Cómo el mercado de vehículos eléctricos está impulsando cambios en la tecnología de doblado de tubos

Una celda de doblado de tubos totalmente automatizada incorpora procesos anteriores y posteriores, combinando un procesamiento rápido y sin errores, repetibilidad y seguridad. Si bien dicha integración puede beneficiar a cualquier fabricante, es especialmente atractiva para los fabricantes en el campo emergente pero competitivo de la producción de vehículos eléctricos.

Los vehículos eléctricos (VE) no son nada nuevo. A principios de la década de 1900, los vehículos eléctricos, de vapor y de gasolina estaban disponibles, y la tecnología EV era más que un nicho. Aunque los motores de gasolina ganaron esa ronda, la tecnología de baterías ha regresado y está aquí para quedarse. Muchas ciudades de todo el mundo han anunciado futuras prohibiciones sobre el uso de vehículos propulsados ​​por combustibles fósiles, y muchos países han anunciado intenciones de prohibir la venta de dichos vehículos, por lo que los sistemas de propulsión alternativos dominarán la industria automotriz. Es solo cuestión de tiempo.

Los datos de ventas muestran que los automóviles basados ​​en combustibles alternativos han estado incursionando durante años. En los EE. UU., en 2020, el mercado de automóviles de pasajeros para vehículos eléctricos, vehículos híbridos enchufables (PHEV), vehículos de celda de combustible e híbridos que no sean PHEV fue el 7% del total, según la Agencia de Protección Ambiental. Este mercado apenas existía hace 20 años. Las cifras proporcionadas por la Autoridad Federal de Transporte Motorizado de Alemania hablan por sí solas: entre todos los vehículos recién matriculados en Alemania en el período de enero a noviembre de 2021, la proporción de aquellos con sistemas de propulsión alternativos ascendió a casi el 35 %. La proporción de vehículos recién matriculados con propulsión puramente eléctrica fue de alrededor del 11% en este período. El aumento de nuevos vehículos eléctricos en Alemania se vuelve particularmente claro cuando se observan los automóviles de pasajeros. En ese segmento, la participación de EV en todos los automóviles de pasajeros recién matriculados fue del 6,7% durante todo el año 2020. Esta participación aumentó sustancialmente, a más del 25%, de enero a noviembre de 2021.

Este cambio trae grandes cambios a los fabricantes de automóviles y a todas sus cadenas de suministro. La construcción ligera es un tema importante: cuanto más ligero es el vehículo, menos energía necesita. Esto también aumenta la autonomía, que es crucial para los vehículos eléctricos. Esta tendencia también conduce a un cambio en los requisitos para el doblado de tubos, con una creciente necesidad de componentes compactos pero de alto rendimiento, especialmente tubos de paredes delgadas fabricados con materiales de alta resistencia. Pero los materiales ligeros como el aluminio y el plástico reforzado con fibra de carbono suelen ser más caros y difíciles de procesar que el acero convencional. Asociado con esta tendencia hay un aumento sustancial en el uso de formas distintas a las redondas. La construcción ligera requiere cada vez más formas complejas y asimétricas con diversas secciones transversales.

Una práctica común de fabricación de automóviles es doblar tubos redondos y darles la forma final mediante hidroformado. Esto es adecuado para aleaciones de acero, pero puede ser problemático cuando se trabaja con otros materiales. Por ejemplo, el plástico reforzado con fibra de carbono no se puede doblar cuando hace frío. Lo que complica el asunto es la tendencia del aluminio a endurecerse a medida que envejece. Esto significa que un tubo o perfil de aluminio es difícil o imposible de doblar tan solo unos meses después de su fabricación. Además, si la sección transversal deseada no es redonda, es mucho más difícil cumplir con las tolerancias predefinidas, especialmente cuando se usa aluminio. Finalmente, la sustitución de perfiles y varillas de aluminio por cables de cobre tradicionales para transportar corriente eléctrica es una tendencia creciente y un nuevo desafío de flexión en el que los componentes tienen capas de aislamiento que no pueden dañarse durante la flexión.

El cambio hacia la movilidad eléctrica está provocando un cambio en el diseño de las dobladoras de tubos. La máquina dobladora de tubos estándar tradicional con parámetros de rendimiento predefinidos está dando paso a máquinas especiales específicas del producto que se pueden personalizar de acuerdo con las necesidades del fabricante. El rendimiento de doblado, las medidas geométricas como el radio de doblado y la longitud del tubo, el espacio de instalación de la herramienta y el software están alineados para ajustarse mejor a los procesos específicos del fabricante y los requisitos del producto.

Este cambio ya está en curso y se intensificará. Para llevar a cabo estos proyectos, los proveedores de sistemas necesitan la experiencia necesaria en tecnología de plegado y el conocimiento y la experiencia necesarios en el diseño de herramientas y procesos, y deben incorporar este conocimiento desde el principio, en la etapa de diseño de la máquina. Se necesitan formas de herramientas complejas para producir perfiles de aluminio con varias secciones transversales, por ejemplo. El desarrollo y diseño óptimo de tales herramientas se vuelve cada vez más importante. Además, doblar plástico reforzado con fibra de carbono requiere un mecanismo para aplicar una pequeña cantidad de calor.

