Conocimientos de la industria para hacer agujeros eficientes en placas de metal: láser, plasma o perforación

H&H Metals encuentra eficiencias en sus máquinas láser de CO2 porque pueden cambiar fácilmente varios tamaños y formas de orificios y la precisión del corte. Metales H&H.

Hay más de una forma de despellejar a un gato, dice el refrán. Dejando a un lado el aspecto espantoso, la expresión no podría ser más apropiada para hacer agujeros en metal estructural. No quiero decir lo obvio, pero hay multitud de formas de fabricar un agujero en una placa. Los fabricantes tienen muchas rutas viables para llegar allí: herreros, perforadoras, prensas de estampado y cortadoras de plasma, láser y chorro de agua. Elegir qué camino tomar generalmente se reduce a cuál hará el hoyo de manera más eficiente.

Tres fabricantes (SCW Contracting Corp., H&H Metals y Ultratech Tool and Design) compartieron sus enfoques de perforación, sus procesos de pensamiento y por qué esos métodos son los mejores para sus aplicaciones.

Con sede en Fallbrook, California, desde 1980, SCW Contracting Corp. es un fabricante, montador e instalador de acero estructural. La empresa también cuenta con una división que fabrica productos para infraestructuras de agua y aguas residuales.

El gerente de operaciones, Steven Scrape, dijo que la compañía llama a su Voortman V310 automatizado de 8 por 20 pies. La máquina perforadora y cortadora por plasma es su “caballo de batalla”. Atribuye su eficiencia a su capacidad para hacer funcionar el taladro sin supervisión.

"Encontramos muchos ahorros al poder ejecutarlo esencialmente sin tripulación", dijo.

“Ha trabajado 200 días laborables al año (800 en los últimos cuatro años) sin personal. Hubo un momento en el que usábamos la máquina entre 16 y 20 horas al día. No hemos tenido ningún problema con eso”.

Scrape dijo que no le preocupan los problemas que ocurren sin supervisión porque es un sistema inteligente. Su software está programado para detener la producción y enviar notificaciones si encuentra problemas. “Si tiene un error o si el cabezal aplica demasiada presión porque la punta está desgastada, detendrá la producción y arrojará un código de error notificándole que cambie la punta de perforación. No se autodestruirá.

“Ejecutaremos el ciclo de perforación en nuestra V310 durante nuestro turno de noche. Básicamente, configuraremos la placa, ejecutaremos el programa y nos marcharemos. Funcionará toda la noche, perforando todos los agujeros, haciendo todas las marcas... todo lo que necesitamos, sólo en esa unidad de perforación”.

La empresa utiliza la función de perforación de la máquina para realizar orificios sencillos y luego utiliza el cortador de plasma para realizar cortes más complicados. “Para hacer agujeros que sean simplemente redondos estándar, utilizaremos la perforación porque es más rápida, más eficiente y cuesta menos que la cortadora de plasma. Y entonces es cuando entra el plasma, para cortar formas o un agujero ranurado”.

El cortador de plasma tiene un cabezal de biselado, por lo que puede biselar a 45 grados y cortar con una rotación de 360 ​​grados, invertida o hacia afuera. Scrape agregó que la versión más nueva de la máquina ahora tiene capacidades para fresar agujeros ranurados.

SCW Contracting Corp. es un fabricante, constructor e instalador de acero estructural. El gerente de operaciones, Steven Scrape, llama a su Voortman V310 automatizado de 8 por 20 pies. La máquina perforadora y cortadora por plasma es su “caballo de batalla”. Atribuye su eficiencia a su capacidad para hacer funcionar el taladro sin supervisión. Durante los últimos cuatro años ha trabajado 800 días laborables sin tripulación. SCW Contratación Corp.

“Entonces podrías tener una placa con cinco agujeros; siendo tres los típicos agujeros redondos y dos agujeros ranurados. El software dirigirá automáticamente el taladro hacia los orificios redondos y luego, cuando se necesite un orificio ranurado, una vez que se complete el ciclo de perforación, desplegará el plasma para realizar los orificios ranurados. Por eso es una máquina procesadora de planchas muy versátil”.

SCW corta 1/8 pulg. a una placa de 3 pulgadas de espesor en la máquina.

Scrape dijo que compró la máquina después de realizar una investigación exhaustiva en FABTECH 2018. Está muy contento de haber comprado la máquina con capacidades duales. “Fuimos a FABTECH y analizamos todas las empresas que existen. Todo el mundo decía: "No se necesita una unidad de perforación". Pero razonamos que si las empresas están poniendo una unidad de perforación sobre la mesa, hay una razón.

