Ing. J. Batista graef
Southwind international
são paulo, Brasil
Este articulo propone una discusión abierta sobre un tema crítico en la industria de elementos de fijación y piezas forjadas en frío, que son las fallas y quiebras que ocurren a menudo en las herramientas de conformado.
La propuesta es presentar, comentar y discutir las principales causas de rotura o desgaste prematuro de las herramientas de conformado en frío, que inevitablemente conducen a una baja vida útil del herramental, así como a otros tipos de fallas que de alguna manera afectan la producción y los costos de la industria manufacturera.
Las fallas en las herramientas de conformado en frío es un tema muy amplio para futuras discusiones técnicas y este trabajo obviamente no pretende agotar el tema, sino más bien abrir la discusión y transmitir algo de nuestro conocimiento y experiencia en procesos de conformado en frío y las principales causas que provocan un rendimiento deficiente de las herramientas involucradas en el proceso de fabricación de tornillos, tuercas y piezas forjadas en frío.
Cuando ocurre una falla de la herramienta durante la producción, generalmente se nos hace pensar que la razón obvia sería la mala calidad de la herramienta rota o la baja vida útil de la herramienta, pero este no es siempre el caso, ya que varios otros factores pueden influir en la falla de la herramienta de conformado en frío, como veremos a continuación.
Principales factores que influyen en la vida útil de las herramientas:
Nuestro estudio identificó 8 factores que influyen en las fallas de las herramientas de forja en frío, como se presenta en la siguiente figura, que se desglosaron en causas fundamentales, que directa o indirectamente afectan la durabilidad de las herramientas de forja en frío.
Diagrama de causas de fallas en herramientas de conformación en frio
Al desglosar los factores en causas específicas, identificamos las siguientes causas fundamentales que se muestran en el siguiente diagrama y de las cuales comentaremos individualmente a continuación
Diseño de herramientas: uno de los principales factores a considerar y que requiere especial atención por parte de ingeniería y desarrollo, ya que cualquier error en el diseño de la herramienta suele tener un alto costo cuando se identifica solo después de que la herramienta ha sido fabricada. Las principales causas vinculadas o derivadas del diseño de herramientas son las siguientes;
- Diseño / desarrollo del producto a ser conformado en frío
- Secuencia de forjado / simulación del proceso de conformación
- Diseño / desarrollo de herramientas de conformación
- Proyecto / desarrollo de herramientas auxiliares
- Elección de los materiales utilizados en la fabricación de las herramientas
- Elección de recubrimientos antidesgaste para herramientas
Ejemplo de tabla de selección de carburos según el tipo de herramienta y aplicación
Fabricación de herramientas: otro factor no menos importante es la fabricación de las herramientas, ya que desde el proceso de fabricación hasta el acabado y recubrimiento tendrán una influencia directa en el rendimiento de la herramienta en producción. Estas son las principales causas identificadas, donde un error en cualquiera de ellas puede afectar al utillaje en su conjunto
- Proceso de fabricación de herramientas
- Precisión dimensional y tolerancias
- Ensamblaje / alojamiento de la herramienta
- Acabamiento superficial (calidad del pulido)
- Revestimientos antidesgaste
Tratamiento térmico de la herramienta: aunque el tratamiento térmico de las herramientas de conformado en frío es parte de su proceso de fabricación, optamos por estudiarlo por separado, ya que cualquier error en cualquiera de los puntos presentados a continuación es crucial para el rendimiento de la herramienta en producción.
