Hoy en día, muchas cadenas de montaje se enfrentan a los mismos problemas. Los ingenieros observan una calidad de fijación desigual. También observan un rápido desgaste de las herramientas. Los sistemas neumáticos e hidráulicos suelen necesitar un mantenimiento frecuente. Estos problemas reducen la fiabilidad del producto. Se agravan cuando los equipos trabajan con materiales finos, ligeros o recubiertos.
Para resolver estos problemas, muchos fabricantes utilizan ahora servoprensas. Estas máquinas funcionan con motores eléctricos. No dependen del aceite ni del aire comprimido. El sistema proporciona un control preciso de la fuerza, la posición y la velocidad en cada ciclo. Este nivel de control ayuda a crear una fuerza de unión estable. También acorta la duración del ciclo. Al mismo tiempo, permite al sistema registrar los datos del proceso para realizar un seguimiento de la calidad.
Hoy en día, las servoprensas se utilizan ampliamente en diversas industrias. Estas industrias incluyen la producción de automóviles, el ensamblaje de baterías de vehículos eléctricos, la industria aeroespacial y la fabricación de productos electrónicos. En estos campos, la calidad constante de las juntas es importante. Los datos del proceso y la trazabilidad también desempeñan un papel clave para cumplir los requisitos de seguridad y conformidad.
¿Qué son las operaciones de remachado y clinchado?
El remachado y el clinchado son dos métodos de fijación fundamentales que dan forma a los ensamblajes metálicos modernos. Entender cómo funciona cada proceso revela por qué el servocontrol marca una diferencia tan drástica en cuanto a consistencia y calidad.
Remachado: Creación de uniones permanentes de alta resistencia
Remachando es un proceso de fijación mecánica. Un operario coloca un remache a través de unos orificios previamente taladrados en las piezas. A continuación, la prensa deforma el remache para unir las piezas. Este método crea una unión permanente. Muchos fabricantes lo utilizan cuando necesitan una gran resistencia a la fatiga. También funciona bien cuando se unen materiales diferentes, como acero y aluminio o aleaciones de titanio.
En las industrias de precisión, como la aeroespacial, el control de la fuerza es fundamental. La prensa debe aplicar la fuerza dentro de un rango ajustado. Demasiada fuerza puede provocar grietas o daños en la superficie. Demasiada poca fuerza puede debilitar la unión. Las prensas servocontroladas mantienen la fuerza de conformado dentro de unos ±1% del valor objetivo. Este control ayuda a producir cabezas de remache uniformes.
Clinching: unión sin elementos de fijación adicionales
El clinchado también se denomina unión prensada. Une chapas metálicas formando un bloqueo local entre capas. El proceso utiliza la deformación controlada del material. No necesita remaches, soldaduras ni adhesivos. Muchos fabricantes utilizan el clinchado para el aluminio y el acero revestido. El proceso no genera calor. También evita los humos y la contaminación de la superficie.
Una servoprensa ofrece a los ingenieros un control preciso del movimiento. Los ingenieros pueden ajustar la curva de movimiento para cada par de materiales. Una breve pausa cerca de la parte inferior, en el punto muerto, ayuda a formar un enclavamiento completo. Este paso también protege los revestimientos superficiales de posibles daños. En muchos casos, las uniones clinchadas alcanzan unos 80-90% de la resistencia de las soldaduras por puntos. Al mismo tiempo, el proceso no produce salpicaduras y no necesita limpieza posterior.
