El perfilado variable, un proceso bajo control

Dos de los factores fundamentales a la hora de desarrollar un nuevo vehículo son buscar una mayor eficiencia y asegurar una mayor seguridad de los pasajeros. Ambas cosas dependen en gran medida de la carrocería del automóvil o del camión en cuestión. Para lograr un vehículo eficiente es necesario que su peso no sea excesivo, de modo que el consumo de combustible se reduzca. Y, para conseguir seguridad, es necesario que la estructura sea muy resistente ante colisiones, vibraciones o fatiga lo que, a priori, se lograría aumentando su peso.

Se logra resolver esta aparente contradicción por medio del uso de aceros de alto límite elástico que permiten una gran resistencia con menor sección y por un diseño más inteligente que utiliza formas más complejas para conseguir una configuración idónea ante choques con un mínimo de material. El diseño de piezas de carrocería complejas, fabricadas con aceros ultra resistentes,  implica que surjan nuevos problemas. El principal de ellos es que las piezas que antes se podían fabricar mediante procesos de estampación se han complicado de tal manera que su manufactura en prensas es ahora muy compleja, muy costosa e incluso ambas cosas a la vez. Otro problema es que resulta complicado controlar el efecto muelle (spring-back) de estos nuevos aceros, con lo que la pieza pierde las tolerancias con las que fue embutida.

El perfilado variable -también llamado perfilado flexible- se ha desarrollado, precisamente, como adecuada respuesta a estos desafíos, ya que permite fabricar piezas complicadas de manera económica que pueden aplicarse muy favorablemente al diseño de carrocerías de vehículos.

La experiencia está demostrando que, para la fabricación de ciertas familias de este tipo de piezas complejas que usan materiales muy resistentes, el proceso de perfilado es más fiable que el de estampado. Existe habitualmente, sin embargo, una limitación impuesta por el hecho de que los rodillos de conformación son fijos y, por tanto, la pieza a obtener debería ser normalmente recta, limitando fuertemente la utilización del perfilado en el automóvil.

Fagor Arrasate es conocedor de la tecnología del perfilado desde los comienzos de su actividad en el año 1957 con cientos de instalaciones funcionando y, además, es uno de los principales fabricantes de sistemas de estampación del mundo, y cuenta con los principales fabricantes del sector del automóvil ent su cartera de clientes. Conoce bien, por tanto, la tecnología del rollforming, la de estampación y las necesidades de ingeniería a la hora de diseñar carrocerías.

Fagor Arrasate, en colaboración con Fagor Automation, uno de los principales fabricantes de control numérico a nivel mundial, con amplia experiencia en el sector de máquina herramienta, se ha planteado un proyecto para dar respuesta a las necesidades modernas del perfilado variable. En concreto, ha diseñado una nueva perfiladora especialmente orientada al sector de automoción, que permite el desarrollo y optimización de nuevos sistemas.

La nueva máquina ha sido ideada para analizar ampliamente la factibilidad de la realización de piezas en perfilado flexible, sirviendo además para desarrollar prototipos y piezas experimentales donde puedan estudiarse las limitaciones y se pueden modelar los procesos de perfilado de una forma fiable y segura.

Para lograrlo, se ha pensado en una máquina con 6 cabezales dobles con 4 grados de flexibilidad en cada uno de ellos, de modo que se asegure un altísimo grado de flexibilidad.

La sincronización de todos estos movimientos con la posición de la chapa requiere unos algoritmos especiales que se encuentran desarrollados en el CNC 8070 de Fagor Automation.