“Después de más investigaciones exploratorias, nos dimos cuenta de que la perforación es mucho más eficiente. Está más limpio. Cuesta menos, debido al ahorro que supone poder operar el taladro en una función totalmente automática”.

Scrape dijo que el costo de los consumibles de perforación es significativamente menor que el del plasma. En algunas puntas de perforación, SCW puede realizar 1600 agujeros; puede hacer menos agujeros en una cortadora de plasma antes de tener que cambiar los consumibles. “Incluso hemos tenido puntas de perforación que han realizado 4.000 orificios utilizando refrigeración interna con la broca. Eso prolonga la vida útil de la punta de la broca”.

Scrape hizo referencia a un proyecto reciente como ejemplo. “Hace apenas unas semanas colocamos en la máquina una placa de 3/8 de pulgada de espesor y 8 pies de ancho por 20 pies de largo. Tenía un ciclo de perforación de 10 horas. Nuestro operador instaló la placa, inició el ciclo de perforación al final del día, presionó "ejecutar", apagó las luces y se alejó. Llegó a la mañana siguiente, limpió los chips, presionó "iniciar" y comenzó a usar el plasma.

Eso por sí solo ahorró tiempo en mano de obra (un ahorro de costos significativo) en comparación con el uso del plasma, dijo Scrape. Añadió que alguien debe estar presente mientras se usa la antorcha de plasma porque es combustible.

“Hemos descubierto que esta máquina perforadora/plasma es muy eficiente. No ha sido más que un éxito absoluto para nuestra empresa”.

H&H Metals, con sede en Thornton, Colorado, es un fabricante familiar de metales arquitectónicos y de parasoles de aluminio y estantes ligeros. Fundada en 1980, H&H fabrica productos de placas y láminas destinados principalmente a la industria de la construcción, pero también realiza trabajos de taller para fabricantes de equipos originales y proveedores. Sus productos se envían a todo el país e incluso se encuentran en el espacio.

El presidente Chad Huff dijo que la compañía encuentra eficiencias al utilizar el láser de CO2 de Cincinnati debido a la flexibilidad para cambiar el tamaño del orificio fácilmente y a la precisión que brinda para cortar orificios en la placa. El láser, adquirido en 2016, corta acero al carbono de hasta 1 pulgada de espesor, aunque la mayoría de los trabajos del fabricante tienen un espesor de ¼ a ½ pulgada.

El espesor del material en esta pieza, un refuerzo de montaje del parachoques trasero para una camioneta, es de acero 60 KSI de 1/8 de pulgada. Ultratech Tool & Design estampará 200.000 piezas al año durante 10 años. La empresa cree que estamparlo es la forma más eficaz de formar los agujeros y las características de la pieza. Diseño y herramientas ultratecnológicas

"Necesitábamos hacer agujeros en placas más gruesas de las que podíamos hacer de manera eficiente usando nuestras punzonadoras unificadas o máquinas de herrería", dijo Huff.

“El problema era que teníamos muchos espesores y diseños de placas diferentes. Simplemente exponerlos creó desafíos. El hecho de que tuviéramos que tener punzones específicos para cada tamaño de agujero diferente afectó nuestra eficiencia”. Los clips para parasoles que fabrica la empresa varían en cada proyecto. No hay dos proyectos iguales, afirmó.

Lo que complicó el asunto es que incluso cuando se requiere un orificio específico para un trabajo, se necesitaban diferentes punzones dependiendo de los recubrimientos especificados, cada uno de los cuales altera el diámetro del orificio. “Si simplemente está haciendo un agujero en una placa en bruto sin posprocesamiento, querrá que el agujero tenga exactamente la dimensión. Sin embargo, si va a galvanizarlo, el orificio debe tener un diámetro mayor que el tamaño final del orificio porque el galvanizado agrega espesor. Luego, si vas a pintar ese plato, también tiene que ser un poco diferente.

“Si estás perforando ½ pulgada. agujero, es posible que realmente necesites uno de 17/32 pulgadas. agujero, por lo que necesita un 17/32 pulgadas. puñetazo. Necesitas un 5/8 de pulgada. Muere para obtener la holgura adecuada. Con demasiada frecuencia descubrimos que nunca teníamos las combinaciones correctas de punzón y matriz, especialmente en los punzones unificados. Teníamos que comprar múltiples si teníamos una operación de múltiples impactos. Y a veces los golpes se rompían”. H&H se dio cuenta de que necesitaba un nuevo proceso basado en el tiempo perdido esperando que llegaran los pedidos de herramientas y el alto costo de las herramientas de punzonado.

