Perspectivas de la industria para la perforación eficiente en placas de metal: láser, plasma o taladrado

Oct 19, 2023

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

Hay más de una forma de despellejar a un gato, dice el adagio. Dejando de lado el espantoso aspecto visual, la expresión no podría ser más apropiada para hacer agujeros en estructuras metálicas. No por decir lo obvio, pero hay una multitud de formas de fabricar un agujero en la placa. Los fabricantes tienen muchas rutas viables para llegar allí: herreros, máquinas perforadoras, prensas estampadoras 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 tiene una división que fabrica productos para infraestructura de agua y saneamiento.

El gerente de operaciones, Steven Scrape, dijo que la compañía llama a su Voortman V310 automatizado de 8 por 20 pies. la máquina de perforación y corte por plasma es su "caballo de batalla". Él atribuye sus eficiencias a su capacidad para ejecutar el simulacro sin supervisión.

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

"Ha funcionado 200 días laborables al año, 800 en los últimos cuatro años, sin personal. Hubo un momento en el que hacíamos funcionar la máquina de 16 a 20 horas al día. No hemos tenido ningún problema con ella".

Scrape dijo que no le preocupa que los problemas ocurran desatendidos 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 generará un código de error que le notificará que cambie la punta del taladro. No se autodestruirá.

"Ejecutaremos el ciclo de perforación en nuestro V310 durante nuestro turno de noche. Esencialmente, configuraremos la placa, ejecutaremos el programa y nos iremos. Funcionará toda la noche, perforando todos los orificios, haciendo todas las marcas … todo lo que necesitamos, solo en esa unidad de perforación”.

La empresa utiliza la función de perforación de la máquina para realizar orificios sencillos y luego utiliza la cortadora de plasma para realizar cortes más complicados posteriormente. "Para hacer cualquier agujero que sea solo un agujero redondo estándar, usaremos la perforación porque es más rápido, más eficiente y cuesta menos que el cortador de plasma. Y luego es cuando entra el plasma, para cortar formas o un agujero ranurado. ."

La cortadora 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, montador e instalador de acero estructural. El gerente de operaciones, Steven Scrape, llama a su Voortman V310 automatizado de 8 por 20 pies. la máquina de perforación y corte por plasma es su "caballo de batalla". Él atribuye sus eficiencias a su capacidad para ejecutar el simulacro sin supervisión. Ha funcionado 800 días laborables en los últimos cuatro años sin tripulación. SCW Contratación Corp.

"Por lo tanto, podría tener una placa con cinco orificios, tres de los cuales son orificios redondos típicos y dos orificios ranurados. El software dirigirá automáticamente el taladro a los orificios redondos y luego, cuando se necesite un orificio ranurado, una vez que se complete el ciclo de perforación, luego desplegará el plasma para hacer los agujeros ranurados. Por lo tanto, es una máquina de procesamiento de placas muy versátil".

SCW corta 1/8 pulg. 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 que hayan comprado la máquina con capacidades duales. “Fuimos a FABTECH y observamos a todas las empresas bajo el sol. Todos dijeron: 'No necesitas 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. Es más limpia. Cuesta menos, debido a los ahorros al poder operar la perforadora en una función completamente automática".

Scrape dijo que el costo de los consumibles de perforación es significativamente menor que el plasma. En algunas puntas de perforación, SCW puede hacer 1600 agujeros; es capaz de cortar menos agujeros en un cortador de plasma antes de tener que cambiar los consumibles. "Incluso hemos tenido puntas de perforación que han perforado 4000 orificios mediante el uso de enfriamiento interno con la broca. Eso prolonga la vida útil de la punta de perforación".

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

Solo eso ahorró tiempo en mano de obra, un ahorro de costos significativo, en comparación con el uso del plasma, dijo Scrape. Agregó que alguien debe estar presente mientras se usa la antorcha de plasma porque es combustible.

"Entonces, descubrimos que esta máquina de perforación/plasma es muy eficiente. No ha sido más que un éxito absoluto para nuestra empresa".