El nuevo concepto de perfilado variable otorga, sorpresivamente, un nuevo resurgir a una tecnología madura. Entre las ventajas que el perfilado flexible aporta podemos citar:

  • Se aprovecha mejor el material, lo que implica menores costes. Esto es especialmente relevante porque se está hablando de aceros de alto límite elástico muy costosos (aceros al boro, Trip, IF, etc). Se estima que en el proceso de perfilado puede llegar a provecharse el 95% del material que entra a la instalación mientras que en una estampación, siempre con numerosos recortes y chatarras, suele rondan el 60%.
  • En muchas familias de piezas, se trata de un proceso más rentable que la embutición porque cuando las formas son muy complejas los troqueles se encarecen exponencialmente. Se calcula en que muchos  casos el coste de los útiles puede llegar a ser el doble que el de los rodillos.
  • Los tiempos de preparación y adaptación a nuevos modelos son mucho menores ya que se trata de fabricar (o ajustar) juegos sencillos de rodillos, en vez de complicados útiles.
  • Se pueden realizar cortes y agujeros en posiciones de difícil acceso que, de hacerse con troqueles serían muy complicados y caros. Esto es así porque dichos orificios pueden realizarse, en muchos casos, antes de perfilar el material.
  • Las tolerancias obtenidas son mejores que con la embutición
  • En bastantes casos, la velocidad de proceso es mayor.
  • El ruido disminuye notablemente y la ergonomía del proceso es mucho mayor.
  • Los programas de conformado por ordenador están más desarrollados y son más precisos para los procesos de perfilado que para los de embutición, lo que permite un estudio de ingeniería previo más detallado y menores errores de puesta a punto. Esto, obviamente, redunda en tiempos menores de salida al mercado.
  • El coste de las instalaciones productivas es menor usando perfiladoras que prensas que requieren, para aceros de alto límite elástico, importantes capacidades de miles de toneladas y grandes mesas para poder usar transfers.
  • Se parte de bobina, mientras que en las prensas es más habitual partir de formato. Esto hace que el material de partida sea también menos costoso, porque no se requieren los pasos de corte y aplanado.

Las piezas que se obtienen son ampliamente utilizadas como elementos portantes de las carrocerías de los vehículos, especialmente en los pesados como camiones o autobuses. Son elementos que, por ejemplo, pueden constituir las vigas inferiores que soportan el piso. Fagor Arrasate, por ejemplo, ha suministrado previamente prensas de 4000 Toneladas de capacidad y 12 metros de largo de mesa para fabricar este tipo de piezas a renombrados fabricantes de camiones. Ahora, con la nueva tecnología del perfilado variable, semejantes leviatanes no serían necesarios y el coste global de fabricación sería menor.

La máquina se ha diseñado y fabricado con seis cabezales independientes en cada lado, a fin de garantizar un elevado grado de flexibilidad y ajuste para dar respuesta al mayor número de piezas posible. A cada cabezal se le ha dotado con cuatro movimientos independientes y un motor de giro para cada uno de los rodillos. Es decir, cada juego de rodillos (stand) puede ser accionado de manera particular y precisa de acuerdo a cada necesidad. Este es un dato diferencial respecto a perfiladoras convencionales en que varios rodillos se accionan con un único motor. Todo el sistema de motores está gestionado por accionamientos de Fagor Automation, los cuales se comunican digitalmente con el CNC 8070 para optimizar el rendimiento y la precisión del sistema de rodillos.

Algoritmos de control y configuración eléctrica
En una máquina de este tipo, el control resulta particularmente importante debido a la gran cantidad de ejes de flexibilidad que deben ajustarse y a la sincronización necesaria entre cada cabezal y la chapa antes mencionada. El CNC Fagor 8070 cumple con estos requisitos dando una solución adaptada a la máquina.

La máquina debe ser totalmente flexible y adaptarse a las trayectorias de las piezas a realizar. Para que este ajuste sea fácil de programar y manejar, la máquina se ha desarrollado en base a un programa que lee el código de la pieza y que genera automáticamente las trayectorias y posicionamientos de cada uno de los grados de libertad.

La posición de la pieza se conoce en todo momento por una serie de encoders Fagor situados a lo largo de la máquina, conectados directamente al CNC 8070.

El CNC 8070 es el encargado de generar todas las consignas de los movimientos, efectuar la sincronización de los rodillos, realizar el cálculo de las trayectoria, etc. Es por ello que se ha contado con el departamento de I+D de Fagor Automation para el desarrollo de los algoritmos de control y para la realización de controles específicos adaptados a las necesidades de la máquina. La prestación del CNC 8070, que permite personalizar su interface de trabajo, ha permitido adaptar el control numérico a la máquina para facilitar la labor del operario.

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