado por el fabricante
para que el machuelo trabaje sin
presentar desgaste prematuro. Esto
significa que entre más baja sea la
relación de engranes más pueden ser
los golpes por minuto (gpm) de la
prensa, pero también se requiere más
recorrido de la prensa para roscar la
pieza. Por ejemplo, una unidad con
una relación de engranes de 2:1, puede
roscar al doble de la velocidad de una
unidad con una relación de 4:1 pero
requiere el doble de golpe.
Los siguientes ejemplos ilustran
como la relación de engranes
determina el recorrido del machuelo,
los tiempos del troquel y la velocidad.
Ejemplo 1 (en sistema inglés)
Tamaño del machuelo: #8-32
6
Material: Acero 1008-1010
Espesor del material: 0.075"
Levantamiento de la progresión:
0.050"
Golpe de la prensa: 4 pulgadas
Unidad para roscar: Mecánica de
arriba hacia abajo
Recorrido total del machuelo =
espesor de la pieza + 5 hilos de la
rosca + levantamiento de la
progresión = 0.075" + 0.156" +
0.050" = 0.281"
Recorrido del machuelo por
pulgada de recorrido de la prensa
= relación de engranes/avance del
machuelo (hilos por pulgada)
Relación de engranes 3:1 = 3/32 =
0.093
0.125
0.156
Golpe de la prensa necesaria para
roscar = Recorrido total del
machuelo/recorrido del
machuelo por pulgadas de
recorrido de prensa
Relación de engranes 3:1 =
0.281"/0.093" = 3.02"
0.281"/0.125" = 2.25"
0.281"/0.156" = 1.80"
Golpes aproximados por minuto
de la prensa para un golpe de 4"
y 2400 rpm
rpm = 2 x relación de engranes x
golpe de la prensa (pulgadas) x
golpes por minuto
gpm., para:
Relación 3:1 – 100 golpes/min.
La relación más baja de 3:1 requiere
el golpe más largo para el roscado,
pero al mismo tiempo también
permite la mayor velocidad en golpes
por minuto de la prensa.
Ejemplo 2
(en sistema métrico)
Tamaño del machuelado: M8 x1.25
(20.32 hilos por pulgada)
Material: material de alta resistencia
y baja aleación (HSLA por sus
siglas en inglés)
Espesor de material: 6.35 mm., alta
extrusión
Levantamiento de la progresión:
19.05 mm.
Recorrido del golpe: 254 mm.
Unidad para roscar: Seguimiento
mecánico de la progresión
Recorrido total del machuelo =
espesor de pieza + 5 hilos de rosca
= 6.35 mm. + 6.25mm. = 12.6
mm.
Recorrido del machuelo por
milímetro de golpe de la prensa =
relación de engranes x 0.394 /
avance del machuelo (hilos por
milímetro)
Relación de engranes 1.5:1 =
(1.5)(0.0394)/0.8 = 0.074
(2)(0.0394)/0.8 = 0.098
(3)(0.0394)/0.8 = 0.148
8
Golpe de la prensa necesaria para
roscar = Recorrido total del
machuelo/recorrido del machuelo
por milímetro de golpe de la
prensa
Relación de engranes 1.5:1 =
12.6/0.074 = 170.7 mm.
12.6/0.098 = 128.0 mm.
12.6/0.148 = 85.3 mm.
Golpes aproximados por minuto
para diez pulgadas de recorrido
de golpe y 800 rpm = 2 x relación
de engranes x recorrido de prensa
(mm.) x golpes por minuto x
0.0394
Golpes/min. para:
Relación 1.5:1 – 26 golpes/min.
Nota: En el ejemplo 2 el
levantamiento de la progresión no fue
necesaria, debido a que con unidades
de seguimiento de la progresión la
unidad de roscado se mueve con la
progresión cuando esta se eleva. De la
misma manera que en el ejemplo 1, las
relaciones de engranaje más bajas
requieren más recorrido del portapunzones para roscar pero corren a
velocidades más altas de producción.
