El procesamiento de tubos láser se vuelve completamente automático

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El procesamiento láser de tubos y perfiles ha sido una de las áreas de fabricación de metales de más rápido crecimiento durante la última década. Es fácil ver por qué. El láser de tubos permite a los fabricantes simplificar el diseño de piezas y eliminar una serie de pasos de fabricación que consumen mucho tiempo.

Aún así, camine hacia el piso de un taller con un tubo láser y es muy probable que vea la máquina inactiva. ¿Por qué? Porque está esperando material.

Desde una perspectiva más amplia, desde el pedido hasta el envío, el corte de tubos por láser aún hace que toda la operación sea extremadamente eficiente. Puede simplificar o eliminar numerosos pasos de fabricación posteriores, por lo que el tiempo de inactividad de la máquina para el manejo de materiales es un pequeño precio a pagar. Pero la tecnología de carga de material para el láser tubular ha evolucionado significativamente. Para muchas operaciones de tubos láser, los tiempos de inactividad prolongados para la manipulación de materiales pronto podrían ser cosa del pasado.

Los diseños de productos tubulares tienen muchos beneficios. Los tubos metálicos tienen una relación resistencia-peso muy alta, lo que crea estructuras y marcos que pueden soportar un uso exigente sin la necesidad de una construcción pesada y costosa.

Pero la fabricación de tubos y perfiles, especialmente utilizando técnicas convencionales, tiene un coste. La utilización de técnicas de fabricación convencionales, como el corte con sierra, el taladrado, el fresado y el desbarbado, requiere mucho tiempo y es costoso. Fabricar incluso un componente de estructura tubular simple con métodos convencionales puede requerir muchos pasos. Estos incluyen medir y posicionar la materia prima para aserrar; fijar la pieza de trabajo para cada orificio que se va a perforar manualmente en un taladro de columna; sujetar la pieza cortada y perforada a un banco de trabajo para perforar orificios para los sujetadores; e incluso cargar la pieza en una fresadora para agregar características como muescas y ventanas.

Entre cada paso están los costos de manipulación y almacenamiento temporal. Todo esto requiere una gran cantidad de mano de obra y largos plazos de entrega, lo que genera un alto potencial de errores y percances (léase: desperdicio). También ocupa cantidades significativas de espacio en la fábrica.

Los láseres pueden cortar contornos extremadamente complejos, creando piezas tubulares con una apariencia única y altamente estética. También crean oportunidades interesantes para reducir los costos de los productos.

Por ejemplo, si necesita hacer soportes metálicos simples de 90 grados, generalmente cortará la pieza plana con un láser y la doblará con una plegadora. Si desea acelerar el proceso, puede cortar algunos soportes unidos entre sí mediante pestañas separables para que la plegadora pueda formar varios a la vez.

Sin embargo, el corte de tubos por láser crea otra opción. El láser de tubo puede cortar una forma de soporte a partir de un tubo cuadrado o rectangular, con la "curva" del soporte cortada en la esquina del tubo. El láser de tubos, capaz de cortar rápidamente formas complejas, podría eliminar fácilmente un paso completo de fabricación. Los soportes podrían emerger del láser listos para el acabado y el montaje final, sin pasar por el departamento de plegadora.

El láser de tubo puede abordar los pasos de procesamiento de posicionamiento de materia prima, recorte, muescas, creación de características internas como orificios y ventanas, biselado de bordes para prepararlos para la soldadura e incluso agregar roscas para sujetadores. En muchos casos, cada paso de fabricación desde la materia prima hasta el componente del tubo terminado se puede realizar mediante una máquina cortadora de tubos por láser.

Figura 1 Una máquina cortadora de tubos por láser tiene transportadores donde los operadores pueden agarrar las piezas para clasificarlas. Las piezas también pueden caer directamente en contenedores, que pueden llevarse al siguiente paso de fabricación. Foto cortesía de EMIT Technologies en Sheridan, Wyoming.

En algunos casos, un láser puede cortar una geometría en un tubo u otra forma 3D que en realidad se puede doblar a mano. Piense en un tubo rectangular de paredes delgadas con un corte, que en una impresión se muestra como rectangular cuando se mira desde arriba, y en forma de V cuando se mira desde los lados. Un ensamblador puede doblar este tubo a mano hasta un ángulo específico, determinado por la forma de V. El material de la pared del tubo en la parte inferior de la V se convierte efectivamente en un radio exterior en el ensamblaje final.