Limitaciones de los sistemas de prensa tradicionales
Las prensas neumáticas, hidráulicas y mecánicas más antiguas tienen dificultades para cumplir los estándares actuales de precisión y eficacia. El examen de sus puntos débiles pone de manifiesto por qué los fabricantes están cambiando a los sistemas servoaccionados.
| Tipo de prensa | Control de la fuerza | Mantenimiento | Uso de la energía | Precisión típica | Problema común |
|---|---|---|---|---|---|
| Neumático | Pobre (compresibilidad del aire) | Bajo a medio | Moderado | ±10% | Fuerza incoherente |
| Hidráulico | Alta pero difícil de estabilizar | Alta (fugas, envejecimiento del fluido) | Alta | ±5% | Contaminación por aceite, ruido |
| Mecánico | Curva fija, no ajustable | Medio | Medio | ±5-8% | Sin control adaptativo |
| Servo (eléctrico) | Excelente (bucle cerrado) | Bajo | Bajo | ±1% | - |
Prensas neumáticas: Entrega de fuerza inconsistente
Las prensas neumáticas utilizan aire comprimido para generar fuerza. La presión del aire cambia con la temperatura y las condiciones de suministro. Incluso pequeños cambios pueden provocar variaciones de fuerza de hasta ±10%. Este nivel de variación es demasiado alto para trabajos de montaje de precisión.
Como resultado, la calidad de las articulaciones se vuelve inestable. Algunas juntas pueden estar demasiado flojas, mientras que otras pueden estar demasiado prensadas. La desalineación y el retrabajo se hacen más frecuentes. Con el tiempo, las fugas de aire, el desgaste de las válvulas y la contaminación reducen aún más la fiabilidad del sistema.
Prensas hidráulicas: Gran consumo de energía y mantenimiento intensivo
Las prensas hidráulicas pueden generar una gran fuerza. Dependen de bombas que a menudo funcionan continuamente. Incluso cuando la prensa está parada, el sistema sigue consumiendo energía para mantener la presión. En muchos casos, el consumo de energía puede ser hasta 70% superior al de un sistema basado en servomotores.
El aceite hidráulico también crea riesgos. Las fugas de aceite pueden contaminar las piezas y las zonas de trabajo. Los cambios de temperatura afectan a la viscosidad del aceite. Este cambio altera la fuerza de prensado y reduce la consistencia del proceso durante la producción.
Prensas mecánicas: Alta velocidad pero control limitado
Las prensas mecánicas utilizan un movimiento de manivela fijo. El perfil del movimiento no puede cambiar durante la carrera. Estas prensas funcionan bien para el conformado a alta velocidad. Sin embargo, carecen de la flexibilidad necesaria para tareas de montaje delicadas.
El movimiento fijo dificulta el control de la fuerza en materiales finos o juntas estratificadas. Un impacto elevado cerca de la parte inferior de la carrera puede aumentar el desgaste de la herramienta. También puede provocar variaciones en las piezas con el paso del tiempo.
¿Cómo cambia el juego la tecnología de las servoprensas?
La servotecnología sustituye el aire y el aceite por la precisión digital. Exploremos cómo el control de bucle cerrado y el movimiento programable permiten una calidad estable, un funcionamiento más limpio y una mayor eficiencia de producción.
Control preciso de la fuerza, la posición y la velocidad
Las servoprensas utilizan un sistema de control de bucle cerrado. El sistema combina codificadores de motor para el control de posición y células de carga para la medición de la fuerza. El controlador compara los valores en tiempo real con los ajustes programados. Ajusta la salida cada pocos milisegundos para mantener la estabilidad del proceso.
Este control permite una precisión muy elevada. Las servoprensas pueden alcanzar una precisión de posición de ±0,01 mm. También pueden mantener la repetibilidad de la fuerza dentro de ±1%. Las prensas neumáticas suelen mostrar una variación de fuerza de hasta ±10% en las mismas condiciones.
Para los ingenieros, esto significa que la prensa puede ejecutar perfiles de movimiento complejos:
- Acercamiento rápido para reducir los tiempos muertos.
- Fase de formación lenta cerca del fondo, en el punto muerto, para evitar la sobrecompresión.
- Periodo de permanencia para permitir el flujo de material o la solidificación (cuando se utiliza la unión asistida por calor).
- Retracción suave para minimizar el springback o movimiento de la pieza.
