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Mar 14, 2023

Aplicaciones automotrices para prensas de ensamblaje

Esta estación de prensa semiautomática instala cojinetes y anillos elásticos en la parte trasera

Esta estación de prensa semiautomática instala cojinetes y anillos elásticos en el eje trasero de un automóvil. Foto cortesía de FEC Inc.

Esta estación de prensado instala cojinetes, sellos y engranajes de piñón en una caja de diferencial. Foto cortesía de FEC Inc.

Cualquier proceso que se pueda realizar con una prensa, incluida la inserción, el prensado y el estampado, se utiliza para ensamblar componentes automotrices de una forma u otra. Foto cortesía de Aries Engineering Co. Inc.

Dados los volúmenes de producción en la industria automotriz, la inserción de casquillos suele estar automatizada. Aquí, un robot atiende una servoprensa. Foto cortesía de Promess Inc.

El monitoreo de fuerza-distancia es un componente clave de muchas aplicaciones de prensado automotriz. Foto cortesía de Schmidt Technology

Esta estación de prensado está diseñada para ensamblar varios modelos de transmisión. Foto cortesía de FEC Inc.

Esta estación de prensado fue diseñada para insertar casquillos en una pieza de automóvil. Foto cortesía de Aries Engineering Co. Inc.

El ensamblaje de automóviles suele evocar imágenes de robots de soldadura y aprietatuercas eléctricos. Pero, otra tecnología es igual de importante para ensamblar una amplia gama de componentes automotrices: las prensas.

Las prensas neumáticas, hidroneumáticas, eléctricas y manuales se utilizan para ensamblar rótulas, brazos de control, manguetas de dirección, rieles de combustible, barras colectoras, bombas, espárragos de ruedas, pinzas de freno, transmisiones, cerraduras de puertas, tapones de congelación, soportes de motores hidráulicos y limpiaparabrisas.

Las prensas se utilizan para aplicaciones de gran fuerza, como la inserción de rodamientos de bolas en piezas fundidas, así como para operaciones delicadas, como la instalación de la aguja de un velocímetro. También se utilizan para instalar piezas tales como sujetadores autoajustables y conectores eléctricos de pin compatible.

Cualquier proceso que pueda ser realizado por una prensa (insertar, engarzar, remachar, estampar, remachar y replantear) se usa para ensamblar componentes automotrices de una forma u otra. También hay aplicaciones únicas. Los remanufacturadores utilizan prensas para desmontar y volver a montar piezas de automóviles. Otro fabricante de automóviles utiliza una prensa para mantener juntas las piezas durante una operación de soldadura. La presión evita que el conjunto se deforme.

"Hay una plétora de operaciones de prensado en un automóvil", dice David J. Zabrosky, gerente de ventas para América del Norte de Schmidt Technology. "Nuestras prensas se utilizan para insertar cojinetes y casquillos en los componentes de la transmisión y las columnas de dirección... Una de nuestras prensas se utiliza para insertar un pasador en un componente de metal en polvo y luego clavarlo para asegurarse de que quede retenido...

"Otra prensa se usa en una aplicación de formación para un sensor de capacitancia para una cerradura de puerta automática... La rueda del ventilador para el sistema HVAC de un automóvil se presiona sobre el eje de un motor".

La inserción de bujes en fundiciones o estampados de metal es una de las aplicaciones automotrices más comunes para prensas de ensamblaje. Los bujes se pueden instalar con cualquier tipo de prensa, según el material y el volumen de producción, dice Charles A. Rupprecht, vicepresidente ejecutivo de BalTec Corp. Una prensa manual es suficiente para aplicaciones de bajo volumen que involucran bujes elastoméricos. Se necesita una prensa motorizada para instalar un buje de metal grande en una aplicación de mayor volumen.

Independientemente de la fuente de energía, una prensa de marco en C se usa con mayor frecuencia para tales aplicaciones, dice Michael T. Brieschke, coordinador de ventas de Aries Engineering Co. Inc. Con su frente abierto, la prensa puede acomodar una variedad de tamaños de piezas y partes. se puede cargar y descargar de forma manual o robótica.