Y esto es sólo el comienzo. Con la capacidad del láser de tubo para agregar pestañas y ranuras alineadas y entrelazadas en las piezas, todo el conjunto doblado podría soldarse con pocos o ningún accesorio, reduciendo drásticamente tanto el tiempo de soldadura como la posibilidad de errores y retrabajos.

Las primeras versiones de estas máquinas no eran mucho más que un mandril giratorio CNC colocado debajo de una óptica de corte por láser idéntica a las utilizadas para el procesamiento de láminas. Fueron un gran paso adelante con respecto al aserrado y el fresado, pero aún eran limitados en el alcance de las piezas que se podían fabricar.

Durante las últimas dos décadas, el estado del arte ha evolucionado. La óptica láser de tubos se ha vuelto más especializada y refinada, lo que permite un procesamiento más fino y abre el equipo a una gama más amplia de formas de materias primas, como barras planas, canales, acero estructural e incluso extrusiones. Hoy en día, los láseres de tubo pueden cortar en bisel, roscar orificios y localizar y orientar automáticamente las costuras de soldadura.

Los láseres de tubo ofrecen varias opciones de descarga. Los transportadores pueden descargar suavemente piezas con requisitos cosméticos. En situaciones de producción por lotes o de flujo de una sola pieza, el transportador permite al operador de la máquina clasificar de forma rápida y ergonómica las piezas que salen de la máquina.

Cuando los rayones menores no son una preocupación, la máquina puede descargar las piezas en un contenedor o canasta. Esto ahorra espacio y ayuda a gestionar la entrega de piezas de tubos terminadas al siguiente paso de fabricación (consulte la Figura 1).

La descarga de material desde el láser de tubo puede ser rápida y eficiente, pero no siempre se puede decir lo mismo de la carga de material. Los tubos en bruto pueden tener entre 20 y 30 pies de largo y pesar unos cientos de libras, por lo que la preparación y el manejo obviamente también pueden ser difíciles de manejar.

Muchas operaciones de corte de tubos por láser utilizan mucho espacio para manipular y mover el material. Para mover materia prima a menudo se necesita una grúa, lo que no sólo es lento sino que también supone un riesgo para la seguridad. Lo más probable es que el láser pase bastante tiempo inactivo, esperando los tubos.

El cargador automático de tubos aborda estos problemas y hace que el aprovisionamiento de materia prima a la máquina sea más compacto en el piso, más seguro y más rápido (ver Figura 2). El sistema recibe un paquete de materia prima, separa los tubos individuales y los entrega al mandril giratorio del láser de tubos. Un dispositivo de carga aprovecha el enorme ahorro de tiempo que ya proporciona el láser de tubo y lo multiplica.

Sin embargo, la carga automática de paquetes tiene algunas limitaciones. Una vez que se ha colocado un paquete de materia prima en el cargador, es necesario vaciarlo antes de cambiar a material nuevo (consulte la Figura 3). Algunos cargadores incluyen un transportador secundario de materia prima que pasa por alto el espacio del paquete y permite insertar en la producción algunas barras de varios tubos. Pero este es un proceso manual y sólo es factible para lotes pequeños.

Figura 2 Un cargador automatizado separa un haz de tubos y los entrega al mandril giratorio de la máquina. Foto cortesía de EMIT Technologies en Sheridan, Wyoming.

Si la operación requiere cambiar de perfil con frecuencia, un operador de montacargas o grúa deberá seguir cargando y vaciando el espacio del paquete. Incluso si el tubo láser procesa el mismo material durante períodos prolongados, el espacio del paquete limitará cuánto tiempo puede funcionar la máquina antes de que un operador de grúa o un conductor de carretilla elevadora necesite recargarla.

Si recorre cualquier fábrica actual que procese tubos o material estructural con un láser rotativo, la imagen será la misma: el procesamiento automático se produce sólo mientras dura un único haz de tubos. Más allá de eso, el trabajo se detiene y los empleados deben intervenir para entregar material adicional.

