Remoción de la puerta en fundición a presión y acabado de la línea de separación: Desde la prensa de recorte hasta la celda robotizada

La eliminación de la puerta parece ser la operación más sencilla en una planta de fundición a presión. La pieza sale de la máquina con un bizcocho, un canal de alimentación, una puerta, algunos sobrantes y una delgada aleta de rebaba a lo largo de la línea de separación, y alguien tiene que quitar todo eso antes de que la pieza pueda ser mecanizada, pulida, recubierta o ensamblada. En la práctica, es una de las tres operaciones que deciden si una línea de acabado cumple con su tiempo takt, y es la que más a menudo se dimensiona por conjetura.

Este artículo cubre toda la cadena: cómo dimensionar una prensa de recorte, cómo ajustar una sierra de banda para aluminio, cuánto residuo dejar, por qué el lijado manual de las puertas se convierte en la restricción, qué entrega realmente una celda robotizada frente al trabajo manual, cómo diseñar la fijación, qué requiere el entorno de polvo y niebla, y cómo redactar un criterio de aceptación que un proveedor y un cliente interpretarán de la misma manera.

Qué Tiene que Salir del Molde

Una inyección en cámara fría entrega cinco cosas que no son la pieza:

• Bizcocho. El trozo dejado en la manga de inyección, típicamente de 30 a 90 mm de diámetro y de 15 a 40 mm de grosor dependiendo del tamaño de la máquina y del peso de la inyección.
• Canal de alimentación. El canal de distribución desde el bizcocho hasta la puerta, generalmente con un grosor equivalente de 8 a 25 mm.
• Puerta. La restricción final en la cavidad. Para aluminio, esto suele ser de 0,8 a 3,0 mm de grosor y de 20 a 150 mm de ancho, y es deliberadamente la conexión más gruesa, caliente y de congelación más lenta porque la presión de intensificación tiene que atravesarla.
• Sobres y respiraderos. Pequeños reservorios al final del llenado, típicamente de 5 a 15 mm de diámetro, unidos por un cuello delgado de 0,5 a 1,5 mm.
• Rebaba de línea de separación. Una aleta de 0,05 a 0,6 mm de grosor alrededor de todo el perímetro de separación, más gruesa donde el molde ha desgastado o donde la fuerza de sujeción fue marginal.

Cada uno de estos necesita un método de remoción diferente. Los sobrantes y las rebabas pueden recortarse en un molde de recorte. El bizcocho generalmente se corta con sierra. La puerta suele cortarse o doblarse y luego lijarse, porque el remanente de la puerta se encuentra en una superficie estética o de sellado y no puede quedar en relieve.

Diseño de la prensa de recorte y selección de tonelaje

El recorte es una operación de cizalladura, por lo que la fuerza es el área de corte multiplicada por la resistencia a la cizalladura de la aleación a la temperatura en la que se recorta.

F = L x t x tau, donde L es la longitud de la línea de corte en milímetros, t es el grosor del material en milímetros, y tau es la resistencia a la cizalladura, aproximadamente de 140 a 200 N/mm2 para aleaciones de aluminio como A380 y ADC12 cuando se recortan en caliente.

La trampa es L. La gente calcula el área de la puerta y olvida el perímetro de la línea de separación. Un ejemplo práctico:

• Puerta: 3,0 mm de grosor, 60 mm de ancho. Línea de corte = 2 x (60 + 3) = 126 mm. Área de cizalladura = 126 x 3,0 = 378 mm2.
• Chispa: grosor medio de 0,40 mm alrededor de un perímetro de separación de 620 mm. Área de cizalladura = 620 x 0,40 = 248 mm2.
• Cuellos de desbordamiento: ocho cuellos, cada uno de 12 mm de largo por 1,0 mm = 96 mm2.
• Área total de cizalladura = 722 mm2. A tau = 170 N/mm2, F = 122.740 N, aproximadamente 12,5 toneladas.