La creciente presión de los costos que se extiende por la industria automotriz también se siente en toda la cadena de suministro. Los tiempos de ciclo cortos y la precisión extrema son más importantes ahora que nunca. Las empresas que aspiran a seguir siendo competitivas necesitan utilizar los recursos de manera eficiente. Esto no solo incluye el tiempo y los recursos materiales, sino también los recursos humanos, específicamente los empleados que son centrales en la industria manufacturera. En este campo, los procesos confiables y fáciles de usar son un factor clave para aumentar la rentabilidad.

Es probable que los fabricantes de tubos y los OEM que manejan la fabricación interna de tubos respondan a la implacable presión de los costos y otras tensiones buscando máquinas de alto rendimiento adaptadas precisamente a sus necesidades. Una dobladora moderna debe usar una estrategia de tecnología multinivel que incluya funciones como herramientas de doblado multirradio personalizables, que facilitan una dobladura simple y precisa con longitudes muy cortas de tubo entre curvas. Tales desarrollos en la tecnología de doblado brillan cuando se fabrican componentes tubulares con varios radios, se fabrican sistemas de doblado en doblado o se fabrican sistemas de tubos complejos. Una máquina construida para manejar curvas sofisticadas puede reducir el tiempo del ciclo; para los productores de alto volumen, incluso unos pocos segundos ahorrados por componente pueden tener un impacto enorme y positivo en la eficiencia de la producción.

Otro componente clave es la interacción entre el operador y la máquina. La tecnología tiene que ayudar a los usuarios siempre que pueda. Por ejemplo, la integración de la retracción del troquel doblado, un caso en el que el troquel doblado y el brazo oscilante funcionan por separado, permite que la máquina ajuste y posicione una variedad de geometrías de tubos durante el proceso de doblado. Otro concepto de programación y control comienza a organizar los ejes para el próximo plegado mientras el plegado actual todavía está en progreso. Si bien esto requiere un controlador que monitoree de forma continua y automática la interacción de los ejes para coordinar sus movimientos, el esfuerzo de programación produce beneficios sustanciales, reduciendo el tiempo de ciclo entre un 20 % y un 40 % según el componente y la geometría del tubo deseado.

En vista del cambio hacia sistemas de propulsión alternativos, la automatización es más relevante que nunca. Los fabricantes de máquinas dobladoras de tubos deben centrarse en una amplia automatización y en la capacidad de integrar procesos de trabajo que van más allá del doblado. Este no es solo el caso del curvado de tubos en la producción en serie a gran escala, sino también cada vez más para la producción en serie de muy bajo volumen.

Las dobladoras modernas para fabricantes de gran volumen, como la CNC 80 E TB MR de Schwarze-Robitec, se adaptan bien a los requisitos de los fabricantes en la cadena de suministro automotriz. Los atributos como tiempos de ciclo cortos y alta eficiencia de recursos son críticos, y muchos fabricantes confían en opciones como la detección de costuras de soldadura, el corte incorporado y una interfaz robótica.

En el procesamiento de tubos completamente automatizado, las diversas etapas del proceso deben ser confiables, sin errores, repetibles y rápidas, lo que garantiza que los resultados de doblado sean consistentes en calidad. Los pasos de procesamiento aguas arriba y aguas abajo deben integrarse en dicha celda de doblado, incorporando limpieza, doblado, ensamblaje, formación de extremos y medición.

También deben integrarse dispositivos de manipulación como robots y componentes adicionales como cargadores/descargadores de tubos. La tarea principal es determinar qué procesos son los más adecuados para la aplicación en cuestión. Por ejemplo, dependiendo de los requisitos del fabricante, un cargador de carga por correa, un cargador de cadena, un transportador de elevación o un transportador de material suelto pueden ser el sistema adecuado para el alimentador de tubos. Algunos fabricantes de dobladoras hacen que la integración sea lo más fácil posible al proporcionar un sistema de control patentado que funciona junto con el sistema de planificación de recursos empresariales del OEM.

Aunque cada paso adicional hace que la cadena del proceso sea más larga, el usuario no tiene que experimentar ningún retraso, ya que los tiempos de ciclo generalmente siguen siendo los mismos. La gran diferencia en la mayor complejidad de un sistema automatizado de este tipo está en los estrictos requisitos de control necesarios para integrar las células de plegado en las cadenas de producción existentes y las redes de la empresa. Por esta razón, las máquinas dobladoras de tubos deben estar preparadas para la Industria 4.0.

En general, la integración es primordial. Es fundamental que los OEM trabajen con fabricantes de máquinas que tengan una amplia experiencia en el desarrollo de máquinas que sean compatibles con los diversos subsistemas en un proceso de fabricación totalmente automatizado.