Gracias a esta flexibilidad, una sola servoprensa puede realizar múltiples tareas de unión. Puede realizar remachados ligeros y remachados profundos en la misma máquina. No es necesario ningún cambio mecánico.
Supervisión en tiempo real y registro de datos
Cada carrera de la servoprensa crea un registro digital. Este registro es una curva fuerza-desplazamiento. La curva ilustra el comportamiento de la junta a lo largo de todo el proceso de prensado. Los ingenieros utilizan esta curva como referencia de calidad. Cuando surgen problemas, como una desalineación de la pieza, la falta de un remache o cambios en el grosor del material, el sistema los detecta inmediatamente.
Los operarios pueden establecer bandas de tolerancia para el proceso. Estas bandas definen los límites de fuerza superior e inferior en diferentes etapas de la carrera. Cuando la curva se desplaza fuera del rango permitido, la prensa reacciona automáticamente. Puede detener el ciclo o marcar la pieza para su inspección. Este control anticipado evita que las juntas defectuosas pasen al proceso siguiente. También reduce las repeticiones y disminuye el riesgo de garantía.
El sistema también registra los datos del proceso de cada ciclo. Estos datos permiten una trazabilidad completa y ayudan a cumplir normas como IATF 16949 y AS9100. La prensa puede almacenar detalles como la duración del ciclo, la fuerza, la posición, el ID del operario y el ID de la pieza. Los datos pueden permanecer en la máquina o transferirse a un sistema MES de fábrica.
Eficiencia energética y funcionamiento limpio
Los servosistemas sólo consumen energía cuando la prensa está en movimiento. Las prensas hidráulicas mantienen las bombas en funcionamiento continuo. Cuando una servoprensa está parada, el consumo de energía es prácticamente nulo. Durante la deceleración, el motor puede recuperar energía y enviarla de nuevo al sistema de alimentación. Esto mejora la eficiencia global.
En líneas de producción reales, este diseño suele proporcionar un ahorro de energía de 30-70%. El ahorro exacto depende de la velocidad del ciclo y de la fuerza requerida. Las servoprensas tampoco utilizan aceite hidráulico. Esto elimina el riesgo de fugas, contaminación de piezas u olor a aceite. También elimina los cambios de fuerza causados por los cambios de viscosidad del aceite relacionados con la temperatura.
El accionamiento eléctrico es mucho más silencioso. Los niveles de ruido suelen ser entre 10 y 15 dB inferiores a los de las prensas tradicionales. Esta ventaja es importante en entornos de salas limpias. También mejora la comodidad y la seguridad de los operarios en el taller.
Programación flexible para distintos tipos de articulaciones
Cada producto tiene unas necesidades de unión diferentes. El grosor de la chapa puede cambiar. La dureza del material y los recubrimientos superficiales también varían. La geometría de las piezas añade más complejidad. Una servoprensa gestiona estos cambios mediante el control de software.
Los ingenieros pueden crear varios programas de prensado por adelantado. Cada programa define la velocidad, la fuerza, el tiempo de permanencia y la distancia de retracción. Los operarios pueden pasar de un programa a otro al instante. No es necesario ningún ajuste mecánico. Esta flexibilidad se adapta a la producción de alta mezcla y bajo volumen. También funciona bien en líneas automatizadas con diversos tipos de piezas.
Las servoprensas más avanzadas admiten la integración directa de sistemas. Pueden conectarse con robots y sistemas de control a través de redes industriales estándar. Cuando un robot carga una pieza nueva, la prensa puede seleccionar automáticamente el programa correcto. Esto reduce los errores de configuración. También garantiza resultados uniformes en diferentes productos.
Aplicaciones en todos los sectores
Los sistemas de servoprensa se han convertido en esenciales en sectores en los que la precisión, la repetibilidad y la limpieza son fundamentales. Exploremos cómo estas ventajas se traducen en resultados reales.
