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Apr 28, 2023

Tuercas de alimentación y sujetadores no convencionales

Este alimentador acepta anillos de soldadura fuerte a granel, luego los orienta y los entrega uno a la vez.

Este alimentador acepta anillos de soldadura fuerte a granel, luego los orienta y los entrega uno a la vez a la punta de la herramienta del operador. Foto cortesía de Visumatic Industrial Products

Los alimentadores automáticos pueden manejar tuercas estándar y muchos otros tipos de tuercas, incluidas tuercas de brida, cuadradas, en T, sin revestimiento y Keps. Foto cortesía de Design Tool Inc.

Un proveedor de automóviles de nivel 1 utiliza este sistema personalizado para soplar un clip a herramientas robóticas, que coloca el clip en la pieza de destino. Foto cortesía de la herramienta automática Dixon

Mediante el uso de este sistema llave en mano, un proveedor europeo de Teir 1 puede alimentar e instalar tornillos, placas y pasadores en un ensamblaje de bisagra de puerta en menos de 15 segundos. Foto cortesía de DEPRAG Inc.

Los fabricantes alimentan una amplia gama de sujetadores no convencionales. Estos incluyen tacos de madera, clips de plástico, remaches, dardos de púas, clips de metal, accesorios de latón con púas (irregulares) y tapones de expansión. Foto cortesía de Visumatic Industrial Products

Los fabricantes de dispositivos médicos introducen pines tan pequeños como 0,021 pulgadas de ancho y 0,06 pulgadas de largo para microensamblajes. Foto cortesía de Weber Screwdriving Systems Inc.

Los tornillos no son los únicos sujetadores que se pueden alimentar a las herramientas de instalación automáticas o semiautomáticas. Tuercas, tornillos de fijación y otros sujetadores, tanto con rosca como sin rosca, también se pueden alimentar automáticamente.

Para un proveedor europeo de nivel 1, el desafío fue alimentar e instalar placas y pasadores, junto con tornillos, en conjuntos de bisagras de puertas. La empresa probó el montaje manual durante un tiempo antes de cambiar a un sistema DEPRAG Schulz GmbH & Co. basado en un dial de indexación giratorio.

En funcionamiento desde agosto de 2013, el sistema ensambla la bisagra de la puerta en menos de 15 segundos. Después de que un operador coloca tres componentes de bisagra preensamblados en un accesorio, dos destornilladores electrónicos Minimat-EC aprietan dos juegos de tornillos a un par específico.

Luego, el conjunto se traslada a una estación donde se instalan dos placas con una prensa. Antes de la instalación, las placas se alimentan desde un recipiente vibratorio a un transportador que las alinea y las coloca una frente a la otra. Una pinza doble recoge las placas y las posiciona para la prensa, que las inserta con una fuerza de 200 newtons.

Después de esto, las placas se aseguran con dos tornillos cada uno utilizando dos destornilladores neumáticos Minimat. Las placas son necesarias para ajustar la bisagra durante el montaje final del vehículo.

Finalmente, se instalan dos pasadores roscados con otro destornillador neumático. Los pasadores se introducen por soplado en su posición a través de un tubo.

Para garantizar que ninguna bisagra ensamblada incorrectamente llegue al departamento de empaque, cada estación de trabajo transmite una señal de "OK" o "no OK" a la unidad de control maestra del sistema. Todas las bisagras defectuosas se transportan a la estación de trabajo uno, donde el operador las aparta.

Los sistemas como este representan una clara ruptura con el pasado, cuando los fabricantes se veían obligados a hacer que los ensambladores colocaran e instalaran manualmente tuercas, tornillos de fijación, tapones de expansión y otros sujetadores no convencionales. La tecnología avanzada de hoy hace que alimentarlos sea más fácil que nunca.

Aunque hoy en día es más frecuente, la alimentación completamente automatizada de sujetadores no convencionales no es una opción automática para todas las aplicaciones. La alimentación manual o semiautomática (usando herramientas manuales) puede ser mejor, según el volumen de producción y el tamaño de la pieza.