Requerimientos de
diseño para el troquel
Roscados integrados en el troquel
exitosos toman en cuenta los siguientes
requerimientos en el diseño del
troquel:
• Se diseña espacio suficiente para
las unidades para roscar dentro del
troquel, incluyendo la altura de cierre
necesaria así como espacio para el
mecanismo de accionamiento.
• Fijar la progresión antes del
roscado con recorrido adecuado del
pisador o equivalente con unidades
para roscar mecánicas.
• Pisador fijador de la progresión
con presión y holgura mínima para
unidades para roscar de seguimiento
de progresión (ensamble móvil).
• Sincronización adecuada del
movimiento de la unidad para roscar
con el movimiento de la progresión en
unidades de seguimiento de la
progresión (ensamble móvil).
• Ángulo de alimentación adecuado
para alimentar la progresión después
que los machuelos se alejan de la
progresión.
• Lubricación de machuelos en la
prensa.
• Monitoreo de machuelos
quebrados en la prensa.
Tres de los puntos anteriores
requieren mayor explicación. El
primero: fijar la progresión con
recorrido adecuado del pisador o el
equivalente con unidades para roscar
mecánicas. La progresión debe ser
sujeta sobre la matriz antes de que los
machuelos entren a la pieza y seguir
sujeta hasta que el machuelo sale de la
pieza y se mueve fuera del recorrido de
la progresión cuando avanza dentro
del troquel. Esto es extremadamente
importante, ya que sería virtualmente
imposible lograr una buena rosca si la
progresión se mueve hacia arriba y
hacia abajo durante el roscado. El
resultado de una progresión que no se
sujeta sólidamente son roscas barridas
o machuelos quebrados.
El segundo y tercer puntos que
necesitan mayor explicación van de la
mano. Con las unidades para roscas
móviles, el roscado se inicia antes que
la progresión sea sostenida
sólidamente contra la matriz. Esto
puede ocurrir porque la progresión
está siendo atrapada por un eyector ó
un pisador de presión además de tener
una holgura mínima entre la
progresión y la cara inferior de la
unidad para roscar. Gracias a que la
progresión es atrapada por el pisador
de presión y la unidad para roscar, el
machuelo puede iniciar antes de que la
progresión esté completamente abajo
sobre la matriz.
El tercer punto se relaciona con la
sincronización de la progresión al
seguir el movimiento de la unidad para
roscar a medida que la progresión es
bajada hacia la matriz. A medida que la
progresión es llevada a nivel de la
matriz, la unidad para roscar requiere
también presionar hacia abajo en la
porción de seguimiento de la
progresión por parte de la unidad para
roscar. Si la sincronización no ocurre,
existe la posibilidad de cuerdas
barridas o machuelos quebrados.
Para finalizar, la integración exitosa
de roscado dentro de troqueles se logra
al conectar los requerimientos de
diseño del troquel con la
sincronización y el recorrido del
machuelo. El equilibrio de estos
factores da como resultado un troquel
que funciona sin problemas en
producciones de decenas de miles de
roscas entre cambios de machuelos.
Guía para el tamaño
de agujeros punzonados
Una pregunta común respecto a la
integración del roscado es; ¿qué se hace
9
con la viruta? La inmensa mayoría de
aplicaciones usan roscados de
formación por deformación, los cuales
no producen viruta durante el proceso.
Otras ventajas de los roscados de
formación por deformación incluyen
mayores velocidades de producción,
cuerdas más fuertes y en algunos casos,
mayor vida de la herramienta. No es
raro que los machuelos para formar
por deformación corran al doble de
velocidad que los machuelos por
viruta. También, debido a la resistencia
de una cuerda formada por
deformación, una del 65 por ciento a
menudo es más fuerte que una cuerda
del 75 por ciento fabricada por un
machuelo por viruta. Mientras que la
vida promedio del machuelo va de
10,000 a 15,000 agujeros, en
aplicaciones de agujeros menores los
machuelos pueden formar hasta
100,000 agujeros antes de desgastarse.
Debido a que los machuelos por
deformación desplazan material más
que cortarlo, el tamaño de los agujeros
es mayor que el que se usa para
machuelos por viruta. La precisión en
el tamaño del agujero para roscas
formadas por deformación es crítica;
0.03 a 0.05 de milímetro pueden
significar la diferencia entre una rosca
de 65 por ciento y una de 75 por ciento
además de marcar la diferencia entre
lograr una larga vida del machuelo.