Para facilitar los cambios y evitar el desgaste indebido del pistón y el cilindro, Brieschke recomienda una configuración de prensa con dos o cuatro postes guía.

"Puede cambiar los juegos de troqueles con relativa rapidez con un sistema guiado", dice.

Eso es importante, porque las herramientas para insertar casquillos pueden ser muy específicas para cada pieza. "Con un buje recto, tiene un área muy pequeña que puede empujar", dice Brieschke. "Con un buje con brida, tiene un área relativamente más grande. Hay mil millones de bujes diferentes".

Glenn Nausley, presidente de Promess Inc., dice que los fabricantes de máquinas a menudo subestiman las dificultades de una aplicación aparentemente simple como la instalación de bujes en un brazo de control. Estos casquillos deben presionarse a una distancia específica, por ejemplo, a una posición relativa a un punto de referencia en la pieza oa una distancia de otro casquillo. Sin embargo, estos datos a menudo no están disponibles hasta que la pieza está completamente ensamblada.

Para complicar las cosas, el estampado o fundición del brazo de control no es precisamente una pieza de alta precisión. También puede flexionarse durante el montaje.

La respuesta, dice Nausley, es usar una servoprensa junto con un accesorio de medición especial. "La servoprensa le brinda control y retroalimentación", explica. "No estás presionando hasta un punto muerto.

"No se puede usar un accesorio tradicional que simplemente sostiene las piezas para que pueda colocar estos casquillos en su lugar. Necesita un accesorio de precisión con sondas integradas que midan la posición de los casquillos.

"Ahora, puede [presionar los bujes parcialmente hacia adentro], retroceder y dejar que la pieza se relaje. Luego, mide dónde están los bujes con las sondas. Esa información se retroalimenta al controlador, para que la prensa pueda entrar. una segunda vez y terminas la parte. Estás haciendo una buena parte cada vez. Estás midiendo la parte a medida que la haces".

Dados los volúmenes de producción en la industria automotriz, la inserción de casquillos suele estar automatizada. Por ejemplo, BalTec proporcionó recientemente un sistema de remache automatizado para ensamblar los vínculos que suben y bajan el techo de un convertible popular. Todo el sistema de producción consta de dos diales de indexación con máquinas formadoras radiales Baltec y sistemas de servoprensa personalizados (no suministrados por Baltec). Las prensas insertan automáticamente casquillos en los estampados, que luego se envían a los sistemas de remachado para el montaje final.

El marco de telaraña tiene múltiples puntos de pivote y, por lo tanto, requiere múltiples bujes. Y, dado que cada convertible requiere dos juegos de enlaces (uno derecho y otro izquierdo), el volumen se suma. De hecho, el sistema inserta unos 15.000 casquillos al día, dice Rupprecht. Tanto las operaciones de prensado como las de remachado se controlan para garantizar que el varillaje pivote sin problemas.

Aries Engineering diseñó recientemente un sistema robótico para instalar casquillos en los brazos de control de una camioneta. Un robot carga y descarga los brazos de control, mientras que otro carga los bujes. El control de fuerza-distancia garantiza una inserción a prueba de errores de los casquillos.

"El tiempo de ciclo es de 18 a 23 segundos", dice Brieschke. "Hacer ese proceso manualmente tomaría de 30 a 40 segundos".

Las servoprensas se pueden usar junto con equipos rotativos para medir el rendimiento de un componente automotriz incluso mientras se ensambla. Por ejemplo, se puede usar una servoprensa para aplicar una carga a un cojinete mientras un servomotor hace girar el cubo para medir el valor del par. "Debe asegurarse de que no haya resistencia", dice Keith Lowery, especialista en sistemas de prensa de FEC Inc.

Las rótulas son otro ejemplo. Se utiliza una servoprensa para formar material alrededor de la pelota para mantenerla en su lugar. Un servomotor hace girar el espárrago del cojinete mientras se realiza la operación de formación. En lugar de presionar a una distancia o fuerza específica, "estamos presionando a un valor de torsión producido por las piezas que giran dentro del ensamblaje", dice Lowery.

Las prensas se utilizan para ensamblar el inyector de combustible y para insertar el inyector completo en el riel de combustible.

