Diseño de Taller de Estampación a Gran Escala para Piezas de Recubrimiento de Automóviles: Análisis de expertos | MachineMFG

Diseño de talleres de estampación a gran escala para piezas de revestimiento de automóviles: Análisis de expertos

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Proceso de estampación y selección de equipos

Requisitos previos para la planificación de la línea de estampación

Las condiciones de producción de estampación en la planta se enfrentan a varios problemas importantes debido a la creciente producción de nuevos modelos y al aumento de las normas de calidad en la industria de estampación. Estos problemas requieren soluciones urgentes.

(1) Sobrecarga de grandes piezas de estampación

Se espera que la producción de grandes piezas de estampación se intensifique en los próximos años y pueda alcanzar o incluso superar los 150% de la capacidad de producción, según el programa de producción. La cuestión no puede resolverse, ya que no existe capacidad para la producción en masa de piezas de estampación a gran escala en las zonas circundantes. Para solucionar este problema, es necesario añadir líneas de producción de estampación a gran escala.

(2) Capacidad para garantizar la calidad

Con el aumento de los requisitos de calidad en el mercado de vehículos comerciales medianos y pesados, la fábrica necesita mejorar su capacidad de aseguramiento de la calidad de estampación para cumplir las normas de calidad, mejorar la eficiencia y reducir costes. Mejorar la capacidad de aseguramiento de la calidad es un proyecto de mejora integral que abarca todo el proceso de estampaciónDesde la preparación de la materia prima hasta la producción de estampados, pasando por el almacenamiento y la logística. La fábrica debe cambiar y mejorar sus condiciones de producción y su nivel de gestión.

(3) Tonelaje insuficiente de la prensa

La introducción de modelos de vehículos comerciales de gama alta no sólo ha aumentado la carga de producción de piezas de gran tamaño en la fábrica (en 20 corrientes), sino también la demanda de tonelaje de las prensas. Actualmente, la prensa más grande tiene un tonelaje nominal de 1.600 t, pero la demanda real de la pieza más grande supera las 2.200 t. Sobre la base de un análisis exhaustivo, se ha llegado a la conclusión de que es necesaria una prensa de mayor tonelaje, con un tonelaje nominal máximo de 2400t, en consonancia con el plan de desarrollo de productos de la empresa y las normas del sector.

(4) Baja eficiencia de la producción y alta intensidad de mano de obra

Las líneas de producción de estampación de la fábrica son manuales y tienen un bajo rendimiento, con un SPH inferior a 240 veces. Los trabajadores también se enfrentan a una elevada intensidad de trabajo, manipulando una calidad superior a 10 t en un solo turno, con un máximo de 15 t.

Para resolver estos problemas y mejorar la seguridad, la protección del medio ambiente, la gestión de inventarios y la tecnología, es necesario adoptar las siguientes medidas:

(1) Limpiar, transformar e integrar las condiciones existentes para satisfacer las necesidades de la construcción por fases del proyecto "Centro de Estampación".

(2) Actualizar una línea de desenrollado de 630t.

(3) Añadir una nueva línea de producción automatizada de estampación de 2400t.

(4) Completar las instalaciones de apoyo, incluida la transformación de moldes, la línea de chatarra, el equipo de elevación, el equipo de logística y los aparatos de la estación.

Proceso de producción y equipos

El proceso de producción del taller de estampación implica principalmente la creación de piezas en bruto y piezas de estampación, así como tareas auxiliares como la prueba y reparación de moldes, la reparación de piezas de estampación y el transporte de residuos.

(1) Producción en blanco

El blanking es el proceso de transformación de las bobinas en las piezas brutas necesarias para la producción de piezas estampadas. El proceso de producción implica:

  • Alimentación de bobinas
  • Desenrollando
  • Cabezal de corte
  • Limpieza
  • Nivelación
  • Alimentación
  • Blanqueo o cizallamiento
  • Apilado

Para satisfacer las demandas de producción de formatos, el taller debe disponer de una línea de producción de blanking de desenrollado totalmente automática o de una línea de producción de corte totalmente automática. La primera puede realizar tanto el blanking como el cizallado, mientras que la segunda sólo es adecuada para el cizallado.

