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Sensores para Roscado Integrado al Troquel

By: L. Ray Osborne

Ray Osborne, a mechanical engineer with Anchor Danly, recently authored an article titled, The Art and Science of In-Die Tapping, published in the September 2010 issue of MetalForming.

Friday, April 01, 2011
 

Ray Osborne, es ingeniero mecánico en Anchor Danly Co. (www.anchordanly.com), autor del artículo titulado “El Arte y la Ciencia de Roscado Integrado al Troquel”, publicado en la edición en inglés de septiembre de 2010 de la revista MetalForming. 

Sensoring for in-die tappingTodos los tipos de sistemas para roscado integrado al troquel (IDT, por sus siglas en inglés), disponibles comercialmente, emplean algún tipo de sistema de protección de error en la alimentación actuado por resortes, destinado a proteger el machuelo y, más importante, el dispositivo de roscado como tal, en caso de:

• Condición de no agujero debido a una falta de alimentación de la progresión;

• Condición de no agujero debido a un punzón roto o faltante; o

• Agujero más pequeño debido a un punzón de extrusión roto o faltante.

A pesar de que los sistemas de protección contra fallas en la alimentación están incluidos en los diseños comerciales IDT como mecanismos de protección libres de fallas, es prudente que las empresas de conformado empleen algún método para asegurar la producción exitosa de un agujero a ser roscado con cada ciclo de la prensa.

Fundamentos del Sensor

Los tipos de sensores apropiados para el uso con IDT son aquellos capaces de detectar la presencia física (o ausencia) de un objeto. Estos sensores están configurados generalmente para su uso con circuitos lógicos de bajo voltaje (3-24 V CD). Los tipos más apropiado son:

• Interruptores de contacto mecánico ― son la opción menos costosa, pero generalmente pueden tener una esperanza de vida menor que las alternativas de no-contacto.

Fig. 1 y 2—La configuración más rudimentaria de los sensores usada en conjunto con IDT, un sistema de piloto indicador, comprueba la presencia real del agujero a ser roscado antes de que éste llegue a la estación IDT. Las empresas de conformado colocan comúnmente este ensamble en el porta-herramientas inferior, con el punzón piloto apuntando hacia arriba.
• Sensores ópticos ― trabajan con el principio de un haz de luz interrumpido y están disponibles en diferentes configuraciones:

1. Emisor y receptor por separado;

2. Retro-reflectivos ― el emisor y el receptor están contenidos en un solo ensamble, con un espejo por separado que refleja el haz;

3. Reflexión Difusa ― el emisor y el receptor están contenidos en un solo ensamble y el objeto a ser detectado refleja el haz de luz.

Nota: el uso de sensores ópticos en aplicaciones IDR puede ser complicado si el haz de luz se expone al vapor del lubricante para roscado.

• Sensores de proximidad inductiva ― éstos funcionan según el principio de las perturbaciones en la corriente de Eddy en la bobina electromagnética del sensor, cuando un objeto está dentro del rango. Debido a su simplicidad, la ausencia de piezas en movimiento y (cuando están recubiertas con Teflón) la indiferencia a la exposición de fluidos, estos sensores son el tipo más comúnmente utilizado en troqueles de conformado.

Independientemente del tipo de sensor utilizado, el objetivo principal es enviar una señal lógica de falso o verdadero a un controlador lógico programable (PLC, por sus siglas en inglés) para confirmar una condición deseada o anunciar una condición no deseable y, subsecuentemente, desencadenar una señal de paro de emergencia de la prensa de conformado, según sea necesario. Los circuitos de los sensores están configurados ya sea como normalmente abiertos (NO, por las siglas en inglés) o normalmente cerrados (NC, por las siglas en inglés), dependiendo de la condición a detectar.