Ensamblaje de automóviles y vehículos eléctricos
En la producción de automóviles, la calidad de la fijación tiene un impacto significativo en la seguridad y la fiabilidad a largo plazo. Muchas prensas neumáticas e hidráulicas tradicionales tienen dificultades con los paneles de aluminio, los materiales mixtos y los grandes volúmenes que requieren un estricto seguimiento de la calidad.
Las prensas servoaccionadas resuelven estos problemas. Mantienen el control de la fuerza dentro de ±1% en cada ciclo. Esta estabilidad garantiza una fuerza de unión uniforme, incluso en cientos de miles de piezas. En el montaje de baterías de vehículos eléctricos, el remachado servocontrolado ayuda a evitar la distorsión del panel. También permite un sellado preciso en módulos de baterías sensibles.
Las servoprensas también se integran bien en las líneas de producción automatizadas. Los robots cargan las piezas y la prensa comprueba cada unión utilizando su curva de fuerza-desplazamiento. Cuando una junta se sale de los límites establecidos, el sistema la señala inmediatamente.
Aeroespacial y electrónica
Las piezas aeroespaciales requieren tolerancias muy ajustadas y condiciones de montaje limpias. Durante el remachado o clinchado de aluminio, titanio o materiales compuestos, el control de la fuerza es fundamental. Incluso un ligero aumento de la fuerza puede provocar microfisuras o la separación de capas.
Las servoprensas reducen este riesgo gracias al movimiento programable y a la retroalimentación en tiempo real. Los ingenieros pueden ralentizar la etapa final de conformado unos 30-50% cerca del punto muerto inferior. Este movimiento más lento ayuda a que el material se deforme uniformemente. También limita la tensión en estructuras finas o estratificadas.
En el montaje de componentes electrónicos, la limpieza es igual de importante. Las placas de circuitos impresos y las piezas revestidas deben estar libres de aceite y suciedad. Las servoprensas funcionan sin aceite hidráulico y producen poco ruido. Su diseño compacto y limpio es compatible con entornos de sala blanca ISO Clase 8.
Integración de automatización y robótica
Muchas fábricas modernas utilizan ahora servoprensas dentro de células robotizadas automatizadas. Estas prensas están conectadas a robots, cintas transportadoras y sistemas de visión a través de redes industriales estándar. Esta conexión permite que todos los equipos funcionen como un sistema único y coordinado.
En una configuración típica, un robot localiza y posiciona la pieza mediante una cámara. A continuación, la servoprensa realiza la operación de unión con un movimiento controlado. Al mismo tiempo, la prensa registra la curva fuerza-desplazamiento. Comprueba si la curva se mantiene dentro de los límites definidos. A continuación, el sistema envía el resultado al sistema MES o SPC de la fábrica.
Cuando la prensa detecta una curva anormal, como un pico de fuerza demasiado bajo, la célula reacciona inmediatamente. Puede detener el proceso o marcar la pieza para su revisión. Esta verificación en bucle cerrado elimina la necesidad de inspección manual. También reduce los desechos y contribuye a la mejora continua del proceso mediante el análisis de datos.
Consideraciones sobre la calidad del proceso y las herramientas
Incluso el mejor servosistema depende de un utillaje y un control de procesos sólidos. Aquí examinaremos cómo los ingenieros garantizan uniones perfectas mediante un diseño inteligente y la supervisión de datos.
Importancia del diseño de herramientas
En el remachado y clinchado, el diseño de la herramienta desempeña un papel fundamental en la calidad de la unión. El punzón y la forma de la matriz controlan cómo fluye y encaja el material. Incluso los cambios más pequeños pueden ser importantes. Un cambio de 0,1 mm en la profundidad de la cavidad de la matriz o un cambio de 2º en el ángulo del punzón pueden afectar notablemente a la resistencia de la unión.
Las herramientas bien diseñadas facilitan un flujo de material estable. Esto ayuda a evitar grietas, desgarros o enclavamientos débiles. Muchos ingenieros utilizan la simulación de elementos finitos para estudiar por adelantado la deformación del material. Estas simulaciones ayudan a perfeccionar la geometría de la matriz antes de fabricar la herramienta.