La figura 1 ilustra un ejemplo de línea de desenrollado.

Desenrollado de la línea de blanking

Figura 1 Desenrollado de la línea de blanking

Teniendo en cuenta el coste relativamente elevado de una línea de blanking de desenrollado, es importante considerar la rentabilidad de su configuración. Normalmente, una línea de desenrollado puede igualar la producción de tres líneas de estampación mecánica totalmente automáticas, y la elección del equipo debe basarse en los requisitos de producto y producción del taller.

(2) Producción de estampación

El proceso de producción por estampación de piezas de revestimiento a gran escala incluye la embutición profunda y el recorte, rebordear, conformado, punzonado y conformado. El proceso se ajusta y combina en función de la forma y la estructura de las piezas estampadas.

Por ejemplo, el proceso de producción típico de un marco de puerta es el siguiente:

  1. Dispositivo de desapilado y alimentación
  2. Formación de dibujos
  3. Recorte y perforación
  4. Recorte y punzonado de cuñas oblicuas
  5. Rebordeado
  6. Fuera de línea

Para una cubierta superior, el proceso es:

  1. Dispositivo de desapilado y alimentación
  2. Formación de dibujos
  3. Recorte y perforación
  4. Rebordeado y conformado de cuñas oblicuas
  5. Moldeado y punzonado
  6. Fuera de línea

La disposición de las conexiones de las prensas para la producción de estampados requiere determinar el número de prensas en función del proceso de conformado de la pieza estampada y de la forma del troquel de estampación. Hay de tres, cuatro, cinco y seis órdenes, siendo el de cuatro órdenes el más utilizado. Sin embargo, es importante tener en cuenta la complejidad del diseño del molde y el mayor coste que puede suponer una matriz compleja.

Los parámetros del equipo de prensado, como la presión nominal, el tamaño de la mesa y la altura de cierre, deben determinarse en función del proceso del producto. La elección del número de líneas de prensado depende del producto, el rendimiento y la productividad de la línea de prensado.

La fórmula es:

el número de líneas de prensado = ∑ (número de juegos de moldes × programa de producción) ÷ productividad de la línea de prensado (ASPM) ÷ base de tiempo anual del equipo.

  • El número de juegos de moldes y las directrices de producción se establecen durante la fase de planificación.
  • La productividad de la línea de prensas está vinculada a la velocidad de funcionamiento de la prensa y al modo de transporte de las piezas de estampación. La velocidad de funcionamiento de la prensa es un valor inherente al equipo, y existen dos formas de transporte de las piezas de estampación: carga y descarga manual, y carga y descarga totalmente automática (que puede dividirse a su vez en robot y manipulador). La velocidad de transporte del manipulador es la más rápida, seguida por la del robot, y la manual es la más lenta. El coste de inversión sigue la misma tendencia.
  • La base de tiempo anual del equipo se puede obtener de las "Normas de diseño para la base de tiempo anual de la fábrica de maquinaria" u otros documentos y reglamentos pertinentes de acuerdo con el sistema de la empresa.

La figura 2 muestra un estampación automática línea de producción con 1 x 2400t y 3 x 1000t prensas.

1×2400t+3×1000t línea de producción de estampación automática

Figura 2 Línea de producción de estampación automática 1×2400t+3×1000t

(3) Zona auxiliar

  1. Reparación de troqueles

En el taller de estampación suele haber una sencilla instalación de reparación de máquinas para realizar cómodamente las reparaciones diarias de las matrices.

Si la línea de producción tiene una alta tasa de carga, puede ser necesario establecer una prensa de prueba en el área de reparación de moldes. Las especificaciones de la prensa de prueba deben coincidir con las del equipo más grande de la línea de producción.

  1. Transporte de residuos

La producción de estampación genera residuos de punzonado, por lo que es aconsejable establecer una línea de transporte de residuos para recogerlos y eliminarlos, en función de la línea de prensado.