“La eficiencia que logramos ahora con la tecnología láser es que nos permite cambiar el tamaño del orificio y hacer exactamente lo que necesitamos sin tener que tener diferentes punzones en múltiples tamaños. Podemos pasar de un agujero redondo a uno ranurado simplemente cambiando el diseño en el software”.

Huff explicó que la empresa consideró el corte por plasma, pero descubrió que el ángulo de inclinación del corte era demasiado severo para las especificaciones de los clientes.

“Estábamos viendo un ángulo de inclinación de aproximadamente 7 grados en un plasma, lo cual era un problema, especialmente en placas base estructurales. En un láser, solo vemos aproximadamente medio grado de inclinación”.

Huff dijo que para las placas base estructurales que H&H fabrica para la industria de la construcción, las especificaciones no permiten un orificio que sea "demasiado cónico". Las especificaciones estructurales requieren un corte recto porque los orificios deben aceptar un sujetador, como un perno de anclaje, y el sujetador debe mantener una conexión adecuada.

H&H fabrica una multitud de clips para que la industria del vidrio y el acristalamiento sujeten grandes muros cortina en edificios de varios pisos. La mayoría de los clips se sueldan al costado del edificio y luego se engancha el sistema de ventanas. “A veces son agujeros redondos para clips de carga muerta; otras veces, a medida que las ventanas suben en los pisos más altos, necesitan ranuras verticales para clips de carga de viento que permiten la deflexión del piso, para que el vidrio no se rompa.

“Por eso elegimos un láser. El agujero es real y el diseño del clip se puede adaptar fácilmente según sea necesario”.

Admitió que la tecnología de corte por plasma ha avanzado para compensar la reducción.

Otra forma en que el láser proporciona eficiencia a H&H es permitiendo a la empresa hacer orificios más pequeños que el espesor del material, relató Huff. “Una regla general al perforar un agujero es no perforar un agujero con un diámetro menor que el espesor del material. El problema es qué sucede cuando necesitas hacer 1/8 de pulgada de diámetro. ¿Agujero en placa gruesa? Se recurre a la perforación”. Huff dijo que al fabricante se le pide que haga pequeños agujeros en piezas para la industria del vidrio y el vidriado para incrustaciones de hormigón. "En lugar de perforar pequeños orificios en miles de placas gruesas, podemos cortar fácilmente con láser. Aunque los orificios muy pequeños no son perfectos, a menudo funcionan bien como orificios para clavar la pieza a un encofrado de concreto o para permitir que la pieza sea colgado para un proceso de acabado, como pintura o galvanizado”.

Huff dijo que cuando compró el láser de CO2 en 2016, la tecnología de fibra tenía un espesor de material limitado que podía cortar. Aunque los avances en la tecnología del láser de fibra han ampliado los espesores del material que puede cortar y han aumentado las velocidades de corte, considera que el CO2 es útil para cortar piezas 3D.

“Donde se vuelve un poco más difícil con el láser es cuando hay que hacer agujeros en tubos y ángulos. Obviamente, existen láseres de tubo para eso, pero suponen una inversión importante y ocupan una enorme cantidad de espacio”.

Debido a que la parte superior de la máquina láser de CO2 está abierta, los operadores pueden colocar secciones estructurales en ella. "No se puede hacer eso con un láser de fibra porque tienen que estar totalmente cerrados".

Huff añadió que la empresa sólo tiene un turno. No planea reemplazar el CO2 en el corto plazo, principalmente debido a la ventaja que ofrece el diseño de techo abierto. "Aunque la tecnología de la fibra ha evolucionado rápidamente, siempre habrá un lugar para el CO2", afirmó. H&H planea invertir en un láser de fibra en el futuro, pero por ahora, el CO2 se mantiene al día con las necesidades de producción actuales.

Es posible que los fabricantes no piensen en la tecnología de estampado para hacer agujeros en materiales del espesor de una placa, pero Ultratech Tool and Design, Fond du Lac, Wisconsin, estampa agujeros y otras características en placas o metales gruesos de hasta ½ pulgada de espesor, aproximadamente un cuarto de el tiempo.

La empresa está equipada con prensas de hasta 1000 toneladas con tamaños de bancada de hasta 148 x 84 pulgadas y líneas de alimentación de servicio pesado que manejan espesores de material de hasta 0,400 pulgadas, incluidos los de alta resistencia y baja aleación (HSLA); acero de ultra alta resistencia (UHSS); y materiales multifásicos, afirma la empresa.