Detección del Agujero a Ser Roscado


Fig. 3—Una vez que la fuerza del resorte iguala a la fuerza axial de engranaje requerida por el machuelo, éste último se encaja en la pieza y comienza el roscado (derecha), aunque con retraso. Como resultado, el valioso movimiento de rotación que se requiere para roscar ha sido gastado, dando como resultado hilos roscados incompletos. La imagen a la izquierda ilustra la metodología del machuelo, mientras que la imagen central muestra una penetración exitosa del machuelo.
La configuración más rudimentaria de los sensores usada en conjunto con IDT simplemente comprueba la presencia real del agujero a ser roscado antes de que éste llegue a la estación IDT. Algunas veces es conocido como un sistema de piloto indicador, esta configuración consta por lo general de un interruptor, un punzón piloto flotante guiado con precisión, una palanca o botador y un resorte de compresión (fig. 1 y 2). Las empresas de conformado comúnmente ubican este ensamble en el porta-herramientas inferior, con el punzón piloto apuntando hacia arriba. Sin embargo, tal acomodo requiere de cierto grado de elevación de la progresión. Para aplicaciones que tienen una mínima o nula elevación, una empresa de conformado puede montar el sistema sobre el pisador con el punzón piloto apuntando hacia abajo, la señal cableada proporcionada con el sensor puede ser administrada de manera confiable con el pisador en movimiento. Nota: los sensores de transmisión por radiofrecuencia ― están aumentando su popularidad y disminuyendo su costo ― son adecuados especialmente para aplicaciones donde manejar el cableado de señales no es deseable.

Una opción más para aplicaciones sin elevación de la progresión: Utilice un sensor de proximidad inductivo blindado (configurado para ignorar cualquier metal a su alrededor) colocado en o justo por debajo del nivel de la matriz para verificar la presencia del agujero a ser roscado después de que la progresión ha sido alimentada.

Penetración del Machuelo y Desgaste

Uno de los requerimientos para conseguir una rosca de calidad es llevar el machuelo a la profundidad adecuada dentro de la pieza. Los machuelos no cilíndricos típicos para IDT tendrán de 2.5 a 5 hilos de guía y, para obtener una rosca completa, el machuelo debe viajar a través de la pieza más allá de sus hilos guía. Si el machuelo es ajustado demasiado lejos de la pieza, es probable que no llegue a penetrar con éxito la pieza hasta el final de la carrera de roscado. Y, si el machuelo es ajustado demasiado cerca de la pieza, otra serie de problemas (los cuales están fuera del alcance de este artículo) pueden ocurrir.

Además del ajuste incorrecto de la posición del machuelo, hay otro escenario que también puede dar como resultado que el machuelo falle en la penetración completa de la pieza – el desgaste del machuelo. El sistema de protección de error en la alimentación actuado por resortes debe proporcionar suficiente fuerza de precarga para provocar que el machuelo se encaje inmediatamente en el agujero a ser roscado al contacto. Los machuelos para laminado de roscas en frío son usados principalmente en aplicaciones IDT y requieren de una fuerza axial mucho mayor (para engranarse en el agujero a ser roscado) que la necesaria para un machuelo equivalente de remoción de viruta. La tendencia natural del primer hilo de un machuelo de rosca laminada es derrapar contra la abertura del agujero a ser roscado ― particularmente en presencia de un bisel u orilla laminada ―. Esta tendencia se incrementa con el desgaste del machuelo.

Fig. 3—Una vez que la fuerza del resorte iguala a la fuerza axial de engranaje requerida por el machuelo, éste último se encaja en la pieza y comienza el roscado (derecha), aunque con retraso. Como resultado, el valioso movimiento de rotación que se requiere para roscar ha sido gastado, dando como resultado hilos roscados incompletos. La imagen a la izquierda ilustra la metodología del machuelo, mientras que la imagen central muestra una penetración exitosa del machuelo.
Por lo tanto, la fuerza axial requerida para que el machuelo engrane también se incrementa con el tiempo, lo cual puede presentar algunas veces problemas confusos para diagnosticarlo. Cuando el machuelo es nuevo y afilado, las piezas son producidas con hilos completamente roscados a la profundidad requerida. Sin embargo, ya que el machuelo se desgasta, éste puede empezar a derraparse si la fuerza axial de engranaje requerida excede la fuerza de precarga disponible en el dispositivo de detección de error de alimentación. Conforme la unidad de roscado gira el machuelo, el buje guía femenino se retrae hacia adentro y el resorte del dispositivo de error de alimentación sufre deflexiones adicionales, debido a que el machuelo está girando pero no entrando en el agujero a ser roscado.

