Reducir el esfuerzo de ingeniería en el nuevo sistema de control hidráulico para máquinas de estampado

Detrás de la creación de la compañía Neotecman se encuentra una historia personal de constancia, superación y lucha contra las adversidades. El germen surgió en la empresa familiar de forjado Metalúrgica Domingo, cuyo director, Manel Domingo, harto de suplicar a sus proveedores de prensas mecánicas que le desarrollasen un modelo hidráulico para mejorar su producción, decidió fabricar por sí mismo siete prototipos funcionales para su propio uso. Gracias a ellos, llegó a alcanzar una producción de 3,5 millones de piezas al mes, y en los últimos dos años estuvieron trabajando las 24 horas sin parar.

Tras el éxito de los prototipos, Domingo decidió abandonar el negocio familiar en 2004 y asociarse con Carles Esteve, experto en mantenimiento de maquinaria industrial, para lanzar Neotecman y centrarse exclusivamente en el desarrollo, la producción y las ventas de este equipo automático.

La empresa, ubicada en Girona, España, se ha convertido desde entonces en pionera y líder mundial en la producción de sistemas hidráulicos automáticos de estampación en latón caliente no férrico. Actualmente cuenta con una cartera diversificada de clientes en todo el mundo, que abarca varias industrias que despliegan prensas hidráulicas para fabricar elementos destinados a grifos, accesorios, válvulas para agua y gas, codos, tuercas, etc.

Una de ellas es una empresa sueca especializada en la fabricación de piezas de latón. Esta compañía decidió invertir en una de las máquinas Neotecman, ya que ofrece un sistema compacto de estampado en caliente y corte de las piezas fabricadas de latón.

En este caso, el reto consistía en ajustar el uso de los servovariadores hidráulicos y eléctricos de las prensas de Neotecman a las necesidades de producción de su cliente, con el objetivo de incrementar su productividad y, especialmente, la calidad de las piezas fabricadas.

Estas prensas realizan un proceso automático y continuo de forjado de metales no férricos que comienza por la carga de la barra y la aplicación de calor. Una vez que obtiene la temperatura de forjado, la corta en caliente y la posiciona en el interior del molde. A continuación, y mediante unos punzones, deforma ese material hasta que se acopla a la superficie del molde. Por último, sólo queda abrir éste y extraer la pieza final forjada. Se trata de un proceso compacto, con sistema hidráulico que no produce rebaba y que incorpora el horno y el sistema de corte. Además, al no generar vibraciones, se pueden ubicar cerca de zonas de mecanización.

En estas máquinas el componente hidráulico resulta fundamental para incrementar la productividad del cliente. La mayoría de los movimientos hidráulicos están controlados por servoválvulas Moog. Una de ellas es para bajar la RAM y poder cerrar el molde antes de mover los cinco punzones que incorpora, como máximo, para deformar el material, el cual se acopla en el molde. Estos punzones están controlados por unas servoválvulas que permiten un caudal máximo de 2.000 l/min; mientras que los punzones se pueden mover hasta una velocidad pico de 1.200 mm/s, con una precisión de 0,01 mm en el objetivo de la posición final. “Esta velocidad convertida a energía cinética, junto con la presión hidráulica que tenemos en la cámara principal de hasta 300 bares, hace que tengamos una gran fuerza de impacto para deformar el material y conseguir la forma que queramos”, según explica el equipo técnico de Neotecman.

Aparte de la gran velocidad de los punzones de estas máquinas, hay que tener en cuenta que éstos están ligados por una leva electrónica en el PLC, en la cual es posible programar en cada pistón el instante justo en el que se desea que se mueva, así como su velocidad y distancia. En este sentido, es fundamental contar con una captura de datos muy rápida por parte del PLC, lo que facilita el ajuste de los tiempos, las velocidades y las presiones para que el resultado final de la pieza sea el deseado por el cliente.

La disponibilidad de componentes de calidad, incluidos servovariadores, servoválvulas y PLCs, capaces de proporcionar un funcionamiento sin fisuras de todos los movimientos hidráulicos de las piezas de latón, fue fundamental para optimizar la producción de las prensas en las instalaciones de este fabricante sueco.

Neotecman decidió confiar en las soluciones de control de Rockwell Automation. “Al principio fue un requisito de un cliente americano, que nos costó gran esfuerzo implementar, debido a su complejidad. Sin embargo, enseguida recogimos los frutos, puesto que verificamos una notable mejora en la respuesta de la máquina y una programación mucho más ágil. A partir de ese momento, decidimos aplicar la tecnología de Rockwell Automation al resto de nuestros modelos”, explica el equipo técnico de Neotecman.

Rockwell Automation proporciona, entre otros componentes, un controlador de automatización programable (PAC) Allen-Bradley ControlLogix 1756, servovariadores Allen-Bradley Kinetix 5700, variadores Allen-Bradley PowerFlex 525 y 755 y módulos de control de ejes, que permiten gestionar con precisión la posición de las servoválvulas.