Durante la producción, la servoprensa repite el mismo perfil de movimiento con gran precisión. Este movimiento coincide con la intención de diseño de la herramienta en cada ciclo. El contacto controlado reduce las cargas de impacto y choque. Como resultado, la vida útil de la herramienta suele aumentar en 20-30% en comparación con las prensas neumáticas o mecánicas.
Unión multicapa y de materiales distintos
Muchos productos modernos utilizan estructuras ligeras. Estos diseños suelen combinar distintos materiales, como aluminio con acero o chapas revestidas con metal desnudo. Cada capa tiene un límite elástico diferente. Por ello, la fuerza de conformado debe cambiar durante la carrera.
Las servoprensas superan muy bien este reto. Utilizan un control adaptativo basado en la retroalimentación en tiempo real. A medida que la prensa detecta la resistencia durante el conformado, ajusta el par del motor sobre la marcha. Este control mantiene la deformación del material dentro del rango deseado.
Con este enfoque, la junta se forma de forma completa y consistente. Las capas superficiales permanecen intactas. Las capas más blandas no se comprimen en exceso. El resultado es una unión fuerte y fiable entre pilas de materiales mixtos.
Control de las curvas fuerza-desplazamiento
La curva fuerza-desplazamiento es una herramienta de diagnóstico clave en la servounión. Muestra cómo aumenta y se libera la fuerza durante el proceso de conformado. Cada carrera crea su propia curva, que representa el comportamiento de la unión.
Incluso pequeños cambios en la curva pueden indicar problemas. Estos cambios pueden indicar un desgaste prematuro de la herramienta, una desalineación de la pieza o variaciones en el grosor o la dureza del material. El seguimiento de estas curvas a lo largo del tiempo permite a los ingenieros detectar problemas antes de que provoquen defectos o tiempos de inactividad.
Por ejemplo:
- A fuerza máxima inferior puede indicar una holgura excesiva o el desgaste de la herramienta.
- A pendiente más pronunciada indica un cambio en la dureza del material.
- En meseta temprana puede indicar un solapamiento de doble hoja o una orientación incorrecta de la pieza.
Mediante el establecimiento de curvas superiores e inferiores, los ingenieros pueden detectar estos problemas en tiempo real. Algunos sistemas incluso clasifican las curvas automáticamente mediante algoritmos de inteligencia artificial, prediciendo el fallo de la herramienta antes de que se produzca.
Elección de la servoprensa adecuada para remachado o clinchado
Seleccionar la servoprensa adecuada implica encontrar un equilibrio entre tonelaje, precisión y capacidad de integración. A continuación se indican los factores más importantes que deben evaluarse.
Especificaciones técnicas
| Parámetro | Gama recomendada | Por qué es importante |
|---|---|---|
| Fuerza nominal (kN) | 10-100 | Determina la capacidad máxima de conformado para distintos espesores de chapa y tamaños de remache. |
| Longitud de carrera (mm) | 50-200 | Define la flexibilidad de movimiento tanto para remaches cortos como para remaches más profundos. |
| Precisión de posición (mm) | ±0,01 o mejor | Garantiza una profundidad de junta constante y compensa las variaciones de grosor. |
| Control de fuerza Precisión | ±1% | Evita la sobrepresión y garantiza la repetibilidad de la resistencia de la unión. |
| Rango de velocidad (mm/s) | 1-300 | Permite la aproximación a alta velocidad con encofrado controlado a baja velocidad. |
| Salida de datos / Conectividad | EtherCAT, PROFINET, OPC UA | Permite la integración con MES, SPC y sistemas robóticos para una fabricación inteligente. |
Precisión de posición y fuerza
En la fijación de precisión, los pequeños errores pueden causar grandes problemas. Un error de posición de tan sólo 0,05 mm puede provocar una mala expansión del remache o una profundidad de enclavamiento escasa. Estos problemas debilitan la unión y reducen la fiabilidad.