"Muchos tipos de componentes de formas extrañas que se alimentan hoy en día no se alimentaban antes", afirma Boris Baeumler, vicepresidente de tecnología de DEPRAG Inc. "Las piezas más grandes se pueden colocar manualmente, pero una persona necesita mucho más tiempo para colocar piezas más pequeñas". , que son cada vez más comunes".

El costo es otro factor. Los sujetadores no convencionales tienden a requerir un alimentador dedicado que solo maneja piezas dentro de un rango de ancho o largo muy pequeño. Además, los escapes de estos alimentadores (que singularizan y sueltan cada sujetador) no son intercambiables.

Los alimentadores de hoy cuentan con tecnologías avanzadas. Por ejemplo, Weber Screwdriving Systems Inc. ofrece varios alimentadores escalonados que generan vibración con un cristal piezoeléctrico y resortes planos angulares en lugar de bobinas electromagnéticas. Los alimentadores escalonados brindan una alimentación continua y confiable de pasadores, clips y otros sujetadores. También son muy silenciosos, con un nivel de ruido de solo 64 decibelios.

La vibración se controla aplicando un voltaje a través del cristal, que oscila y genera un movimiento lineal. Su rango de alta frecuencia de 140 a 400 hercios es menos abrasivo que los tradicionales 60 a 120 hercios de las bobinas y ofrece más control de micro pasadores, clips y tuercas.

La mayoría de los proveedores ofrecen escapes estándar y personalizados para manejar sujetadores de varias formas y longitudes. DEPRAG también ofrece dos tipos de escapes (llamados separadores), que tienen diferentes mecanismos de entrega. El tipo deslizante captura un sujetador entre dos bloques, mientras que la hoja de perfil encierra un sujetador dentro de un bloque y lo entrega para su instalación.

Dixon Automatic Tool fabrica el escape ES-16 para su uso en sus productos Track-Fed de la serie 100. El escape es para aplicaciones en las que necesita retraerse debajo de un cabezal de colocación después de colocar un sujetador en las mordazas de la herramienta.

Visumatic Industrial Products fabrica cinco escapes básicos, incluida una unidad siamesa que alimenta husillos separados. No tienen resortes externos.

Kevin Buckner, director de ingeniería de Design Tool Inc., dice que los avances en robótica y software de CAD facilitan a los proveedores el desarrollo de sistemas de alimentación y conducción personalizados para sujetadores no convencionales. Igualmente importante, los avances en la tecnología neumática permiten un mayor control y un ensamblaje más preciso con estos sujetadores.

Los fabricantes de electrodomésticos recurren cada vez más a alimentadores de frutos secos automatizados para aumentar la producción y mejorar la calidad y la precisión. Sin embargo, los fabricantes de la industria automotriz siguen siendo los principales usuarios de estos alimentadores.

Durante los últimos tres años, un proveedor de automóviles de nivel 1 ha estado utilizando alimentadores personalizados de Dixon para acelerar el montaje de piezas interiores y exteriores moldeadas en plástico. Dixon desarrolló una serie de celdas de trabajo, cada una de las cuales tiene un robot de seis ejes, un dispositivo de sujeción de piezas y alimentadores para manejar una variedad de sujetadores de formas extrañas. Estos incluyen clips para árboles de Navidad con arandelas de espuma, clips en forma de A y tuercas no estándar con plástico moldeado alrededor del exterior.

Dependiendo de la pieza que se esté ensamblando, el robot recupera e instala clips y tuercas según sea necesario. Las tuercas se alimentan por orugas a herramientas personalizadas montadas en el robot, que luego ancla la tuerca dentro de la pieza de plástico. Los clips desnudos se alimentan por soplado a las herramientas, pero los clips con respaldo de espuma se alimentan por riel.

"Personalizamos las herramientas para cada sujetador, pero hicimos que los accesorios fueran intercambiables", explica Brian Droy, propietario del distribuidor Midwest Assembly Technologies y ex vicepresidente de ventas de Dixon Automatic Tool. "Esto permite a la empresa fabricar varias piezas en la misma máquina".