Un inyector de combustible es una válvula controlada electrónicamente que recibe combustible presurizado de la bomba de combustible. Cuando se energiza el inyector, un electroimán mueve un émbolo que abre la válvula, lo que permite que el combustible presurizado salga a chorro a través de una pequeña boquilla. Cuando el inyector se desactiva, un resorte empuja el émbolo hacia abajo contra la boquilla, cortando el combustible.

Para un rendimiento óptimo del motor, el resorte debe empujar contra el émbolo con la cantidad justa de fuerza, y esa fuerza debe ser constante de un inyector al siguiente. Desafortunadamente, incluso los resortes de precisión varían en la fuerza que ejercen a una altura determinada.

Una prensa equipada con control de fuerza-distancia resuelve el problema. La prensa empuja el resorte hacia abajo hasta que produce un valor de precarga predeterminado, explica Nausley. Luego se registra la altura del resorte en ese punto. Cuando se ensambla el inyector, la profundidad de la operación de prensado se ajusta automáticamente para que coincida con esa altura. Por lo tanto, los resortes de los inyectores pueden comprimirse un poco más o un poco menos de una unidad a otra, pero la fuerza que cada uno entrega será la misma.

Los inyectores terminados se ajustan a presión en el riel de combustible.

"Por lo general, usamos prensas neumáticas para eso", dice Rupprecht. "La herramienta superior es fundamental para esa aplicación, porque debe asegurarse de que el inyector se inserte a la profundidad correcta y que no haya grietas ni distorsiones. Por lo general, recomendamos monitorear la fuerza de presión".

El monitoreo puede detectar instantáneamente problemas durante el ensamblaje. Por ejemplo, si la fuerza es inferior a la esperada, podría significar que falta la junta tórica. Si es demasiado alto, la junta tórica podría estar aplastada o enrollada, o podría haber residuos en la unión. Si la fuerza inicial es muy alta, podría significar que el inyector está desalineado con el orificio.

Una aplicación similar es instalar los pistones en las pinzas de freno. "Es común que el sello de un pistón de la pinza se enganche en el orificio y se rompa", explica Lowery. "Para evitar rodar sobre el sello, usamos una servoprensa que gira el pistón a medida que se inserta en el orificio".

Los días de los parachoques de acero macizo quedaron atrás. En cambio, los vehículos de hoy tienen grandes fascias de plástico. Para un mejor moldeado, las fascias generalmente se fabrican sin orificios para cosas como faros antiniebla, enganches de remolque, cámaras y sistemas de sonar.

En su lugar, los orificios para estos dispositivos se perforan con una prensa equipada con control de fuerza-distancia. Si cree que el monitoreo de procesos es excesivo para una simple aplicación de perforación, piénselo de nuevo. Cualquiera que haya tenido un accidente de defensa sabe lo caro que puede ser una fascia delantera o trasera.

"El control de fuerza-distancia le permite saber de inmediato si una pieza se cargó incorrectamente", dice Brieschke. "La prensa sabe que debe estar en cierta posición cuando alcanza cierta fuerza. Si cualquiera de esas medidas cae fuera de la curva, algo anda mal: las piezas se cargaron incorrectamente. La bala no se expulsó. El herramental ha sido dañado.

"El ariete vuelve a la posición inicial y no haces una pieza de desecho".

La mejor prensa para una aplicación automotriz depende de muchos factores, incluido el proceso; el tamaño, forma y materiales de las partes; tolerancias dimensionales; requisitos de fuerza; requerimientos de calidad; y volúmenes de producción.

Aunque existen ecuaciones para calcular la cantidad de fuerza necesaria para una operación de prensado, en realidad solo proporcionan estimaciones aproximadas.

"Hay tantas variables", señala Zabrosky. "Los resultados pueden ser significativamente erróneos. Es mucho más fácil obtener piezas de muestra y probarlas en una prensa monitoreada".

Zabrosky suele pedir a sus clientes suficientes piezas para producir al menos cinco ensamblajes. "Idealmente, deberían ser piezas de grado de producción, porque el acabado de la superficie y las tolerancias dimensionales pueden influir en los resultados", dice.

Para obtener más información sobre las prensas de ensamblaje, visite www.assemblymag.com para leer estos artículos: