Guía de selección de la tecnología de atornillado

Desafortunadamente los Ingenieros de producto y procesos están familiarizados con las sorpresas inesperadas que presentan las juntas atornilladas, conocidas como la técnica de montaje más amplia en la industria. Estas sorpresas en la práctica son debidas a variables que no se tuvieron en cuenta durante la fase de diseño y cálculo del producto. Es en este momento cuando el Ingeniero debe encontrar una solución.

Esta guía pretende proporcionar asistencia e información para ayudar a seleccionar un sistema de montaje apropiado para la producción.

DEPRAG ofrece una extensa gama de herramientas de atornillado para diferentes tipos de aplicaciones y montajes, desde las herramientas más complejas para montajes de componentes sensibles con una gran cantidad de requisitos en relación a los datos del proceso y seguridad, hasta las herramientas de impacto utilizadas en talleres.

La herramienta apropiada para su aplicación:

Para los procesos de montaje, DEPRAG ofrece un amplio abanico de soluciones, desde la más básica hasta la más sofisticada, desde los atornilladores neumáticos hasta los atornilladores con tecnología EC-Servo con motor servo eléctrico.

Así pues, la clasificación de estas herramientas se basa en varios criterios tales como:

  • Aplicación manual o automática
  • El tipo de accionamiento: Neumático o electrónico.
  • La forma de la herramienta: recta, angular o pistola.
  • Los requisitos de su proceso para el control de calidad, datos, flexibilidad, documentación, etc.

En muchas aplicaciones es importante considerar no solamente el atornillador, sino el sistema completo de atornillado en relación con la propia aplicación. El proceso de atornillado por sí mismo y los requisitos de control de proceso tienen que adaptarse por ejemplo al atornillador, equipo de medición de par y ángulo, el sistema de alimentación automática de tornillos, hasta la completa configuración de la estación de montaje, ya sea manual o completamente automática. Todo debe encajarse y considerarse como un sistema completo.

Este puede considerarse como un paso de consideraciones iniciales para la selección adecuada de la unidad de atornillado.

Selección de la técnica de montaje basada en la cantidad de montajes:

Es importante entender que tipo de herramienta es necesaria para sus demandas de producción. Con volúmenes de producción relativamente bajos, ciclos de vida de producto cortos o una gran cantidad de variantes de producto, podemos recomendar un sistema de atornillado manual. Si el volumen de producción aumenta, el sistema de atornillado manual se puede actualizar con un alimentador automático de tornillos.

En caso contrario, es decir, volúmenes de producción alto o ciclos de vida de producto alto, nos llevan hacia procesos de montaje automáticos. En función a las variantes de los productos existen sistemas flexibles XY con un único atornillador o estaciones de montaje multihusillo basadas en un patrón específico de posiciones de atornillado.

Selección del tipo de accionamiento: Eléctrico o neumático

Existen básicamente 2 tipos diferentes de accionamiento del atornillador, eléctrico o neumático, caracterizados por capacidades claramente diferenciadas. La selección de uno u otro accionamiento está definida por los requisitos específicos de cada aplicación.

La siguiente tabla indica los factores que deberían tenerse en cuenta en la selección

Criterio

Accionamiento
Electrónico

Accionamiento
Neumático

Flexibilidad: Variación de los parámetros de atornillado Alta

Baja

Seguridad del proceso

Alta

Media

Precisón del par

Alta

Alta

Recogida de datos y control estadístico del proceso

Alta

Media

Requisitos de documentación Alta Media
Inversión inicial Alta Baja
Costes operacionales Baja Baja
Disponibilidad del tipo de energía Disponible Normalmente
disponible
Vida de servicio

Alta

Alta

Estos factores considerados individualmente o sus posibles combinaciones afectan a la selección del accionamiento.

Por ejemplo, la ausencia de aire comprimido es un criterio de exclusión para los atornilladores neumáticos. Otro ejemplo claro es la flexibilidad, en forma de parámetros de atornillado variables, conllevando la selección de un atornillador electrónico libremente programable.