Los destornilladores alimentados por soplado de la serie SD-2000 de Dixon manejan tuercas estándar y con brida de hasta M12. Droy dice que otro proveedor de nivel 1 usa el SD-2040 para colocar una tuerca hexagonal M8 en un conjunto de compresor. El pasador de centrado neumático y el dado del impulsor accionan la tuerca con 17 newton-metros de torque.

La serie SD-2000 también está disponible con herramientas de vacío que evitan que la tuerca se caiga en caso de que haya un obstáculo entre la herramienta y la pieza objetivo. Un sensor en el controlador del controlador monitorea la fuente de vacío para asegurar el proceso.

Jarrod Neff, gerente de marketing de Visumatic Industrial Products, dice que los proveedores de automóviles de nivel 1 usan los alimentadores de la compañía ampliamente para alimentar todo tipo de Palnuts, incluidos los serrados y los accionados por resorte. Sus alimentadores también son utilizados por proveedores aeroespaciales y militares para alimentar y colocar tuercas en espárragos en equipos de radar y telemetría.

Otro cliente no automotriz fabrica rociadores para campos de golf. Cada rociador tiene un dispositivo de control de fluido que requiere que se monte una tuerca de bloqueo de nailon de ¼-20 en un perno en un área empotrada. Hace cinco años, los ensambladores instalaban manualmente las tuercas con una herramienta de conducción neumática. A menudo, apretaban demasiado o poco las tuercas, o las colocaban de forma incorrecta, lo que provocaba un enroscado cruzado.

La empresa reemplazó el sistema manual con un alimentador de tuercas Visumatic VNPD-56.6, que automáticamente hace avanzar la tuerca a la posición de accionamiento y la alinea con el espárrago receptor. Neff dice que el alimentador ha acortado el tiempo del ciclo, mejorado la calidad y eliminado el cruce de hilos. El fabricante también utiliza una herramienta eléctrica de CC con control de par y ángulo para garantizar un apriete adecuado. Desde entonces ha instalado dos alimentadores de frutos secos más.

Los alimentadores de tuercas de Design Tool pueden manejar tanto tuercas hexagonales estándar como tuercas con brida de diferentes espesores. Buckner dice que un cliente instaló recientemente un pequeño sistema de alimentación personalizado que coloca una tuerca con reborde hexagonal en un perno de carruaje en un conjunto de soporte. El sistema cuenta con un mecanismo de alimentación, un conjunto de placas y un nido para sujetar el soporte. El tiempo de ciclo para colocar la tuerca en el perno es de 1,5 segundos.

"Orientar correctamente la tuerca y colocarla en el perno fue un desafío, pero también lo fue diseñar el nido", reconoce Buckner. "Tenía que garantizar la alineación de la tuerca y el perno, además de permitir cargar y descargar fácilmente el soporte después de colocar la tuerca".

Los ensambladores en la industria automotriz con frecuencia introducen tuercas en los espárragos en las culatas de cilindros de motores pequeños y ensamblan los discos para frenos de disco. Algunos fabricantes están probando alimentadores de tuercas con sistemas de inspección por visión para verificar el diámetro de la tuerca y la altura de la rosca antes de instalarla.

En la industria aeroespacial, los fabricantes utilizan alimentadores para alimentar e instalar automáticamente collares (tuercas) roscados HI-LOK y HI-LITE en pasadores de acoplamiento. Los collares están hechos de aluminio anodizado rojo. Los alimentadores también están diseñados para aspirar los extremos del collar que se rompen después de la instalación.

En general, los alimentadores también pueden manejar fácilmente tuercas cuadradas, tuercas en T, tuercas sin revestir (que tienen una superficie no maquinada), tuercas Keps (que tienen una arandela retenida) y tuercas de acoplamiento largas. Los tipos más difíciles son las tuercas ranuradas y las tuercas almenadas, que presentan ranuras en una sección redondeada por encima de las roscas o de la tuerca principal.