H&H Metals, Thornton, Colo., es un fabricante de metal arquitectónico de propiedad familiar y un fabricante 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 OEM y proveedores. Sus productos se envían a todo el país e incluso se encuentran en el espacio.

El presidente Chad Huff dijo que la empresa encuentra eficiencias al usar el láser de CO2 Cincinnati de la empresa debido a la flexibilidad para cambiar fácilmente el tamaño de los orificios y debido 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 son de ¼ a ½ pulgada de espesor.

El grosor del material en esta parte, un refuerzo de montaje de 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 el estampado es la forma más eficiente de formar los orificios y las características de la pieza. Herramienta y diseño ultratecnológico

"Necesitábamos hacer agujeros en una placa más gruesa de lo que podíamos hacer de manera eficiente usando nuestras máquinas perforadoras o de punzonado unificadas", dijo Huff.

"Los problemas eran que teníamos tantos espesores de placa y diseños de placa diferentes. El simple hecho de diseñarlos creaba desafíos. El hecho de que tuviéramos que tener punzones específicos para cada orificio de tamaño diferente arrastró nuestra eficiencia". Los clips de parasol que fabrica la empresa varían en cada proyecto diferente. No hay dos proyectos iguales, dijo.

Lo que complicó el asunto es que incluso cuando se requiere un orificio específico para un trabajo, se necesitaban diferentes punzones según los recubrimientos especificados, cada uno de los cuales altera el diámetro del orificio. "Si solo está haciendo un orificio en una placa en bruto sin procesamiento posterior, desea que el orificio tenga exactamente la dimensión. Sin embargo, si lo va a galvanizar, el orificio debe tener un diámetro determinado más grande que el tamaño final del orificio porque el el galvanizado agrega espesor Entonces, si vas a pintar esa placa, también tiene que ser un poco diferente.

"Si está perforando un orificio de ½ pulgada, es posible que realmente necesite un orificio de 17/32 pulgadas, por lo que necesita un punzón de 17/32 pulgadas. Necesita un dado de 5/8 pulgadas para el espacio adecuado para el troquel. Descubrimos con demasiada frecuencia que nunca teníamos las combinaciones correctas de punzón y troquel, especialmente en los punzones unificados. Teníamos que comprar múltiples si teníamos una operación de múltiples golpes. Y a veces los punzones 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 notamos 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 varios tamaños. Podemos pasar de un orificio redondo a un orificio ranurado simplemente cambiando el diseño en el programa".

Huff explicó que la empresa consideró el corte por plasma, pero encontró que el ángulo de inclinación en el 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 las placas base estructurales. En un láser, estamos viendo solo alrededor de 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 agujero 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 la industria del vidrio y el acristalamiento para sujetar grandes muros cortina a 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, esos son orificios 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 permitan la desviación del piso, para que el vidrio no se rompa.

"Por eso optamos por un láser. El orificio 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 conicidad.

Otra forma en que el láser brinda eficiencia a H&H es al permitirle a la empresa hacer orificios más pequeños que el espesor del material, relató Huff. "Una regla general cuando perfora un agujero es no perforar un agujero con un diámetro más pequeño que el grosor del material. El problema es qué sucede cuando necesita hacer un agujero de 1/8 de pulgada de diámetro en espesor placa? Recurres a la perforación. Huff dijo que se le pide al fabricante que haga pequeños orificios en piezas para la industria del vidrio y el acristalamiento para incrustaciones de concreto. "En lugar de taladrar agujeros diminutos en miles de placas gruesas, podemos cortar con láser fácilmente. Aunque los agujeros muy pequeños no son perfectos, a menudo funcionan bien como agujeros de clavos para clavar la pieza en una forma de hormigón o para permitir que la pieza se 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 estaba limitada en cuanto al grosor del material que podía cortar. A pesar de que los avances en la tecnología de láser de fibra han ampliado los espesores de material que puede cortar y han aumentado las velocidades de corte, considera que el CO2 es útil para cortar piezas en 3D.

"Donde se vuelve un poco más difícil con el láser es cuando tienes que hacer agujeros en los tubos y en los ángulos. Obviamente, hay láseres de tubo para eso, pero son una inversión significativa y ocupan una gran cantidad de espacio".