  1. Reparación de piezas de estampación

Para la carga y descarga en línea de piezas de estampación, debe establecerse una zona de recorte para eliminar rebabas y tratar los defectos superficiales de las piezas estampadas.

Disposición y logística del taller

El diseño del taller se basa en el proceso de producción de piezas estampadas.

El taller de estampación suele constar de zonas de almacenamiento de bobinas, desenrollado y producción de piezas brutas, apilado de piezas brutas, apilado de moldes, mantenimiento de moldes, producción de piezas estampadas, almacenamiento temporal de piezas estampadas y mantenimiento de piezas estampadas, entre otras.

Además, el taller incluye una sala para materiales de desecho, un almacén para carretillas elevadoras, una zona de oficinas y una zona de estar.

La figura 3 ilustra la disposición del taller de prensado.

Diagrama esquemático de la disposición del taller de prensado

Figura 3 Esquema de la disposición del taller de prensado

El flujo logístico en el taller de estampación está bien definido e incluye principalmente las siguientes rutas:

(1) La ruta logística para la producción de estampados se muestra en la Figura 4.

La ruta logística de la producción de sellos

Figura 4 La ruta logística de la producción de estampación

(2) Moldes, la ruta logística de los moldes se ilustra en la Figura 5.

Ruta logística del troquel de estampación

Figura 5 Ruta logística de troquel de estampación

Ingeniería civil y requisitos de apoyo público

Una vez establecidos el programa de producción, la tecnología y el equipamiento del taller de estampación, hay que identificar los requisitos necesarios de ingeniería civil para satisfacer las necesidades de producción.

Obra civil

(1) Tamaño del taller

  1. Duración del taller

El tamaño del taller viene determinado principalmente por el tipo de troquel cambio en la prensa. Hay tres formas principales de troquel superior en la prensa: troquel superior frontal, troquel superior lateral y troquel superior izquierdo y derecho. El troquel superior frontal tiene la superficie más pequeña y basta con un taller de 15 metros de envergadura. El molde superior lateral tiene una superficie ligeramente mayor y requiere un taller de 24 metros de envergadura. Los moldes superiores izquierdo y derecho tienen la mayor superficie y se utilizan sobre todo en líneas de producción totalmente automáticas para mejorar la eficiencia, lo que requiere un taller con una envergadura de 30 ó 36 metros. El almacén de piezas de estampación requiere una envergadura de al menos 24 metros para facilitar el transporte con carretilla elevadora.

  1. Duración del taller

La longitud de la zona de producción de estampación automática suele ser de unos 60 metros, en función de la disposición de la prensa en el vano. La longitud de la zona de apilado de troqueles debe determinarse en función del número de troqueles. Si sólo hay una línea de estampación, la longitud del taller suele ser de unos 120 metros. Si hay muchos troqueles, puede ser necesario ampliar el taller en consecuencia. El correspondiente tramo de desbobinado también requiere una longitud de 120 metros.

  1. Distancia de columna

Para poder transportar prensas de gran tamaño y minimizar los costes de transporte de moldes y mantenimiento de equipos, la distancia entre columnas en el taller de estampación se establece entre 9 y 12 metros.

  1. Altura del taller

La altura del taller de prensado viene determinada por la altura de la prensa. Para grandes piezas de revestimiento, la prensa máxima suele ser de 2400 toneladas, con una altura de 11 a 11,5 metros sobre el suelo. La altura de la parte superior del raíl de la grúa en el taller, teniendo en cuenta las distancias de seguridad, es de 13 a 14 metros, y la cercha del techo del taller de estampación se fija a una altura de cordón inferior de aproximadamente 17 metros en función de la altura de la grúa seleccionada. La elección de la prensa y la grúa tiene un impacto significativo en la altura del taller. La altura del vano de desenrollado está determinada por la prensa de la línea de desenrollado, con una altura superior del carril de 12 metros. La altura del almacén de piezas estampadas se basa en la altura y el número de capas de la pila de piezas estampadas, y sólo para el transporte con carretilla elevadora, suele ser de 7 metros.

(2) Formas arquitectónicas

El edificio del taller de prensado suele ser de tres tipos: estructura de hormigón, estructura de acero o estructura de acero y hormigón, en función de los requisitos específicos del proyecto.

