AIDA-Tech Vol9 Tonelaje en Reversa

TONELAJE EN REVERSA
AIDA-Tech Volumen Nueve
TONELAJE EN REVERSA
en reversa son los siguientes:
(También conocido como) Momento
de fractura del material
El no tan silencioso asesino de prensas
Por Dennis Boerger, Gerente de Producto
AIDA-America Corporation
Tipo de material, dureza y espeso
Holgura entre el troquel y el punzón y el filo de éstos
Nivel de escalonamiento y filo de los punzones y el troquel
Velocidad del punzón cuando éste hace contacto con
el material
Nivel de deflexión de la prensa y componentes del troquel
Holguras en los bujes de la prensa
¿Alguna vez ha caminado por una fábrica de estampado
metálico y escuchado sonidos como los del disparo de una
bala de cañón cada vez que la prensa viaja por el fondo de
su carrera? Si es así, usted estaba presenciando la destrucción de una prensa causada por el tonelaje en reversa.
¿QUÉ ES TONELAJE EN REVERSA?
Tonelaje en reversa, con frecuencia conocido como “momento de fractura del material”, es el resultado indeseable
de operaciones de corte. Cuando un punzón quiebra el metal durante una operación de corte o perforado, resulta una
fuerza negativa. Este es el momento en el que la prensa
ha acumulado suficiente fuerza, excediendo la resistencia
al corte del material, provocando su fractura. La liberación
repentina de la energía acumulada, ocurre en menos de 20
milésimas de segundo y los componentes de la prensa, que
han sido diseñados para trabajar en compresión, son sujetos a tensión mientras que los que normalmente trabajan
bajo tensión, terminan experimentando compresión.
¿QUÉ CAUSA EL TONELAJE EN REVERSA?
figure 1
El tonelaje en reversa es causado por operaciones de corte
y blanking. Los factores que determinan el nivel de tonelaje
A pesar de que la ilustración está exagerada, muestra
muchos de los problemas que ocurren en una prensa que
experimenta alto tonelaje en reversa.
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¿CUÁLES SON LOS SÍNTOMAS DE UN ALTO TONELAJE
EN REVERSA?
Tonelaje en reversa en exceso puede causar daño a las
partes principales de la prensa tales como componentes del
bastidor o la conexión de la corredera. Este daño, comúnfigure 3
Algunos de los síntomas del tonelaje en reversa son los
siguientes:
Muy alto nivel de ruido
Tornillos y tuberías de aire o aceite flojos
Fugas hidráulicas o neumáticas recurrentes
Fallas eléctricas
Falla por fatiga en los componentes de la prensa, especialmente en el área de la conexión de la corredera
pero también en el bastidor
Desgaste prematuro de punzones y troqueles
Problemas con la cimentación
Fatiga en pies, tobillos, rodillas y caderas del operador,
incluso resultando en problemas de espalda.
¿CÓMO AFECTA NEGATIVAMENTE A LA PRENSA EL TONELAJE
EN REVERSA?
mente no ocurre después de un ciclo sino que se manifiesta
después de muchos golpes de la prensa. Alto impacto, vibración y deflexión en los componentes causan fatiga en la
prensa y el troquel resultando en falla.
figure 2
En una prensa tipo “C”, el bastidor se expande cuando se
aplica la carga. Cuando el material se fractura, el bastidor
se contrae rebasando su posición original, como se indica
con la línea roja en la imagen de arriba. Oscilaciones de
alta frecuencia en el bastidor continúan hasta que toda
la energía es disipada. Esta acción violenta, tiene lugar
mientras el punzón está en la cavidad del troquel y en
contacto con el material, como se muestra en la figura
dos. Los punzones no sólo oscilan verticalmente sino
también experimentan movimiento lateral significativo
que no solo causa desgaste prematuro, sino en muchos
casos ruptura de los mismos.
Una prensa de lados rectos, reacciona en gran parte de la
misma forma que una prensa tipo “C”, excepto que la deflexión del bastidor no tiene la angularidad presente en el
bastidor de las prensas tipo “C”. La estructura azul en la
figura tres, muestra una prensa de lados rectos bajo carga.