Flexibilidad:

Si su aplicación presenta la posibilidad o la necesidad de que alguno de los parámetros, par, ángulo, velocidad, dirección de rotación o profundidad de atornillado pueda cambiar, recomendamos la utilización de un atornillador electrónico libremente programable.

Los sistemas de atornillado EC de DEPRAG (MINIMAT ® EC-Servo, NANOMAT ® EC, MICROMAT ® EC y MINIMAT ® EC) ofrecen una programación libre de los parámetros de atornillado. Los cambios en el proceso de atornillado se realizan de una forma sencilla incluso de un tornillo al siguiente.

En caso contrario, si los parámetros de atornillado son constantes e iguales en todos los tornillos, los atornilladores neumáticos de DEPRAG (NANOMAT ®, MICROMAT ® y MINIMAT®) pueden ser la solución apropiada.

Seguridad del proceso:

La seguridad del proceso en un concepto muy extenso que tiene un impacto notable en el rango y coste de la herramienta de atornillado seleccionada. Las necesidades de seguridad del proceso deben ser definidas claramente por adelantado.

Mientras que para una aplicación de atornillado una simple señal de OK/NOK puede ser suficiente, la siguiente aplicación puede necesitar de documentación y que los valores finales para cada paso de atornillado en el apriete sean almacenados, controlados y evaluados.

Los procesos son un simple OK/NOK se pueden realizar con ambos tipos de atornillador, neumáticos y electrónicos. Para almacenar, controlar, documentar y evaluar las diferentes etapas del atornillado, normalmente se utilizan atornilladores electrónicos. Como alternativa, se pueden considerar atornilladores neumáticos con módulos adicionales de medición de par y ángulo.

Pueden existir consideraciones adicionales en conjunción con el montaje de componentes de seguridad crítica, como por ejemplo componentes de un sistema de frenado de automóvil. Estas consideraciones pueden ser en la forma de confirmación y evaluación de los resultados de par con un sistema de medición independiente o en forma de un sistema redundante.

Precisión del par:

Los atornilladores neumáticos DEPRAG: NANOMAT ®, MICROMAT ® y MINIMAT®, están equipados con un embrague mecánico de alta precisión que ofrecen una repetibilidad excepcional inferior al ± 3% de la desviación estándar durante millones de ciclos.

La desviación estándar es solamente una indicación de la precisión de los atornilladores DEPRAG. El índice de capacidad de máquina (Cmk) es el valor operativo utilizado para declarar si una herramienta es capaz para una aplicación industrial. Los atornilladores neumáticos con embrague de desconexión DEPRAG, bajo las condiciones de funcionamiento adecuadas, alcanzan valores de Cmk ≥ 1,67 en una tolerancia de ±10% en 6 Sigma acorde a la norma ISO 5393. Un valor de Cmk de 1,67 equivale a una tasa de error de 0,6 piezas por millón de ciclos.

Los atornilladores electrónicos DEPRAG basados en tecnología EC o EC-Servo tienen el potencial para una precisión mayor. Dependiendo en la configuración y programación de la secuencia de atornillado, son capaces de conseguir una repetibilidad inferior al ±1% de la desviación estándar o acorde al índice Cmk ≥1,67 en una tolerancia ±5% en 6 Sigma.

Recogida de datos y control estadístico del proceso:

Para la recogida de datos y control estadístico del proceso, es necesario que el atornillador almacene y procese los datos o comunique los datos a un control superior (PLC). En este caso los atornilladores electrónicos MINIMAT ® EC-Servo, NANOMAT ® EC, MICROMAT ® EC y MINIMAT ® EC ofrecen la solución completa.

Requisitos de documentación:

Ambos tipos de atornilladores, neumáticos o EC/EC-Servo ofrecen sistemas que pueden almacenar datos de par y ángulo. Los atornilladores electrónicos ofrecen esta función como integrada, y los atornilladores neumáticos necesitan de sensores de par y ángulo adicionales conjuntamente con un sistema de monitorización y ello conlleva que la ventaja económica inicial se reduce sustancialmente.