La solución de seguridad de la máquina también se simplifica implementando la lógica de seguridad en el controlador PAC, mediante Allen-Bradley Point I/O. Además, según el equipo técnico de Neotecman, “con FactoryTalk View Studio SE Scada y la base de datos SQL, podemos monitorizar historias de eventos, diagnósticos y consumos de energía”. Los productos de Rockwell Automation también se usan para la leva electrónica de cada pistón, indicando cuándo empieza a moverse, así como su velocidad y distancia.

Se utilizan dos robots de 7 kg, conectados al PLC a través de EtherNet/IP, para alimentar la prensa y retirar la pieza moldeada en las instalaciones de la empresa sueca. “La comunicación fue realmente fácil, ya que el entorno de programación Logix de Rockwell Automation tiene bloques de código que están listos para comunicarse con el robot, y eso nos permitió ahorrar mucho tiempo. Además de eso, junto con Scada, desarrollamos una interfaz para programar el robot intuitivamente, y con casi ninguna posibilidad de error por parte del operador”, comenta el equipo técnico de Neotecman.

“Los componentes de Rockwell Automation nos han dado la posibilidad de implementar rápidamente nuevos ejes eléctricos e hidráulicos en las máquinas Neotecman. Cuando un cliente nos pide algunos cambios en la prensa, como la incorporación de un eje hidráulico o eléctrico más, la implementación en el sistema es más rápida, tanto en su programación como en su instalación”, afirma el equipo técnico de Neotecman.

De igual forma, también se redujo el tiempo de preparación en la máquina, debido a que los distintos posicionamientos de motores y robots son fáciles y rápidos de ajustar. “En este sentido, nos ayudó la facilidad de diseño con el sistema Scada y la posibilidad de comunicación de Rockwell Automation con los robots. Gracias a esto, también disminuyó el tiempo de preparación de una pieza en la máquina, ya que todos los ejes se posicionan automáticamente”, puntualiza el equipo técnico de Neotecman.

Asimismo, la Arquitectura Integrada de Rockwell Automation hizo posible el incremento de la velocidad de funcionamiento de los componentes de las máquinas de Neotecman, consiguiendo que este fabricante sueco aumentara su producción y mejorara la calidad de las piezas fabricadas. De esta forma, la Arquitectura Integrada de Rockwell Automation ayuda a mejorar problemas reales de las organizaciones industriales como las bajas tasas de producción o los inconvenientes relacionados con la calidad de sus productos.

Y no sólo eso. Al usar los Point I/O de proceso de máquina y de seguridad le permitió también ahorrar en cableado, ya que se puede situar el control muy cerca del actuador, así como diagnosticar averías remotamente en el sistema. En concreto, “se bajaron un 20% los costes del personal en cuanto a las horas de cableado y verificación de la máquina, que ahora se ha convertido en un proceso rápido y eficiente”, añaden desde el equipo técnico.

Gracias a la respuesta del sistema de control de los componentes de Rockwell Automation y a los distribuidores hidráulicos diseñados por Neotecman, el consumo de energía de la máquina también se ha reducido en las instalaciones del cliente. “Esto se ha logrado controlando la presión de los cinco punzones que conforman la pieza, que tienen un recorrido máximo de 100 mm cada uno. Los ahorros de energía son realmente significativos, ya que la alta presión (300 bares) sólo se utiliza para deformar la pieza. Para realizar el recorrido y el contacto inicial con la pieza utilizamos media presión. Cuando el punzón comienza el contacto con la pieza (lo sabemos porque la presión sobre el cilindro aumenta repentinamente) se inicia la alta presión. De esta manera, sólo utilizamos la alta presión al final del recorrido”.

Hay otros beneficios para el cliente. Por ejemplo, según el equipo técnico de Neotecman, “los costes de calentamiento de la barra de latón se reducen un 50% cuando se utiliza un horno de gas”. Esto se consigue manteniendo 4 m de barra con una variación de temperatura de ± 5 °C desde el punto de consigna. Un pirómetro mide la temperatura y suministra estos datos al controlador, que luego ajusta automáticamente los quemadores para mantener la temperatura estable a lo largo de toda la barra. Por otra parte, el diseño funcional y la automatización de procesos ofrecen una reducción significativa de los tiempos de cambio de molde, y el nivel de ruido es considerablemente menor en el proceso de estampación. Estas máquinas también proporcionan ahorros en costes de mano de obra; pues sólo un operador es suficiente para todo el proceso, mientras que, para la logística, sólo se requiere un área de trabajo con una sola bahía de carga y descarga de material.

Finalmente: “La puesta en marcha en las instalaciones del cliente es muy rápida, porque los armarios están integrados en la máquina. El cliente necesita solamente la alimentación, el combustible para el horno —gas natural o propano— y un suministro de aire. No se requieren conexiones adicionales, ya que se han realizado y comprobado previamente en las instalaciones de Neotecman”, comentan. Y para ayudar a sus clientes tanto como sea posible, las máquinas incluyen un iPad y una cuenta de Skype, que permite al operador ponerse en contacto con el servicio técnico de Neotecman cuando sea necesario, o incluso mostrarles imágenes sobre lo que está sucediendo.