En el pasado, el hormigón era el principal material utilizado para construir talleres de estampación. Sin embargo, ahora, debido a la rentabilidad de la estructura de acero y a su sencillo y eficiente proceso de producción e instalación, así como a un periodo de construcción más corto, la estructura de acero se ha convertido en el material preferido para la mayoría de los talleres de estampación.

El suelo del taller debe estar limpio y ser duradero. Tanto el suelo de resina epoxi como el suelo resistente al desgaste de alta resistencia son opciones adecuadas, mientras que el suelo de arena de acero se recomienda para entornos más exigentes.

(3) Requisitos de carga

  1. Carga de prensa:

La carga de la prensa depende del peso de la propia prensa, del peso del carro de cambio de troqueles y del peso del troquel. Es importante tener en cuenta la carga dinámica al calcular la carga de la prensa, ya que prensas mecánicas generar una carga de impacto significativa durante su funcionamiento.

  1. Carga de grúa:

En el taller de estampación se suelen utilizar grúas con una capacidad de 32t y 50t. El peso muerto, la presión de las ruedas, la distancia entre ejes y otros parámetros deben determinarse en función de las especificaciones del producto de la grúa.

  1. Carga en el suelo:

La mayor parte del área del taller de estampación, excluyendo el área de la línea de prensado, se utiliza para el apilamiento de moldes. Normalmente, el número de capas de apilamiento es de dos, lo que resulta en una carga sobre el suelo de aproximadamente 100kPa. El área de apilado de bobinas o chapas debe determinarse en función del método de apilado. Si se utiliza una estantería especializada para el apilamiento y sobrepasa el segundo piso, la carga del suelo debe considerarse en 150kPa.

  1. Carga de tuberías:

El taller de prensado tiene tuberías de agua, electricidad, gas, aire y contraincendios en los pilares, y sus cargas deben tenerse en cuenta en el cálculo. Además, suele ser necesaria una plataforma de armarios eléctricos cerca de la línea de prensado para alojar la prensa y el armario de distribución de energía del dispositivo de automatización, y también hay que tener en cuenta la carga del pilar.

(4) Fundación de la Prensa

Los cimientos de la prensa automatizada es un aspecto crítico de la ingeniería civil y presenta tres tipos: cimentación independiente, cimentación pasante y cimentación en sótano.

Una cimentación independiente se refiere a que cada prensa de la línea de prensado tiene su propia cimentación independiente, no conectada entre sí. Este método es el menos costoso, pero requiere que cada equipo de prensado sea descargado y transportado individualmente dentro del taller, lo que afecta significativamente a la producción y a la logística en la producción en masa. Por ello, esta forma no se utiliza habitualmente.

La cimentación pasante consiste en colocar la cimentación para cada prensa e instalar una línea de transporte de residuos dentro de la cimentación para recoger los residuos de estampación y transportarlos a la sala de residuos. Esta forma separa la logística de residuos de la logística de producción, haciendo que mantenimiento de la prensa más cómodo, y actualmente es el más utilizado.

La cimentación en sótano consiste en construir un sótano dentro del alcance de la prensa o situar la línea de prensado en el segundo piso. Esta forma crea un gran espacio para la cimentación de la prensa, que también puede albergar la red eléctrica pública, las instalaciones de distribución de energía y algunas zonas de mantenimiento, lo que aumenta de forma efectiva la superficie útil del taller. Sin embargo, esta forma no se utiliza con frecuencia debido a su elevado coste.

La cimentación de la prensa pasante varía en función del equipo, y los datos del producto difieren entre los distintos proveedores. Normalmente, una fosa para la línea de prensado de 4 estaciones tiene una anchura neta de 9,5 m, una profundidad de 7 m y una longitud aproximada de 35 m. También debe establecerse una fosa para la línea principal de transporte de residuos, conectada a la fosa de la prensa y dispuesta verticalmente. Su profundidad es igual o inferior a la del foso de la prensa, con una anchura aproximada de 4 m.