Por lo general, la mayoría de los
porcentajes de profundidad de la
cuerda de las roscas formadas por
deformación caen entre el 55 y el 75
por ciento, con la mayoría cerca del 65
por ciento. Emplee siempre el
porcentaje más bajo de rosca que
cumpla las especificaciones del cliente,
esto maximiza la vida útil del
machuelo. Muchas aplicaciones
comerciales pueden usar roscas del 55
por ciento y tienen una resistencia más
que suficiente para su aplicación. Por
otra parte, la mayoría de piezas
automotrices y para la seguridad
requieren un mínimo de 65 por ciento
de cuerda para mantener los
requerimientos de diámetro menor de
la pieza. Esto debe ser especificado por
el cliente.
Para determinar el tamaño correcto
del agujero para diferentes tamaños de
roscas y porcentajes de cuerda consulte
un manual de maquinado, o mejor
aún, la mayoría de los fabricantes de
machuelos muestran una gráfica en
sus catálogos especificando tamaños de
agujeros o número de broca para
usarse con machuelos de formado por
deformación.
Requisitos de lubricación
Las roscas formadas por
deformación se realizan en un proceso
de alta presión similar al embutido
profundo. Las empresas de estampado
pueden seleccionar entre varios
lubricantes para el proceso
dependiendo del material que se va a
roscar así como del diámetro del
machuelo.
Habitualmente, los machuelos en el
10
rango de #10 (0.188") o M5 pueden
usar una variedad de métodos de
lubricación. Muchas compañías
emplean pequeños rociadores en las
estaciones de roscado. Debido a que
estos machuelos pequeños no crean
una gran cantidad de calor, no
requieren un flujo continuo de
lubricante, las empresas de estampado
se evitan la suciedad por exceso de
lubricante.
Cuándo se roscan agujeros de
0.250", M6 o mayores, lubricación por
inundación ó de flujo constante
funciona mejor. Las roscas de mayor
diámetro generan más calor y las rpm
del machuelo se vuelven más críticas
en relación al golpe de la prensa. El
exceso de calor no sólo requiere de
mayor lubricación, sino que el proceso
debe ser diseñando para extraer el
calor del proceso de roscado. Lo más
usado en estas aplicaciones es un
lubricante soluble en agua para
embutido profundo, que en la mayoría
de los casos, es el mismo lubricante
que se usa para formar en el resto del
troquel. Cuando se roscan diámetros
mayores (0.50" ó 12.7 mm. por
ejemplo) o se roscan materiales
difíciles, como acero inoxidable, puede
ser necesario usar lubricantes
específicamente diseñados para roscar.
Detección de machuelos
quebrados
Una preocupación común con la
integración del roscado en el troquel es
detectar los machuelos quebrados. En
la mayoría de los casos, cuando se
quiebra un machuelo en cualquier
operación (roscado secundario,
maquinado de centros, prensas para
barrenar, etc.) es resultado de una mala
alineación entre el machuelo y el
agujero. La ventaja de integrar el
roscado dentro de un troquel
progresivo es justamente esta
alineación. Si el machuelo y el agujero
no están alineados dentro del troquel
hay muchas posibilidades que
tampoco se este produciendo una
buena pieza en el resto del troquel.
Descartando esta razón, existen
ciertamente otras maneras de que se
estén quebrando los machuelos, como
punzones quebrados que no estén
haciendo el agujero a roscar o un mal
desplazamiento de la progresión que
conlleva a quebrar el machuelo.
Para detectar los machuelos
quebrados las empresas de estampado
comúnmente usan sensores de
proximidad. Esto requiere que el
machuelo toque físicamente un sensor,
el cual envía una señal al control de la
prensa, indicando que el machuelo ha
completado un ciclo. Estos sensores
tienden a ser más confiables que los
sensores infrarrojos ya que la
lubricación puede impedir que los
MF
sensores reciban una señal clara.
Para mayor información visite
la sección de Empresas en Tool &
Die/Lubrication de:
www.metalformingmagazine.com.
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