Para Visualizar Mejor Este Escenario

… considere como funciona un gato de husillo. A medida que el resorte del dispositivo de error de alimentación se comprime más, la fuerza que éste ejerce sobre el machuelo se incrementa. Una vez que la fuerza del resorte iguala a la fuerza axial de engranaje requerida por el machuelo, éste último se encaja en la pieza y comienza el roscado, aunque con retraso. Como resultado, el valioso movimiento de rotación que se requiere para roscar ha sido gastado en comprimir el resorte del dispositivo de error de alimentación antes de entrar, dando como resultado hilos roscados incompletos (Fig. 3).

En el piso de producción, esta condición puede reconocerse fácilmente cuando se realiza una verificación de control de calidad y la rosca verificadora casi atraviesa la pieza con facilidad pero se aprieta en las dos o en la última vuelta. Nota: la mayoría de los proveedores de IDT añaden algún margen de seguridad (por lo general media vuelta extra, o la mitad del paso del machuelo) para estar seguros contra esta condición. Sin embargo, vale la pena reconocer que los bujes guía, macho y hembra, de los insertos del paso (cartucho del machuelo) van a sufrir desgaste acelerado cada vez que el resorte del dispositivo de error de alimentación sea accionado.

Para resultados óptimos, el resorte del dispositivo de error de alimentación debe permanecer en una condición puramente estática durante el ciclo completo de roscado. Los aceros inoxidables, así como los aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA, por sus siglas en inglés) comúnmente son más resistentes en el inicio del engranaje del machuelo y requieren una precarga mayor en el resorte del dispositivo de error de alimentación. Un diámetro menor en el agujero a ser roscado también incrementa el reto de engranar el machuelo y, como recordatorio, tratar de roscar más del 75% de una rosca completa teórica, nunca se recomienda.

Para combatir el problema de una profundidad de rosca incompleta, utilice un sensor que detecte el machuelo al final de su carrera (Fig. 4). Ya que las unidades IDT accionadas mecánicamente siempre invierten la dirección en el punto muerto inferior, las empresas de conformado deben configurar el PLC de los controles de sus prensas o centro de protección de troqueles para leer la señal del sensor cuando el ariete de la prensa está al final de su carrera. Por ejemplo, “buscar” o “leer” a los 175º y “abandonar” a los 185º.

Ubicación de los Sensores

Cualquier paso muerto antes de la estación IDT presenta la ubicación ideal para el acomodo de un piloto indicador a fin detectar la presencia de un agujero a ser roscado, ya sea simple o extruido. En los troqueles que carecen de estaciones muertas las empresas de conformado pueden instalar un sistema de piloto indicador que comparta con otra estación que quizá esté realizado otras operaciones.

Para detectar una penetración exitosa del machuelo, por supuesto, se debe hacer en la estación de roscado arriba o abajo del agujero roscado, dependiendo de la orientación del IDT.

Nota: Hay una cantidad asombrosa de amplios conocimientos sobre sensores disponible en el mercado, así que la intención de este artículo es únicamente motivar a los diseñadores de troqueles y a las empresas de conformado para considerar el uso de sensores en aplicaciones IDT.

¡Disfrute sus operaciones de roscado! MF

 

See also: DAYTON Lamina Corporation

Related Enterprise Zones: Sensing/Electronics, Tool & Die

 


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