Por esta razón, los ingenieros deben seleccionar prensas con codificadores de alta resolución, a menudo en torno a 0,001 mm. Las células de carga digitales también desempeñan un papel fundamental. Juntas, ayudan a garantizar que cada carrera siga el perfil de fuerza y posición previsto.
Algunos controladores avanzados añaden funciones de autocalibración. Estas rutinas ajustan automáticamente las lecturas de referencia. Reducen el tiempo de configuración y limitan el impacto de las variaciones del operario en la precisión del proceso.
Perfil de movimiento y flexibilidad del proceso
Una servoprensa debe ofrecer modos de movimiento programables, como control de posición, control de fuerza y control híbrido. Estos modos permiten a los ingenieros adaptar el proceso a distintos materiales:
- Modo forzado para una compresión consistente en el remachado de aluminio.
- Modo de posición para una profundidad de remache precisa.
- Modo híbrido para unir materiales multicapa o recubiertos.
Las curvas multisegmento permiten una personalización total: por ejemplo, empezar rápido, presionar lentamente cerca del contacto, detenerse brevemente y retraerse suavemente.
Gestión de datos e integración inteligente
En las fábricas modernas, los datos del proceso son tan importantes como el producto acabado. Una servoprensa que registre y exporte curvas de proceso favorece el control de calidad y la estabilidad de la producción. También ayuda a los equipos a planificar el mantenimiento antes de que surjan problemas.
A través de redes industriales estándar, la prensa puede conectarse directamente a sistemas MES o SPC. Esta conexión permite la transferencia automática de datos sin introducción manual. Los ingenieros pueden supervisar el rendimiento en tiempo real. También pueden estudiar tendencias a lo largo de miles de ciclos para mejorar la estabilidad del proceso a largo plazo.
Eficiencia energética y mantenimiento
Las servoprensas sólo consumen energía cuando la prensa está en movimiento. Durante la deceleración, el sistema puede recuperar energía en lugar de desperdiciarla en forma de calor. En la mayoría de las aplicaciones, esto se traduce en un 30-70% menor consumo de energía en comparación con las prensas hidráulicas. Un menor consumo de energía significa también menores costes de funcionamiento y menos emisiones de carbono.
Las servoprensas no utilizan aceite hidráulico. Esto elimina el riesgo de fugas y el mantenimiento relacionado con los fluidos. El área de trabajo permanece limpia y mejora el tiempo de funcionamiento. El sistema también tiene menos piezas móviles y ninguna bomba funcionando en segundo plano. Como resultado, los intervalos de mantenimiento suelen aumentar en 30-40%, lo que ayuda a mantener la eficacia general del equipo estable a lo largo del tiempo.
Conclusión
Las servoprensas han hecho que el remachado y el clinchado pasen de ser simples pasos mecánicos a procesos controlados y basados en datos. Proporcionan un control preciso de la fuerza y la posición. También permiten un funcionamiento limpio, eliminando la necesidad de aceite y reduciendo el ruido excesivo.
Estas ventajas se traducen en resultados empresariales precisos. Disminuye el consumo de energía y se reducen los reprocesamientos y las piezas desechadas. Con el tiempo, estos beneficios se traducen en beneficios cuantificables y en una producción estable y de alta calidad.
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Hola, soy Kevin Lee
Durante los últimos 10 años, he estado inmerso en diversas formas de fabricación de chapa metálica, compartiendo aquí ideas interesantes de mis experiencias en diversos talleres.
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Kevin Lee
Tengo más de diez años de experiencia profesional en la fabricación de chapas metálicas, especializada en corte por láser, plegado, soldadura y técnicas de tratamiento de superficies. Como Director Técnico de Shengen, me comprometo a resolver complejos retos de fabricación y a impulsar la innovación y la calidad en cada proyecto.