Pnstalaciones auxiliares de energía pública

Las instalaciones de apoyo al público en el taller de prensa suelen ser básicas.

El agua, la electricidad y el gas son esenciales para el equipamiento, mientras que la decisión de incluir instalaciones como aire acondicionado, calefacción y deshumidificación depende de los requisitos específicos del proyecto.

(1) Electricidad:

La electricidad es la principal fuente de energía utilizada en las plantas de estampación, principalmente en la línea de estampación automática y en la línea de desenrollado. Por ello, los transformadores del taller se colocan lo más cerca posible de los equipos.

(2) Aire comprimido:

Las principales áreas para el aire comprimido en el taller de estampación incluyen equipos de estampación, reparación de moldes y reparación de piezas de estampación. El aire comprimido debe cumplir las siguientes normas de calidad: presión de la fuente de aire de 6 bares, contenido de aceite de 25 mg/m3, diámetro de partículas de 40 μm y contenido de partículas de 10 mg/m3.

(3) Agua de refrigeración circulante:

El agua de refrigeración circulante se utiliza principalmente para los equipos de prensado. La temperatura del agua de entrada debe ser de 32°C, mientras que la del agua de salida debe ser de 37°C. El agua blanda o pura es necesaria para evitar daños por incrustaciones en el equipo.

(4) Otras consideraciones:

  1. Protección contra incendios:

El taller de estampación pertenece a la categoría E de producción y no tiene requisitos específicos de protección contra incendios ni de evacuación de humos.

  1. Protección del medio ambiente:

El principal impacto ambiental del taller de prensado es el ruido generado por la producción de la prensa y las vibraciones y el ruido de las líneas de transporte de residuos. Para mitigar estos impactos, las puertas y paredes del taller de prensado deben utilizar materiales insonorizados, y las ventanas deben disponer de vidrio al vacío de doble cristal. Además, deben instalarse almohadillas de aislamiento de vibraciones debajo de la prensa para reducir los efectos del ruido y las vibraciones en el entorno circundante. Además, a la hora de planificar el trazado, debe tenerse en cuenta reducir al mínimo la proximidad de viviendas, escuelas, hospitales y otras instalaciones civiles al taller de estampación.

Planificación del personal del taller

En comparación con las líneas manuales, el número de trabajadores por turno es significativamente menor en las líneas automáticas. Este cambio en la dotación de personal requiere pasar de trabajadores de estampación manual con una gran exigencia de trabajo físico a operarios de automatización altamente cualificados. Como se ve en la Tabla 1, se reduce la intensidad de trabajo físico de los trabajadores.

Modo de producción

Tipo de trabajo

Estructura automática del personal de líneaestructura manual del personal de líneaNota
Monitor11línea única

turno único

Monitor en funciones1 
Stamper 18
Personal mal pagado1 
Gestión del sitio1 
Operador de estampación1 
Preparación de la automatización1 
Calidad de ingeniería1 
Operador de grúa21
Consulte21
Embalaje33
Repare31
Entregar33
Almacenamiento23
Total2231

En comparación con la línea manual, el principal factor que explica la importante disparidad de personal es la atención prestada tanto a la estabilidad de la producción como a la estabilidad de la calidad. La línea automatizada tiene una capacidad de producción más de tres veces superior a la de la línea manual.

Como consecuencia, se necesita un mayor número de personas que se ocupen del mantenimiento de equipos y troqueles para garantizar una producción estable. Además, se requiere un aumento significativo del número de inspectores en línea para detectar a tiempo los problemas de calidad y mantener la estabilidad de la calidad. Es importante tener en cuenta que los nuevos miembros del personal tendrán que recibir formación para adquirir las habilidades y cualidades necesarias.

Conclusión

El taller de estampación tiene una gran carga de trabajo y exige un alto nivel de ingeniería civil e infraestructuras. Este artículo ofrece una visión global de los diversos aspectos que intervienen en el diseño de un taller de estampación desde la perspectiva del diseño de ingeniería. El objetivo es servir de guía de referencia para los técnicos de procesos responsables del diseño de este tipo de talleres.

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