Cuando el material se fractura, la respuesta del bastidor es
ilustrada con la línea roja y sobrepasa por mucho su posición
original, como se muestra en verde. Como en las prensas
tipo “C”, el bastidor oscila varias veces antes de recuperar
la estabilidad. Esta flexión del bastidor y la conexión de la
corredera es lo que causa fatigas en los materiales porque
ocurre en cada golpe de la prensa.
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¿CUÁL ES UN NIVEL ACEPTABLE DE TONELAJE
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El estándar en la industria es diseñar prensas que
acepten tonelaje en reversa no mayor al 10% de la
capacidad de la máquina. Por ejemplo, una prensa de
100 toneladas tendrá capacidad para resistir tonelaje
en reversa de 10 toneladas. Existen prensas que han
sido diseñadas para aceptar mayor tonelaje en reversa.
Veinte por ciento de la capacidad de la prensa no es
inusual y hay prensas que resisten hasta el 50% de
la máxima capacidad. La base para dicha resistencia
depende de los claros totales, diseño de la conexión de
la corredera y características de deflexión de la prensa.
Para comparar apropiadamente diferentes modelos de
prensas, es preciso un análisis detallado de las especificaciones y diseños de cada uno de los fabricantes.
¿CÓMO IDENTIFICAMOS LA CANTIDAD DE TONELAJE EN
REVERSA EN NUESTRA OPERACIÓN DE ESTAMPADO?
El único modo práctico para determinar los niveles de
tonelaje en reversa es instalar monitores de tonelaje en
la prensa. El monitor deberá ser capaz de mostrar las
curvas de carga de tonelaje hacia delante y en reversa.
Como puede observarse en la figura cuatro de abajo, la
curva de carga de un troquel progresivo normalmente
estará dentro de los parámetros de tonelaje en reversa
de la prensa.
figure 5
La curva de carga mostrada en la figura cinco de arriba es
para un troquel de blanking. Esta gráfica es muy fácil de leer,
comparada con una de troquel progresivo pero el tonelaje
en reversa claramente excede la capacidad de cualquier
prensa estándar. También observe las oscilaciones del bastidor de la prensa hasta que la energía es disipada. Estas
oscilaciones incrementan su amplitud y duración conforme
el tonelaje en reversa aumenta. Las oscilaciones representan el impacto y vibración, que son el peor enemigo en la
vida de la prensa y el troquel. Estos niveles de vibración
pueden verificarse utilizando un acelerómetro que se coloca
en diferentes puntos de la cama de la prensa y luego en el
troquel inferior. Cada estructura acepta diferentes niveles de
vibración. Esto es también cierto para prensas, lo que hace
necesario que usted contacte al fabricante de la máquina
para determinar lo que es aceptable. Aún cuando el nivel
de vibración pueda ser aceptable para la prensa, podría ser
demasiado alto para los operadores y los alrededores de la
misma.
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Considere escalonar los punzones-como se muestra
en la figura siete- para reducir la carga en un 50% o
más
figure 6
La figura seis de arriba muestra el impacto negativo que las
altas velocidades pueden tener en los niveles de vibración.
A altas velocidades, las oscilaciones del bastidor pueden no
terminar de disiparse antes del siguiente golpe de la prensa.
Esto provoca un traslape de oscilaciones, que ocasionará
que las nuevas vibraciones tengan aún mayor amplitud y
sean más destructivas.
¿QUÉ PASOS PUEDEN SEGUIRSE PARA REDUCIR EL TONELAJE EN REVERSA EN OPERACIONES DE BLANKING?
figure 7
Se debe tener cuidado al escalonar punzones en un troquel
progresivo de blanking con varias estaciones, para evitar
crear cargas fuera de centro. Las cargas fuera de centro,
como muestra la figura ocho, pueden provocar que el troquel superior se mueva lateralmente en dirección de la primera carga y causar daños a los punzones y troquel.
A continuación, algunas medidas que pueden tomarse para
reducir los efectos del tonelaje en reversa:
1. Cambie el material con el que trabaja por alguno más
suave o más delgado
Esto por lo regular no es posible por los requerimientos
del usuario final de las piezas producidas
2. Limite el tonelaje aplicado
Mantenga afilados sus punzones y troqueles
Utilice una holgura entre el troquel y punzón que requiera
la menor fuerza posible para lograr el corte y perforado.