"Cuando se considera qué método utilizar, realmente depende del volumen", afirmó el gerente de desarrollo comercial Andy Melang. "Aunque el estampado requiere herramientas por adelantado, lo que tiene un costo, se amortizará fácilmente si los volúmenes son lo suficientemente altos".

Melang dijo que el límite de volumen (cuando tiene sentido sellar) es probablemente de unas 40.000 partes. “Entonces es totalmente rentable sellarlo. Con 20.000 partes, estás al margen”.

Un componente que Ultratech Tool and Design está estampando actualmente en acero 60-KSI de 1/8 de pulgada es un refuerzo de montaje del parachoques trasero para una camioneta que requerirá aproximadamente 200.000 piezas al año durante 10 años. Es un componente de mano izquierda y derecha. "Entonces, para nosotros era obvio que la opción más eficiente era optar por el estampado frente a otra tecnología".

Melang cree que hacer agujeros en materiales de placa mediante estampado de redes genera eficiencia de cuatro maneras: velocidad de producción, ahorro de costos de compra de material, utilización de material y repetibilidad.

Velocidad de producción. Una de las formas en que el estampado aumenta la eficiencia es simplemente su velocidad. “El estampado es rápido. Puedes estampar de 20 a 90 golpes por minuto en una prensa mecánica estándar; incluso más rápido en una prensa de alta velocidad, aunque normalmente se trata de piezas eléctricas pequeñas”, dijo. "Eso es más rápido que tres agujeros/piezas terminadas por segundo".

Además, puede hacer múltiples orificios utilizando un troquel de múltiples orificios/multipartes, como un troquel de “cinco salidas” para acelerar la producción.

Costo material. Otra consideración a la hora de determinar el método más eficiente es cómo se compra el material, dijo Melang. “En muchos casos, comprar una bobina es más rentable que un material en bruto porque requiere menos procesamiento. Entonces, desde el punto de vista del costo del material, el estampado tiene un beneficio”.

Utilización de materiales. La naturaleza del estampado facilita un excelente uso del material y bajas tasas de desperdicio, afirmó Melang. “Hay menos desperdicio en el estampado que en el corte por láser o chorro de agua porque incluso cuando esas tecnologías de corte utilizan anidamiento, hay más desperdicio. En materiales de 4 a 10 mm de espesor, el estampado genera alrededor de un 30% menos de desperdicio, añadió.

Repetibilidad. Los punzones se han vuelto más duraderos con recubrimientos y duran más, por lo que hay menos fluctuación en el dimensionamiento y tolerancia geométricos (GD&T), dijo Melang.

Sin embargo, el estampado de metal estructural no está exento de limitaciones.

“Una vez que comienzas a alcanzar el rango de ½ pulgada de espesor, es bastante difícil estampar, especialmente solo para encontrar líneas de alimentación para poder desenrollar ese material. Entonces es cuando alguien podría optar por la ruta en blanco o elegir un método diferente de corte de agujeros”, dijo.

El desafío de estampar una placa tan gruesa es la mayor probabilidad de que cause rebabas. "Lo que hemos notado a veces en metales de calibre grueso es que obtenemos una punta de rebaba, una rebaba triangular causada por el arrastre de material en la pieza de ruptura que realmente podría causar algún daño si pasas la mano por ella". La eliminación de estos defectos requiere desbarbado manual o automático o vibración.

Ayuda que el fabricante de estampado fabrique sus propias herramientas y matrices, porque puede diseñar y fabricar herramientas para facilitar mejores agujeros y menos rebabas.

“A veces se puede acuñar la rebaba en la herramienta para derribarla. En otras áreas del diseño, normalmente colocamos una cizalla de techo en el punzón, que actúa con un movimiento similar al de una tijera al cortar un agujero”. Eso reduce parte del tonelaje inverso, lo que a su vez ayuda a prolongar la vida útil tanto de la matriz como de la prensa, añadió.

En el estampado se aplica la misma regla general con respecto a la relación entre el diámetro del orificio y el espesor del material que se aplica al punzonado. El espesor del material no debe exceder el diámetro del agujero.

“Simplemente afecta la integridad y la durabilidad del golpe, que no puede soportar esa cantidad de impacto y carga en un área tan pequeña. Por eso, si hay que hacer pequeños detalles, normalmente hay que hacerlo fuera de línea”, dijo Melang.

Al igual que la rueda simple pero profundamente útil, el humilde agujero ha sido mejorado y refinado con el tiempo, pero nunca reinventado. Los métodos para fabricar uno en plato han proliferado a medida que la tecnología ha evolucionado.