Aunque esta industria sigue abarcando el campo de la fijación estándar, apuesta cada día más por la producción de la pieza especial

Control de esfuerzos y procesos de estampación y deformación en frío

Bittor Larraioz Aristeguieta, gerente de Larraioz Electrónica Industrial 18/04/2012

18 de abril de 2012

La industria de la estampación y de la deformación en frío está sufriendo la situación actual internacional tanto o más fuerte que otros sectores industriales. A la crisis económica y de confianza en la que estamos sumergidos se une el hecho de la fortísima competencia en el mundo de la fijación proveniente de países de economías emergentes tales como las asiáticas.

Es realmente complicado competir en el mercado por ejemplo del tornillo estándar con producto proveniente de Asia, con una calidad de producto aceptable, y con unos costes de materiales y de mano de obra muy por debajo de los europeos.

Esta última realidad nos ha llevado a que nuestra industria se haya decantado mayoritariamente por la especialización, aplicando nuestro elevado ‘know how’ tecnológico en los procesos de ingeniería y fabricación. Aún y cuando la industria europea de la estampación y deformación en frío sigue abarcando el campo de la fijación estándar, cada día más nuestros fabricantes apuestan por la producción de la pieza especial, con un abanico de aplicaciones tan amplio y complejo como la industria del automóvil, ferroviaria, aeronáutica, etc. En estos sectores prima el concepto ‘calidad’ sobre el de ‘cantidad’.

Al hecho de que este tipo de producción de pieza especializada no es tan masiva como la fijación tradicional, se une la realidad actual en la cual el cliente destinatario de este producto ha reducido su stock a su mínima expresión, como es el caso por ejemplo de la industria del automóvil. En la producción de esta pieza compleja, con complicados y especializados procesos de preparación de materiales y máquinas, las tiradas de fabricación son pequeñas, de pocas unidades y habitualmente los plazos de entrega requeridos por el cliente son bastante cortos. La solución a este mercado actual la encontramos en un parque de maquinaria cada vez más renovado, con los últimos avances tecnológicos, y sobre todo en un equipo humano altamente cualificado, desde el departamento de ingeniería hasta los responsables de calidad, pasando por los operarios responsables de la materia prima y maquinaria, su puesta en marcha, la correcta productividad y el control primario de calidad.

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El cliente busca en el productor europeo un partner de confianza, que sea próximo, entienda sus necesidades y aporte soluciones a sus problemas. La industria de la estampación y la deformación en frío se encuentra entonces con dos requerimientos para la correcta competitividad con su entorno:

  • Ser capaz de producir las necesidades de pedido del cliente a un precio competitivo y razonable, en el plazo de tiempo requerido.
  • El mayor índice de calidad posible durante la fabricación de la pieza en todas sus fases productivas, rozando, sino alcanzando, el ‘defecto cero’.
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Un elemento fundamental que durante los últimos años se ha introducido en las empresas de estampación y deformación en frío es el sistema de monitorización y control de procesos y esfuerzos. Este tipo de equipo se ha convertido en una herramienta imprescindible tanto para la mejora de la productividad y competitividad del conjunto máquina – operario como para la búsqueda de la calidad óptima.

Un control de procesos para monitorización de producción de deformación en frío es un sistema complejo que se instala en la máquina que va a producir mediante este tipo de procesos continuos y repetitivos, tales como estampadoras, roscadoras, troqueladoras, prensas, etc. Durante los procesos continuos de este tipo de producción hay una serie de variables que se repiten en el tiempo, como por ejemplo una curva de fuerza, una onda de sonido, un comportamiento de presión, etc. El objetivo del conjunto de dispositivos que forman el sistema de control de procesos básicamente es la vigilancia activa de que estas variables monitorizadas se mantengan dentro de unos parámetros de estabilidad fijados por el sistema, e interactúe sobre la producción si dicha estabilidad se ve alterada, como por ejemplo parar la máquina estampadora si se rompe un utillaje, separar una pieza mal roscada, etc. Esta vigilancia debe ser lo más simple y automática posible, con el menor requerimiento de asistencia por parte del operario de la máquina, pero aportando la mayor versatilidad de obtención de información y configuración de los parámetros de control a los departamentos de ingeniería o calidad.

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Las partes que componen el sistema de control de procesos de deformación en frío son:

  • La sensórica, que puede ser de diferente tipo y naturaleza en función de los parámetros que se pretendan monitorizar. Hay sensórica que genera señal de presión, de sonido, de temperatura, aunque los más utilizados en maquinaria de deformación en frío son los sensores piezoeléctricos que informan al sistema del valor ‘fuerza’ o ‘diferencial de fuerza’. Estos sensores convierten la magnitud fuerza medida sobre determinado punto de la máquina y la transforman en señal evaluable por el control de procesos. Un sensor piezoeléctrico se compone de un cristal de material piezoeléctrico, un encapsulado que permita una fácil instalación y mantenimiento sobre la máquina y un cable de transmisión que no distorsione la señal producida. El piezoeléctrico puede ser de diferentes materiales con diversos comportamientos frente al rango de fuerza, velocidad de señal o temperatura entre otros. La instalación de la sensórica es todo un arte donde se analiza la maquinaria y los procesos productivos en busca del punto exacto en el que un sensor instalado mostrará con claridad y estabilidad la señal que se quiere monitorizar y controlar. Es indudable la importancia de este primer elemento, la sensórica, tanto el componente como su instalación, ya que de ello depende el éxito de todo el conjunto.
  • La monitorización de la señal. En este paso las señales producidas por la sensórica, previamente acondicionadas, amplificadas, filtradas, etc. son capturadas por los receptores de señal a frecuencias altas y evaluadas mediante diferentes algoritmos y parámetros. Los sistemas inteligentes de control de procesos visualizan la curva completa de proceso, fuerza, presión, etc. y en tiempo real monitorizan su estabilidad dentro de unos márgenes en permanente cálculo dinámico en función de unos parámetros fijados por el responsable del manejo del sistema. En la mayoría de los casos la determinación del rango de sensibilidad es suficiente para definir el comportamiento del control de procesos frente a diferentes piezas producidas.
  • La evaluación de la respuesta. Frente a la determinación de proceso estable o inestable por parte de la monitorización de la señal, el sistema de control de procesos interactúa sobre la máquina en función de qué respuesta requiera en cada momento. Por ejemplo una rotura de utillaje requerirá una parada controlada de máquina lo más rápida pero segura posible. Una pieza mal roscada debido a un problema esporádico de introducción en máquina necesitará por su parte una separación de la pieza defectuosa, pero la continuidad de la producción, aunque este problema de forma continua sí que precisaría de otro tipo de respuesta. Asimismo es habitual comandar otros dispositivos de máquina, tales como cintas de transporte, dosificadores, separadores, alimentación, etc.
  • Interfaz HMI y herramientas adicionales. Para un correcto manejo, puesta en marcha y análisis del proceso en curso por parte del controlador es necesario disponer de una interfaz de usuario que permita el acceso a la persona responsable de todas las funcionalidades necesarias para manejar el sistema. A lo largo de una serie de pantallas se muestra la información capturada por el control, como curvas de fuerza y sus zonas de límite, valores de pico, rangos de ángulos de proceso… y se dispone de la interfaz intuitiva de pulsadores y campos numéricos y alfanuméricos para actuar tanto sobre la máquina como sobre la parametrización del equipo. Y el software del sistema no se queda aquí, sino que incorpora multitud de herramientas de ayuda a los diferentes departamentos. Es un hecho habitual fijar los contadores de piezas producidas a través del control de procesos en vez de por ciclos de máquina, insertar límites de vida útil de utillaje, gestionar la estadística de productividad de la máquina o línea a través de su información o consultar el por qué de los tiempos de paro de máquina. A todo ello se unen los últimos avances en conectividad de los equipos con las redes corporativas, de forma que la persona adecuada obtenga la información adecuada y en el momento y lugar adecuado.
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La monitorización de las señales generadas en las máquinas de deformación en frío por parte de los equipos de control de procesos permite una optimización de la productividad. Una rotura de utillaje, una anomalía de materia prima o un problema de lubricación requiere de una respuesta inmediata. Las consecuencias de la falta de esta respuesta, tanto en calidad por producción defectuosa como en coste de utillajes y tiempo de parada de máquina por no evitar mayores roturas en cadena son difíciles de calcular, pero indudablemente son demasiado elevados. Con todo ello, nos encontramos con que los sistemas de control de procesos y estampación y deformación en frío son herramientas que permiten monitorizar, controlar y gestionar parámetros de producción de estampación y deformación en frío, pero además nos aportan multitud de herramientas de análisis que nos permitan optimizar los recursos de los que disponemos.