Luego, aplicar un factor de tamaño de 1,8 a 2,5 para cubrir el desgaste de la cuchilla, el crecimiento de la holgura, las piezas frías el lunes por la mañana y la chispa más gruesa que produce un troquel en sus últimas 20.000 disparos. Eso coloca esta pieza en una prensa de 25 a 30 toneladas, no en la prensa de 12 toneladas que sugiere el cálculo inicial.

Detalles de diseño que importan más que el número de toneladas:

• Holgura de la cuchilla del 5 al 8 por ciento del grosor del material por lado. Muy poca holgura duplica la fuerza y astilla la cuchilla; demasiada hace que se doble el filo y deje rebabas.
• Ángulo de corte de 2 a 3 grados a lo largo de la cuchilla para que el corte progrese en lugar de ocurrir de golpe. Esto suele reducir la fuerza máxima en un 30 a 40 por ciento.
• Material de la cuchilla endurecido a 58 a 62 HRC, con un intervalo de afilado registrado en disparos; en aluminio, comúnmente de 40.000 a 80.000 disparos antes de que el filo requiera atención.
• Temperatura de corte. El corte a 150 a 250 grados Celsius en lugar de a temperatura ambiente reduce la fuerza en un 20 a 30 por ciento y proporciona una ruptura más limpia con menos rebabas en la línea de separación.
• Soporte de la pieza. La pieza debe estar soportada en el lado estético antes de que la cuchilla la cargue, o se intercambia una rebaba de rebaba por una abolladura.

Parámetros de corte con sierra de banda para aluminio

Las secciones de galleta y de corredor pesado generalmente se cortan, ya sea manualmente o en una sierra de alimentación automática que es la primera estación de una línea de acabado.

Dos reglas mantienen la sierra fuera de problemas. Primero, siempre mantener al menos dos dientes en el corte; cortar una pared de 1.5 mm con una hoja de 3/4 TPI desgasta los dientes en minutos. Segundo, no permitir que la hoja roce. La mayoría de las sierras de producción son controladas por fuerza en lugar de control de posición, y una hoja desafilada bajo una fuerza de avance constante genera calor en lugar de virutas, lo que endurece la cara del canal y hace que la siguiente etapa de rectificado elimine más metal de lo planeado.

El tope residual dejado por la sierra es una decisión deliberada, no un accidente:

• Deje de 0,5 a 2,0 mm de rebaba de la compuerta para la etapa de lijado.
• Mantenga la posición de la sierra dentro de más o menos 0,2 mm, y verifíquela semanalmente con un bloque de calibración, porque la altura de la rebaba es el principal factor que causa variaciones en el tiempo del ciclo de lijado.
• Muy poca rebaba y la cuchilla corta en la pared del molde. Demasiada y simplemente ha desplazado el cuello de botella aguas abajo a la cinta.

Por qué el lijado manual de compuertas se convierte en el cuello de botella

Lijar una compuerta al ras a mano es un trabajo de remoción controlada de material realizado con un proceso no controlado. El operador varía la presión de contacto, el tiempo de permanencia, el ángulo y el estado de la banda continuamente, y las consecuencias se reflejan en tres aspectos.

• Inflación del tiempo de ciclo. Eliminar una rebaba de 1,5 mm más el área de la compuerta afectada por el calor en una pared de 2 mm de espesor toma de 25 a 50 segundos por compuerta a mano. Una carcasa con dos compuertas y 400 mm de línea de separación consume de manera realista entre 60 y 90 segundos del tiempo del operador, antes de cualquier acabado cosmético.
• Variación de calidad. Las superficies lijadas a mano varían entre 0,2 y 0,5 mm en altura residual y por un factor de dos en aspereza. En una pieza que pasa a pulido, esa variación simplemente se desplaza aguas abajo y aparece como marcas de pulido en los puntos altos.
• Chatarra. El avance en paredes delgadas, las muescas que van por debajo del espesor mínimo de la pared y la decoloración por calor son las tres principales causas de chatarra manual. En la eliminación de compuertas específicamente, un 2 a 6 por ciento de chatarra es común en plantas que nunca han instrumentado la operación.
• Límite de capacidad. Una línea de lijado manual de compuertas escala añadiendo personas. La rotación y el tiempo de entrenamiento para un lijador que puede mantener una mezcla cosmética se miden en meses, y el departamento se convierte en la restricción en cada nuevo programa.