- Calidad del proceso de tratamiento térmico
- Dureza de la herramienta
- Propiedades físicas después del tratamiento térmico
- Estructura metalográfica
Materia prima del producto forjado en frío: otro factor, no siempre debidamente considerado en el análisis de fallas en los procesos de forja en frío, se destacan los relacionados con la materia prima utilizada, entre las principales causas están;
- Tipo y especificación de la materia prima a utilizar
- Dureza del material
- Otras propiedades físicas
- Calidad del recocido / esferodización
- Calidad del tratamiento superficial del alambre
Máquina de conformado en frío: la elección y uso de equipos de conformado en frío es otro factor de gran importancia en la prevención de fallas en las herramientas de forja en frío y entre las principales causas destacamos;
- Tipo de conformadora
- Condiciones mecánicas de la máquina conformadora
- Velocidad de la máquina conformadora
- Ajustes y condiciones de uso de la máquina
- Monitoreo del proceso
Producción: la producción en sí es el factor en el que evaluamos la forma de uso de la máquina conformadora y los factores vinculados a ella los cuales tienen como principales causas las fallas, quiebras o disminución en el desempeño de la herramienta, conforme se enumeran a continuación;
- Lubricante de proceso, aceite de refrigeración
- Velocidad de producción
- Imposibilidad de conformación en frío de la pieza
- Seguimiento / monitoreo del proceso
- Controles de la vida útil de las herramientas
Mano de obra / operador: directamente ligado al factor de producción, la calidad y la capacitación de la mano de obra es otro factor fundamental y entre estos se destacan;
- Capacitación y entrenamiento del operador
- Condiciones de trabajo
- Motivación y comportamiento del operador
- Procedimientos y normas de operación
- Calidad de la instalación industrial
- Organización del operador y autodisciplina
Medio ambiente: no siempre considerado como un factor de falla en las herramientas de conformado en frío, el medio ambiente generalmente puede influir, casi siempre indirectamente, en el rendimiento de las herramientas.
- Condiciones del sitio de trabajo
- Temperatura ambiente y humedad del aire
- Calidad del aire
- Nivel de ruido
- Limpieza
Prevención de fallas en herramientas de forja en frío:
El control y seguimiento con el monitoreo en tiempo real del proceso de conformado en frío mediante el uso de sistemas de monitorización del proceso de conformado es un factor de fundamental importancia para prevenir fallas en las herramientas y el consiguiente riesgo de quiebra y de producir piezas defectuosas, fuera de las especificaciones.
El uso de monitores de proceso en máquinas conformadoras y máquinas laminadoras de roscas, puede prevenir la mayoría de los problemas de conformado en frío y también de rotura de herramientas, ya que estos sistemas pueden literalmente detectar el comportamiento del proceso de conformado y detener la máquina incluso antes de que comience el problema (curva de tendencia), o incluso segregando las piezas defectuosas tras el primer incidente de falla de herramienta detectado, evitando roturas adicionales en otras herramientas en la secuencia de la secuencia de forjado.
Como todo sistema de control y monitoreo de fabricación, los monitores de carga, cuando se instalan en la máquina, deben ir acompañados de una capacitación del operador para obtener los beneficios que el sistema puede proporcionar y así evitar riesgos innecesarios durante el proceso de fabricación.
Conclusión:
Las fallas y roturas o incluso la corta vida útil de las herramientas de conformado en frío suelen implicar, como hemos visto, en varios factores y el problema siempre debe analizarse bajo los diversos aspectos aquí presentados.
Usando metodologías de análisis y solución de problemas y otras herramientas de calidad, siempre se puede cubrir e identificar todas las causas posibles que acortan la vida útil de la herramienta y, por lo tanto, facilitan la búsqueda para identificar la causa raíz de la falla de la herramienta.
Generalmente se considera que la calidad de la herramienta en sí es la primera causa posible de la falla de la herramienta, sin embargo, como hemos visto en este artículo, muchos otros factores pueden desempeñar un papel importante y deben tenerse en cuenta al analizar el problema.
El registro y mantenimiento de datos históricos de fallas de herramientas, con toda la información sobre la identificación de la causa raíz y las acciones tomadas para solucionar el problema, ayudan en gran medida a la rápida solución del problema en casos de recurrencia de ocurrencias similares.
La idea de este trabajo, además de exponer el contenido aquí presentado, es también mantener un canal abierto entre nuestra empresa y los interesados en el tema falla en herramientas de forja en frío, para una comunicación e intercambio de experiencias permanente y para esto, dejamos aquí nuestros contactos, animando a todos a enviarnos sus dudas, comentarios, críticas, aportaciones y sugerencias.
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