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La empresa Larraioz Electrónica Industrial lleva más de 20 años suministrando soluciones de sistema de control de esfuerzos y procesos de estampación y deformación en frío a la industria europea. El conocimiento de este tipo de procesos, un trabajo constante de campo sobre el productor, sus empresas con su parque de maquinaria y su equipo humano, y el hecho de entender la problemática del día a día del cliente, ha decidido a Larraioz por el diseño propio del equipo monitor LPC2G, el cual es fabricado, distribuido y soportado internamente desde hace varios años. El mantenimiento del ‘know how’ por parte de Larraioz le permite una evolución permanente del sistema adaptándose a las crecientes necesidades por parte de la industria de la estampación y deformación en frío en nueva sensórica y algoritmos de control, gestión de estadísticas OEE, análisis de productividad o adquisición de datos para su tratamiento a través de los sistemas corporativos globales.

El valor añadido del monitor y control de procesos de Larraioz LPC2G se puede incorporar tanto en maquinaria antigua como nueva. La instalación del sistema LPC2G puede ser llevada a cabo por el amplio y altamente cualificado equipo técnico de Larraioz o, debido a su simplicidad, directamente por la empresa cliente, con un asesoramiento siempre disponible por parte de Larraioz.

En los últimos años Larraioz trabaja con varios fabricantes de maquinaria que incorporan de forma seriada el equipo en sus máquinas, conjuntando en el mismo sistema HMI la gestión interna de la máquina con la capacidad de monitorización y control de proceso propio del equipo LPC2G. De esta forma el fabricante de maquinaria unifica en un solo sistema todo el control, integrando en un solo terminal el manejo de máquina y control de proceso, facilitando el interfaz con el usuario operario y reduciendo costes al eliminar el PLC de máquina. Hardware interno dedicado controlado por un coprocesador dedicado permite la conexión extra de entradas y salidas digitales y analógicas de alta velocidad y resolución. La clásica conectividad Ethernet TPC/IP, serie RS232, RS422 y RS485 o el universal CANopen en sus estándares DS301 y DSP402 abre las puertas a la coordinación en tiempo real de multitud de dispositivos de campo como puntos remotos de entrada y salida, servoaccionamientos u otros dispositivos de captura de datos entre otros.

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El sistema base LPC2G tiene la capacidad de monitorizar, controlar y gestionar hasta 16 señales simultáneas
El sistema base LPC2G tiene la capacidad de monitorizar, controlar y gestionar hasta 16 señales simultáneas, como por ejemplo 16 sensores de medición de fuerza o presión, cada uno de los canales con una frecuencia de captación de 1MHz y una resolución analógica de 16 bits. Estas características han permitido monitorizar maquinaria de estampación con velocidad de producción hasta 1.200 golpes por minuto con 5 puntos simultáneos de medición de fuerza. El algoritmo embebido diseñado por Larraioz permite monitorizar y verificar curvas analógicas de más de 200 puntos, evaluando una respuesta sobre máquina con una demora prácticamente inexistente. Es el propio usuario del equipo el que decide si éste va a trabajar de forma autónoma, calculando por sí mismo los parámetros más ajustados para cada situación de proceso, o con mayor interacción por parte del operario o ingeniero, con ajustes manuales en búsqueda de una anomalía potencial determinada.

Un interfaz HMI altamente intuitivo permite un fácil manejo del equipo por parte del usuario, a través de su pantalla de 10” táctil, sus cuatro pulsadores capacitivos con anillos luminosos dinámicos y la baliza led de indicación de status de funcionamiento. Multitud de herramientas de análisis, captura de información tales como motivos de parada, su gestión de bases de datos MySQL internas o externas o la conectividad de dicha información a la red corporativa de la empresa sin requerir ningún tipo de licencia extra, complementan un sistema versátil que permite mejorar los índices de productividad, seguridad y calidad de parques de maquinaria de estampación, roscado, troquelado o prensas horizontales y verticales entre otros.

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