La comparación completa entre los dos enfoques se trata por separado en desbarbado robótico vs desbarbado manual; aquí mantendremos los números en la estación de eliminación de compuertas.

Comparando la celda robótica con el trabajo manual

La tabla a continuación es un compuesto de celdas que hemos puesto en marcha para cuerpos de grifo, herrajes de cerradura y soportes automotrices, normalizados a 1.000 piezas con dos compuertas y aproximadamente 400 mm de línea de separación.

Los dos números que deciden la mayoría de los casos de negocio son chatarra y mano de obra, y el que generalmente se pasa por alto son los consumibles. Un robot no se cansa, pero tampoco percibe que una banda se ha glaseado, por lo que la gestión de la vida útil de la banda debe incorporarse en el programa con un contador de disparos y una rutina de ajuste, de lo contrario, la célula se degrada silenciosamente en un molinillo lento e inconsistente.

Diseño de fijaciones para la eliminación de la puerta

La fijación, no el robot, determina la mayor parte de la precisión de la célula. Las fundiciones llegan con una variación de más o menos 0,3 a 0,8 mm en las superficies de fundición, por lo que una fijación que asuma una precisión prismática se atascará o desajustará.

• Localización. Establezca el mismo esquema de datum A-B-C que utiliza el dibujo, y mecanice los localizadores con una tolerancia de más o menos 0,02 mm. Use tres almohadillas en el datum primario, dos en el secundario, una en el terciario, y mantenga las almohadillas lo suficientemente pequeñas para que no puedan alojar rebabas ni líneas de separación.
• Cumplimiento por variación en fundiciones. Utilice localizadores con resorte o flotantes hidráulicamente en los dos o tres datums menos precisos, con 1 a 3 mm de recorrido, para que la pieza se asiente de forma repetible a pesar de la variación de disparo a disparo.
• Ajuste de sujeción. Ajuste antes de cortar y vuelva a ajustar después de liberar el canal, porque la pieza se mueve cuando se separa la puerta. Los sujetadores neumáticos a 0,4 a 0,6 MPa son adecuados para la mayoría de las piezas de menos de 3 kg; por encima de eso, utilice hidráulicos con presión monitorizada e interbloqueada.
• Soporte bajo el corte. Respalde la pared que se está lijando a 5 a 10 mm del punto de contacto. En una pared de 1,5 mm, lijar sin respaldo desplaza la pared, la banda pasa por encima en lugar de cortar, y el operador o robot compensan empujando con más fuerza.
• Gestión de virutas y residuos. El lijado de aluminio produce virutas filamentosas. Proporcione ranuras de alivio para virutas, soplado de aire en cada estación, y una geometría de fijación que no cree bolsillos.
• Cambio rápido. Los sistemas de palets de punto cero permiten cambiar en menos de 5 minutos y hacen que lotes pequeños sean económicos, lo cual es importante cuando una planta produce de 15 a 30 números de pieza en una célula.

Polvo, niebla y la envolvente de seguridad

El polvo de lijado de aluminio es un polvo metálico inflamable, y esto no es una formalidad. El polvo fino de aluminio tiene un Kst en el rango de 300 a 500 bar m/s, lo que lo sitúa en la clase de explosión St 3, con una energía de ignición mínima lo suficientemente baja como para que una descarga estática de una manguera sin puesta a tierra la inicie. Se derivan dos consecuencias.

• Recolección en seco requiere un recolector calificado para polvo metálico, con ventilación de deflagración o supresión, una válvula de aislamiento en el conducto, sin palas de ventilador de aluminio en el flujo de aire, y conductos conductores y conectados a tierra en todo momento.
• Recolección húmeda evita el problema de la explosión pero introduce uno químico: las partículas finas de aluminio reaccionan con el agua y generan hidrógeno. Un recolector húmedo en una línea de aluminio necesita ventilación de hidrógeno, una rutina de eliminación de lodos y una prohibición de recircular el agua sin tratamiento.