No obstante, en algunos casos, los requerimientos de
planeza o rebaba de la pieza final dictan la holgura.·
figure 8
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Considere afilar los punzones y troquel, como se muestra
en la figura nueve, para reducir la carga hacia delante hasta
en un 33%.
Si el trozo de metal cortado va al desperdicio, Los punzones
deben ser afilados, si el punzón es para blanking y la parte
debe permanecer plana entonces el troquel es el que debe
afilarse. También, recuerde que afilar en una sola dirección
creará una fuerza lateral en el punzón que podría causar
desgaste excesivo o despostillamiento.
3. Reduzca la velocidad del punzón
La velocidad del punzón, al contacto con el material, juega
un papel significativo en los efectos del tonelaje en reversa.
Conforme la velocidad del punzón aumenta, también aumentan el tonelaje en reversa, el impacto y la vibración. A
la izquierda de la figura diez, se muestra que conforme el
coeficiente de deformación (velocidad del punzón) aumenta, la resistencia al corte del material también incrementa.
Como ejemplo, el tonelaje requerido para una operación de
blanking puede aumentar a más del doble si la velocidad
de la prensa incrementa de 100 a 400 golpes por minuto.
Reducir la velocidad de la prensa (normalmente no aceptable), reducir el largo de carrera de la prensa o utilizar una
transmisión tipo leva (link) son modos prácticos que pueden
ser adoptados para reducir la velocidad del punzón.
figure 9
4. Reduzca la deflexión de la prensa
figure 10
Two 100 ton presses
with structures that are
significantly different
figure 11
La deflexión de la prensa y los componentes del troquel
tiene una relación directa con el tonelaje en reversa. Reducir
la deflexión general se puede lograr colocando el troquel
en una prensa de mayor tonelaje o utilizando una prensa
diseñada específicamente para trabajo de blanking o perforado. El usar una prensa de mayor tonelaje tiene obvios
inconvenientes y no es el método común en las operaciones
de estampado. Sin embargo, como se muestra en la figura
once, la deflexión de los componentes puede limitarse colocando suficiente estructura en las áreas apropiadas de la
máquina. La estructura adecuada, junto con conexiones de
la corredera que han sido específicamente diseñadas para
operaciones de blanking, resultarán en una máquina con
alta capacidad para resistir tonelaje en reversa. La estruc-
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tura y diseño del troquel también son importantes cuando
se intenta limitar la deflexión. Un troquel con base delgada
colocado sobre barras paralelas con demasiado espacio entre sí, producirá un alto nivel de deflexión. De ser posible,
los troqueles de blanking deben ser montados directo en la
mesa de la prensa y las barras paralelas eliminadas. Sin
embargo, esto no siempre es posible por lo que las bases
de troquel y barras paralelas deben ser resistentes y las barras paralelas colocadas tan cerca de la sección de trabajo
del troquel como sea posible.
5. Reduzca los claros totales en la prensa
Como la deflexión, la holgura total en los bujes contribuye
significativamente a los efectos negativos del tonelaje en
reversa. La holgura en los bujes y la deflexión hacen que el
punzón viaje de más en la cavidad del troquel después de
que el material se ha fracturado. Este viaje de más,
figure 13
figure 12
Observando la figura doce, podemos ver otro tema relacionado con la deflexión. Aquí vemos un troquel pequeño de
alto tonelaje colocado en una prensa de cama grande, resultando en deflexión excesiva de los componentes de la
prensa. El nivel de deflexión nominal en las prensas convencionales considera que carga será distribuida a lo largo
de dos terceras partes del área de la mesa. Colocar una
carga concentrada en una prensa de cama grande hace que
el tonelaje en reversa aumente debido al incremento en la
deflexión.
disminuye la vida del troquel y calidad de la parte e incrementa el impacto y la vibración en la prensa. Las prensas
convencionales tienden a tener grandes holguras en los
bujes por lo que, de ser posible, sería inteligente utilizar
una prensa específicamente diseñada para operaciones de
blanking con bujes que tienen pequeña o cero holgura.