Inversión inicial:

Las características y funcionalidad de los atornilladores electrónicos se reflejan en el coste de la inversión.

Básicamente a mayores requisitos/necesidades de un sistema de atornillado (seguridad del proceso, almacenamiento de datos, funcionalidad, …) mayor es la inversión inicial.

Aquí los atornilladores neumáticos ofrecen una ventaja de costes sustancial.

Costes operativos:

Para evaluar realísticamente hay que considerar una serie de factores tales como:

  • Comparación de los costes energéticos. (Electricidad contra aire comprimido)
  • Costes de mantenimiento: Mientras que los atornilladores neumáticos se pueden mantener y reparar localmente por personal de mantenimiento debidamente formados, los atornilladores electrónicos deben devolverse a DEPRAG para ello.
  • Costes de formación para el personal.
  • Procedimientos de calibración para instrumentos de medición (Norma EN ISO 9001/2000).
  • Resistencia a influencias externas (polvo, humedad,….).
  • Costes de inversión.
Disponibilidad del tipo de energía:

La no disponibilidad de aire comprimido es una clara exclusión para los atornilladores neumáticos.

Vida de servicio:

Los atornilladores DEPRAG están diseñados para las aplicaciones industriales más exigentes y tienen una elevada vida de servicio. Esto es aplicable para ambos tipos de atornilladores, tanto los neumáticos como los electrónicos.

La geometría correcta para su aplicación:

Aplicaciones donde el tornillo se monta en el eje vertical, normalmente permiten un atornillador con geometría recta, así como los tornillos que se montan en el eje horizontal, normalmente requieren de un atornillador con forma de pistola. Otras geometrías son los atornilladores con cabezal angular a 90º para espacios reducidos o pares de apriete elevados.

Por otro lado, existen husillos de atornillado con geometría cilíndrica para instalaciones automáticas o una gran variedad de soluciones específicas para cada cliente.

Par, ángulo y velocidad:

En general, el objetivo de un atornillado es la unión de dos o más componentes a una fuerza determinada, pero los métodos directos de medición de esta fuerza durante la producción masiva son poco prácticos y muy caros. El valor del par aplicado, es entonces aceptado como la variable determinante en el proceso de montaje.

La exactitud del par aplicado está directamente relacionada a la consecución de la fuerza de la junta atornillada, así como una consideración de la calidad de la junta atornillada. A mayor precisión y repetitividad del atornillador, mayor fiabilidad de la junta atornillada.

Adicionalmente al par de apriete, es posible también medir el ángulo de giro del tornillo. Se puede definir una ventana sobre una junta conocida desde un par umbral hasta el valor de par final. Cuando ambos parámetros, par y ángulo, están dentro de las tolerancias especificadas la junta atornillada se considera como OK.

La velocidad del atornillador es también un factor que debe ser definido para la aplicación, por ejemplo, una velocidad elevada en un tornillo autorroscante en plástico puede generar calor por fricción, influyendo negativamente en la formación de la rosca.

Los asentamientos de la junta, acabados superficiales, y tolerancias dimensionales (p. e como encajan físicamente todos los componentes) son una influencia en el proceso de montaje y se deben considerar.  En estos casos como por ejemplo las juntas que incluyen piezas de goma o sellantes, pueden derivar en diferentes estrategias de atornillado como por ejemplo mantenimiento de par o picos simultáneos de par.

Estas estrategias derivan de diferentes combinaciones de parámetros que nos llevarán a una definición clara de nuestro apriete final utilizando valores de par y ángulo.

Un análisis extensivo de la junta de atornillado es una herramienta excelente para entender los parámetros de atornillado y las diferentes soluciones posibles

Consulta de su aplicación:

Décadas de experiencia en técnica de atornillado, analítica profesional, y laboratorios de test acreditados, así como un equipo de especialistas están a su servicio desde Suministros Arsam, distribuidor oficial de DEPRAG en España, Portugal y Marruecos.

Nuestros técnicos están también disponibles para asistirle en sus instalaciones y ayudarle a cumplir sus necesidades específicas.

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