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

Huff agregó que la empresa solo tiene un turno. No planea reemplazar el CO2 en el corto plazo, principalmente debido a la ventaja que ofrece el diseño descapotable. "Aunque la tecnología de fibra ha evolucionado rápidamente, siempre habrá un lugar para el CO2", dijo. 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 orificios en materiales con espesor de placa, pero Ultratech Tool and Design, Fond du Lac, Wis., estampa orificios y otras características en placa o metal grueso de hasta ½ pulgada de espesor, aproximadamente un cuarto de el tiempo.

La empresa está equipada con prensas de hasta 1.000 toneladas con tamaños de cama de hasta 148 pulgadas por 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 está considerando qué método usar, realmente depende del volumen", dijo Andy Melang, gerente de desarrollo comercial. "Aunque el estampado requiere herramientas iniciales, lo que tiene un costo, se pagará fácilmente si los volúmenes son lo suficientemente altos".

Melang dijo que el límite de volumen, cuando tiene sentido estampar, es probablemente de unas 40 000 partes. "Entonces es totalmente rentable estamparlo. Con 20 000 piezas, estás al margen".

Uno de los componentes 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, mano derecha. "Entonces, era obvio para nosotros que la opción más eficiente era ir por la ruta del estampado en lugar de otra tecnología".

Melang cree que hacer agujeros en los materiales de las placas a través del estampado genera eficiencia en cuatro formas: velocidad de producción, ahorro de costos de compra de materiales, utilización de materiales y repetibilidad.

Velocidad de producción. Una forma en que el estampado genera eficiencia es simplemente su velocidad. "El estampado es rápido. Puede estampar de 20 a 90 golpes por minuto en una prensa mecánica estándar; incluso más rápido en una prensa de alta velocidad, aunque eso suele ser para piezas eléctricas pequeñas", dijo. "Eso es más rápido que tres agujeros/piezas completas por segundo".

Además, puede hacer múltiples orificios con un troquel de múltiples orificios/varias partes, como un troquel de "cinco salidas" para acelerar la salida.

Costo material. Otra consideración al determinar el método más eficiente es cómo se compra el material, dijo Melang. "En muchos casos, comprar una bobina es más rentable que una pieza en bruto porque requiere menos procesamiento. Por lo tanto, 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, dijo Melang. "Hay menos desperdicio en el estampado que en el corte por láser o por chorro de agua porque incluso cuando esas tecnologías de corte usan anidamiento, hay más desperdicio. En material de 4 a 10 mm de espesor, el estampado genera alrededor de un 30 % menos de desperdicio", agregó.

Repetibilidad. Los punzones se han vuelto más duraderos con recubrimientos y duran más, por lo que hay menos fluctuación en las tolerancias y dimensiones geométricas (GD&T), dijo Melang.

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

"Una vez que comienzas a entrar en el rango de ½ pulgada de grosor, es bastante difícil estampar, especialmente solo para encontrar líneas de alimentación para poder desenrollar ese material. Ahí es cuando alguien puede ir por la ruta en blanco o elegir un agujero diferente -método de corte", dijo.

El desafío de estampar una placa tan gruesa es la mayor probabilidad de que cause rebabas. "Lo que hemos notado a veces en el metal de calibre grueso es que obtendremos una punta de rebaba, una rebaba triangular causada por el arrastre del material en el desprendimiento que realmente podría causar algún daño si pasa la mano por encima". La eliminación de estos defectos requiere desbarbado manual o automatizado o volteo vibratorio.

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

"A veces, la rebaba se puede acuñar en la herramienta para derribar la rebaba. En otras áreas de diseño, generalmente 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 del troquel como de la prensa, agregó.

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

"Simplemente afecta la integridad y la durabilidad del punzón, que no puede soportar esa cantidad de impacto y carga en un área tan pequeña. Entonces, si tiene que hacer pequeños detalles, generalmente tiene 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 hacer uno en placa han proliferado a medida que la tecnología ha evolucionado.