Si la celda funciona con refrigerante en lugar de seco, la cuestión de exposición cambia de polvo a niebla. Mantenga la niebla de aceite mineral por debajo del límite ocupacional de 5 mg/m3 y diseñe para alcanzar entre 0.5 y 1 mg/m3 con un recolector de niebla, porque la diferencia entre esos dos números determina si el operador debe usar un respirador durante ocho horas.

Sobre el ruido, un rectificador de banda abierto en aluminio funciona a 95 a 105 dB(A) en la posición del operador. Una celda robótica cerrada con el operador cargando fuera del recinto generalmente alcanza entre 75 y 85 dB(A), lo que elimina la carga del programa de conservación auditiva de esa estación.

Efectos aguas abajo y cómo redactar los criterios de aceptación

La remoción de la compuerta no es una operación aislada. Lo que sucede en la banda determina lo que la CNC, la línea de pulido y la línea de galvanizado pueden lograr.

• Perno residual. Limpie a menos de 0.1 mm en superficies de sellado y acoplamiento, de 0 a +0.2 mm en áreas no críticas, y nunca por debajo de la superficie principal en una cara cosmética. Mida con un indicador de dial contra una superficie de referencia o con un CMM, no con la uña.
• Rugosidad. Ra de 1.6 a 3.2 micrómetros justo después de la remoción de la compuerta, Ra de 0.8 a 1.6 micrómetros después de la unión de la línea de separación, Ra de 0.4 a 0.8 micrómetros antes del pulido. Una línea de pulido no puede rescatar una superficie Ra de 6.3 sin remover más metal del que permite la tolerancia de la pared.
• Paso de línea de separación. No más de 0.15 mm antes de la unión, fusionado en un ancho de al menos 5 a 10 veces la altura del paso para que la transición sea invisible después del recubrimiento.
• Pérdida de pared. El corte en la pared adyacente está limitado al 10 por ciento del grosor nominal de la pared o 0.20 mm, lo que sea menor.
• Distorsión. Mantenga la pieza por debajo de 80 grados Celsius durante el rectificado; por encima de eso, las paredes delgadas se mueven bajo la banda y vuelven a su forma después de enfriar, produciendo una superficie que mide plana en la bancada y tiene fugas en la bancada de pruebas.
• Consecuencias dimensionales. El rectificado a través de una cara de referencia mueve la referencia. Si una característica mecanizada está ubicada desde una cara que se rectifica, la tolerancia del material y el desplazamiento de mecanizado deben definirse juntos, que es exactamente el tipo de dependencia que nuestro guía de tolerancias para fundiciones de aluminio camina a través de.

Escriba estos en el dibujo de la pieza o en el plan de control antes del primer artículo, acuerde muestras límite y defina el tamaño de muestra y AQL. Un criterio escrito después de la primera disputa es una negociación, no una especificación.

Si desea el contexto más amplio sobre cómo la eliminación de la puerta encaja en una ruta completa post-fundición, nuestro artículo sobre cómo desbarbar fundiciones de aluminio con automatización cubre la secuencia de decisiones desde la fundición hasta la pieza terminada.

DZ Machinery diseña y construye los dos extremos de esta cadena: estaciones automáticas de sierra de banda que cortan el bizcocho y el canalón a una altura de tope repetible, y células de rectificado robotizadas con husillos flotantes controlados por fuerza, cambiadores automáticos de banda y accesorios de cambio rápido que llevan la puerta y la línea de separación a los números anteriores. En una línea completa, conectamos la sierra, el CNC, la célula robotizada y el pulidor automático con un solo sistema de manejo para que la pieza se ubique una vez y permanezca ubicada. Envíenos sus dibujos de piezas y su volumen mensual, y le proporcionaremos un tiempo de ciclo, un diseño de planta y una tasa de desecho proyectada para la estación de eliminación de puertas antes de que se comprometa con el equipo.