6. Uso de amortiguadores de impacto
Los amortiguadores hidráulicos de impacto, mostrados
en la figura catorce, han sido ampliamente utilizados en
prensas hidráulicas para limitar el tonelaje en reversa.
Recientemente, los usuarios de prensas mecánicas han
gozado de los beneficios de esta tecnología.
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El amortiguador hidráulico de impacto es efectivo hasta velocidades de casi 100 golpes por minuto y prensas mayores
a las 50 toneladas (sin límite superior). La figura quince
muestra como trabajan los amortiguadores. Están diseñados para proveer una fuerza en sentido contrario (hacia arriba) al momento de la fractura del material. Esta resistencia
es generada por orificios internos que restringen el flujo de
aceite hacia afuera del cilindro, resultando en un efecto de
tipo cojín.
Los beneficios de los amortiguadores de impacto incluyen:
Protege la prensa – reduce el costo de mantenimiento
asociado con la fatiga.
Estampado a plena capacidad de la prensa- Es común
hacer blanking hasta el 90% del tonelaje de la prensa.
Incrementa la vida del troquel- la implementación de amortiguadores incrementa dramáticamente la vida del troquel
Reducción de vibración en la cimentación- los reportes indican una reducción de vibración en el piso cercana al 40%
Amortiguación de ruido- Los niveles de ruido se reducen
significativamente cuando se utilizan amortiguadores.
Ejemplos reales
Prensa mecánica de 400 toneladas
Sin sistema de amortiguación
Primer golpe
234 tons hacia adelante con 100 tons / 25% tonelaje en reversa
Segundo golpe
233 tons hacia adelante con 101 tons / 25% tonelaje en reversa
Con sistema de amortiguación
Primer golpe
356 tons hacia adelante con 1 ton / 0.0025% tonelaje en reversa
Segundo golpe
359 tons hacia adelante con 1 ton / 0.0025% tonelaje en reversa
Prensa mecánica de 1700 toneladas
Sin sistema de amortiguación
Primer golpe
571 tons hacia adelante con 223 tons / 13.1% tonelaje en reversa
Segundo golpe
588 tons hacia adelante con 215 tons / 12.6% tonelaje en reversa
Con sistema de amortiguación
Primer golpe
769 tons hacia adelante con 38 tons / 2.2% tonelaje en reversa
Segundo golpe
775 tons hacia adelante con 36 tons / 2.1% tonelaje en reversa
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A pesar de que el tonelaje hacia adelante incrementa con
el uso de los amortiguadores de impacto, la reducción del
tonelaje en reversa incrementará la vida del troquel, mejorará la calidad de las partes y prevendrá la prensa de daños
serios. Estos ejemplos muestran operaciones que eran o
pudieron haber causado serios problemas. El empleo de
amortiguadores de impacto casi eliminó el tonelaje en reversa y el daño resultante.
La figura diecisiete muestra cuatro amortiguadores de impacto en una prensa de lados rectos. Podemos observar
que los amortiguadores utilizan parte del área de la mesa,
misma que no puede usarse para colocar un troquel. Entonces el pequeño incremento en tonelaje hacia delante
y la pérdida de área útil en la mesa de la prensa son dos
factores negativos que deben ser considerados cuando se
contemplen amortiguadores de impacto.
CONCLUSION
El tonelaje en reversa (momento de fractura del material) en operaciones de corte, perforado y blanking es un
problema que debe ser resuelto. Alto tonelaje en reversa
no disminuido y el impacto y vibración que lo acompañan
pueden destruir troqueles y prensas, desmoronar pisos,
cuartear cimentaciones, cimbrar estructuras de edificios
o incluso causar problemas de salud a operadores y otro
personal trabajando en la misma área. También puede
afectar residencias o empresas contiguas.
Afortunadamente, la selección de la prensa y sus especificaciones, así como el uso de amortiguadores de impacto, puede reducir o eliminar los problemas asociados
con el alto tonelaje en reversa. Simplemente, el entender
y resolver el tonelaje en reversa permitirá que la calidad
de las partes producidas se incremente, la vida de los
troqueles aumente, los costos de mantenimiento de la
prensa disminuyan y el personal operativo sufra menos
problemas de salud.
figure 16
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