Monitorización termográfica en los procesos de conformado en caliente

Artículo escrito por Jairo García y Francisco Escobar

Como muchos sabemos hay procesos de conformado que se hacen en caliente con el fin de lograr cierta microestructura y propiedades finales en las piezas. Son muchos factores en juego, entre los que podemos mencionar la temperatura, los tiempos y deformaciones aplicadas.

Teniendo acá en bcb algo de noción sobre termografía, vamos a centrarnos en este artículo en el monitoreo y control de temperaturas.

Empecemos con uno de los mayores retos en estos procesos como lo es el conocimiento de la variación térmica en la pieza. Hasta ahora para muchos metalúrgicos seniors sigue siendo una utopía medir la temperatura de la pieza ¿Por qué? Bueno, si queremos recurrir al todavía muy utilizado termopar para realizar esta medición nos encontraremos con la limitante de cablearlo a una pieza en movimiento. No obstante, para una cámara termográfica de 30 Hz o superior esto resulta ser una tarea sencilla, ofreciendo la capacidad de incluso medir más de una pieza a la vez, algo útil si pensamos por ejemplo en Hot Stamping o Forja.

Secuencia de desplazamiento de blank en mesa de centrado. La pérdida de calor es considerable y puede ser medida con termografía. 

El nivel de detalle obtenido es bastante alto al grado de observar el gradiente térmico sobre la superficie completa de la, mismo que nos da información sobre la pieza de homogeneidad de calentamiento del horno. Muchos usuarios de la monitorización termográfica se percatan que las piezas del centro se encuentran más calientes que las de los extremos o que el lado izquierdo del horno está más frío que el lado izquierdo.

La pieza pieza forjada de arriba muestra concentración térmica mayor en su sección central izquierda, dejando así ver la zona de mayor concentración de calor del horno, que perjudica en mayor parte la parte derecha de la pieza.

¿Para ver esto la cámara va colocada dentro del horno? La respuesta es NO. Una cámara termográfica industrial puede trabajar hasta un ambiente de 300 ° C, temperatura que supera la mayoría de las condiciones térmicas que tienen dentro de un horno. Eso sí, inmediatamente a la salida del horno nos es posible observarla la pieza o piezas de interés. Al ser una posición cercana a la salida la que se vuelve más idónea, se está muy expuesto a la alta radiación térmica, por lo que se debe instalar la cámara termográfica en una carcasa / carcasa refrigerado por agua.

¿Y que pasa con configuraciones de producción en las que salen más de una pieza por ciclo? Seguro pensaremos en las veces en que en un arreglo de 4 piezas sale alguna de ellas más adelantada que las otras, provocando un desfase espacial que a la hora de capturar la imagen termográfica provocaría que una de las piezas no sea medida por completo. Bueno, para esta condición, existen la opción de configurar procesos independientes para cada pieza, mismos que se pueden configurar desde nuestro sistema bcbDieScan. Este tipo de procesamiento también evita las obstrucciones causadas por el robot.

En la imagen 1 vemos la imagen en bruto adquirida por la cámara termográfica. Los recuadros amarillos son el área de escaneo y son independientes para cada pieza. Son capaces de realizar hasta 50 mediciones por segundos, de las cuales se compone la imagen completa de cada pieza sin importar las obstrucciones del robot o desfase de distancias. En la imagen 2 vemos el resultado del procesamiento de escaneo. En la imagen 3 vemos un ejemplo de la capacidad de postprocesamiento de las termografías guardadas.

Pasando ahora a los troqueles, el monitoreo en esta parte del proceso de conformado es también crítico. Es cierto que aquí la medición por zonas presenta menos nivel, pues hay ciertas termopar zonas del troquel que permiten colocar un termopar, sin embargo, el detalle ofrecido por este sensor es demasiado limitado si se compara con la medición que ofrece una cámara termográfica.

Ambas imágenes presentan el mismo troquel. En la imagen de la izquierda tenemos el resultado del uso de termopares, que se limita a dar información solo de los puntos donde se colocó el termopar, representados por los 6 puntos rojos. En la imagen de la derecha tenemos 300,000 puntos de medida sobre el molde, que nos permiten apreciar con suficiente detalle la distribución térmica en nuestro troquel.

La cámara termográfica tiene una muy baja inercia térmica ¿Esto que quiere decir? Que los cambios de temperatura, por muy pequeños o rápidos que sean detectados simultáneamente por la cámara, a diferencia de la medición que realiza un termopar. Es así como un metalúrgico obtiene con esta temperatura nuevos datos de utilidad, como lo es la condición de la canalización interna de enfriamiento del molde, el funcionamiento correcto de las resistencias y el esprayado de los dados y troqueles.

Secuencia de esprayado en dados. En 1 vemos la condición del dado al remover la pieza. En 2 podemos apreciar el esprayado en acción y en 3 vemos la condición del dado al finalizar el esprayado.

En el caso del termoformado, es un proceso con varias etapas de calentamiento. Un punto importante de control de temperaturas es el stock de las láminas en las termoformadoras, pues deben conservar cierto calor obtenido en el proceso de laminación para que su transformación plástica sea exitosa. Algo tan sencillo como el monitoreo térmico permite indicar si una de las láminas viene fuera de rango para evitar que resulte en un producto defectuoso en un punto más avanzado de la cadena de producción, cosa que impactaría negativamente en los costos de operación.

Por último, podemos obtener la condición térmica de la pieza una vez llevada a cabo la conformación de la misma. Ya sea que se coloquen cámaras en la posición adecuada de monitoreo o bien que el robot presente a la cámara la pieza en cuestión para un análisis térmico de la misma. Incluso puede hacerse más de una medición, lo que resulta útil si después de nuestro conformado tenemos un quencheo por agua o aire. En Hot Stamping resulta bastante sencillo porque la misma cámara que mide el blank a su llegada puede medir el blank a su salida. En procesos como forja o termoformado el quencheo se lleva a cabo en un punto posterior, lo que requeriría de contar con una cámara adicional en dicho punto.

A la izquierda vemos los frames recién salidos de prensa, análisis común en Hot Stamping. En el lado derecho, parte superior vemos una pieza forjada recién salida de Austenizado y en el lado derecho parte inferior vemos esa misma pieza recién salida de un waterquench.

Para estas necesidades en planta surgen las soluciones termográficas en conjunto con un software de proceso de imágenes, lo cual permite monitorear todo el proceso y localizar de manera autónoma y continua desajustes térmicos, generando alarmas en diferentes formatos que informan puntualmente la incidencia. Las cámaras FLIR junto con el potente software bcbDieScan(de la familia bcbmonitor 4.0) proveen estassoluciones para tus procesos.

Metales, polímeros y cerámicos pueden verse beneficiados con esta tecnología. Con todo gusto puedes acercarte a nuestros expertos para asesorarte en la solución más adecuada a tu proceso.