Excluyendo las tuercas, la lista de sujetadores no convencionales que los fabricantes necesitan alimentar es extensa. Incluye tornillos de fijación, tapones de expansión, placas, pasadores, abrazaderas, pasadores de madera, anillos de soldadura fuerte, juntas tóricas, resortes, arandelas (redondas o cuadradas), pernos, empalmes, accesorios de latón, remaches y núcleos de válvulas.

Neff explica que un proveedor de tubos para automóviles trabajó recientemente con Visumatic para desarrollar una máquina automatizada para alimentar, lubricar e instalar un núcleo de válvula roscado en los conjuntos de puertos de carga del vehículo. Los principales desafíos son evitar que las válvulas defectuosas ingresen al proceso de ensamblaje y apretar cada núcleo a un par preestablecido constante.

Después de que un operador coloca un puerto de carga preensamblado en un dispositivo, los sensores cierran el dispositivo y verifican si el puerto está bien o mal. Los puertos defectuosos se retienen en el accesorio y solo se pueden liberar cuando un supervisor ingresa una contraseña en la HMI de la máquina. Si el puerto se considera bueno, se inicia el montaje.

Se sopla un núcleo de válvula desde un tazón al módulo de potencia VPM de la máquina, que luego mueve el núcleo a su posición para su colocación. El lubricante en aerosol se aplica rápidamente al núcleo y se aprieta a un par preestablecido.

Grammer AG de Amberg, Alemania, desarrolla y fabrica componentes para interiores de vehículos, así como asientos para conductores y pasajeros. Los reposacabezas Crash-Active para los asientos delanteros forman parte de la línea de productos de la empresa. En 2010, Grammer hizo que DEPRAG desarrollara un sistema llave en mano de 14 estaciones para fabricar los reposacabezas.

Los sujetadores no convencionales necesarios para ensamblar cada reposacabezas incluyen un pasador de bloqueo y dos pasadores ranurados, según Boris Baeumler, ingeniero de aplicaciones de DEPRAG Inc. Los pasadores ranurados se soplan desde un recipiente vibratorio hacia un separador y luego se presionan en el portador-CAK (uno de los subconjuntos principales del reposacabezas) para fijar dos tubos guía.

Inmediatamente después de esto, se sopla un pasador de seguridad desde un recipiente vibratorio diferente hacia un separador y luego se inserta y asegura en la corredera del reposacabezas (otro subensamblaje). El tiempo de ciclo para ensamblar cada reposacabezas es de menos de 10 segundos, lo que permite una tasa de producción de más de 360 ​​unidades por hora. Desde entonces, Grammer ha instalado tres sistemas más en México y uno en Polonia.

Los fabricantes de rociadores contra incendios con frecuencia introducen y colocan tornillos de fijación para mantener en su lugar el vial de vidrio de la cabeza del rociador. Cuando ocurre un incendio, la acumulación de calor hace que el líquido químico en el vial se expanda y reviente el vidrio, liberando la válvula de cierre del rociador y el agua.

Los fabricantes de automóviles introducen clips de plástico para ensamblar los revestimientos de las puertas y los paneles de la carrocería. Los fabricantes de dispositivos médicos introducen pines tan pequeños como 0,021 pulgadas de ancho y 0,06 pulgadas de largo para microensamblajes.

"Hemos creado muchos sistemas únicos para los clientes, incluido uno para alimentar varillas medidoras de 4 pulgadas para un fabricante de soportes de transmisión de servicio pesado", señala Neff. "Hacer que el sistema sea perfecto siempre requiere trabajar en estrecha colaboración con el cliente y asegurarnos de que ambos podamos justificar los gastos de desarrollo de herramientas".

"No todos los sujetadores no convencionales están diseñados para la alimentación automática", concluye Droy. "Algunos simplemente no pueden ser alimentados por soplado debido a su forma. Son propensos a atascarse en el tubo".

Jim es editor sénior de ASSEMBLY y tiene más de 30 años de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo fue editor de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal y Milling Journal. Jim tiene un título en inglés de la Universidad DePaul.