Una operación de procesamiento de tubos que cambia entre trabajos sin un tiempo de espera excesivo, o logra el máximo tiempo de actividad en trabajos de larga duración, requiere otro nivel de automatización. En lugar de cargar el proceso de corte de tubos un paquete a la vez, un sistema totalmente automatizado necesita una conexión directa entre el láser del tubo y un sistema automatizado de almacenamiento y recuperación de material.

Los últimos avances en equipos hacen realidad este tipo de automatización. Ahora es posible automatizar completamente la cadena de proceso del láser de tubos, desde el almacenamiento del material hasta la entrega de la pieza terminada. Los sistemas de almacenamiento vertical diseñados alrededor de materias primas tubulares se combinan con una grúa automática y una mesa transportadora. Estos trabajan juntos para entregar diversas materias primas a un láser de corte de tubos según demanda (consulte la Figura 4).

El espacio tiende a ser escaso en la mayoría de las fábricas, e incluso si no lo es, barajar constantemente paletas por el piso es inherentemente un desperdicio. El almacenamiento vertical elimina ese desperdicio. A diferencia del material plano, los tubos y perfiles no se apilan exactamente de forma ordenada. Y cuando los empleados mueven estas cargas pesadas y de gran tamaño, ya sea con una grúa o un montacargas, introducen todo tipo de peligros mientras transportan el material incómodo.

Existe un beneficio obvio al trasladar este material difícil de manejar a un sistema de estantería automatizado. Los sistemas de almacenamiento en torre también tienden a simplificar la gestión de inventario, proporcionando una rápida transparencia sobre los niveles actuales de existencias de materias primas.

Esta automatización reduce el tiempo de configuración y manipulación del láser de tubo. Ser capaz de cambiar materiales sobre la marcha según un plan de producción significa que el láser de tubo ahora puede ser tan flexible y adaptable como cualquier otra máquina herramienta automatizada. El tiempo de luz verde ahora puede acercarse al 100 por ciento, y cuantos más minutos durante un turno un fabricante pueda mantener el tubo láser agregando valor en lugar de permanecer inactivo, más rentable será la operación.

Gran parte de los ahorros del corte de tubos por láser provienen de la reducción de los costos indirectos inherentes al aserrado y taladrado convencionales: medir, ubicar, manipular, fijar, apilar y todos los demás pasos que las personas realizan para que las piezas tubulares pasen por la producción, así como el espacio en el piso. requisitos y costos de inventario que todo esto crea. Estos ahorros han hecho que el corte de tubos por láser sea un verdadero éxito, brindando beneficios que superan con creces los desafíos, incluido el tiempo de inactividad relacionado con la carga de los tubos.

Para muchas aplicaciones, los sistemas automáticos de almacenamiento y recuperación de tubos eliminan este desafío final. Integrados con el láser de tubos, ayudan a gestionar el inventario de materia prima y entregarla según sea necesario al cargador de tubos. Los cargadores de tubos automáticos miden con precisión las dimensiones del material entrante y alimentan una barra a la vez en el mandril giratorio de la máquina.

El propio tubo láser anida y orienta los componentes dentro de la barra para lograr la máxima eficiencia del material y crea todas las características necesarias en las piezas, incluidos los orificios extruidos y roscados. Luego, las piezas se separan de la barra y se depositan en un transportador o contenedor, listas para pasar al siguiente paso de fabricación.

figura 3 El cargador de tubos automático con separación de piezas está listo para ser cargado con un nuevo haz de tubos. Foto cortesía de EMIT Technologies en Sheridan, Wyoming.

Los sistemas automatizados de almacenamiento de tubos tienen algunas limitaciones según el peso y la forma del material para la carga automática en el láser del tubo. Pero en muchos casos, estas limitaciones superan con creces los beneficios que proporciona dicha automatización. Eliminando tiempos de inactividad, cierra la cadena de fabricación de componentes tubulares y estructurales, de principio a fin.

Adi Buerkler es el director de producto de TruLaser Tube y Thomas Burdel es el director de cuentas de TruLaser Tube en TRUMPF Inc.

Figura 4 Junto con un carro automático para mover el material desde el área de almacenamiento, el sistema entrega varios tubos y perfiles en bruto a un láser de tubos según demanda. Foto cortesía de EMIT Technologies en Sheridan, Wyoming.