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Prensas de Fijación Rápida:

Pequeñas en Tamaño, Grandes en Servicio Alexandra Colorado Castro* Héctor Julio Rodríguez G.*

Sus fuerzas de retención van desde los 15 kilos hasta las 3.0 toneladas.

A partir de un principio sencillo de funcionamiento, estas herramientas de escaso uso en Colombia, cumplen la misión de asegurar piezas durante diversos procesos de maquinado y transformación, con una sensible mejora en la calidad del trabajo, ahorros de tiempo y por ende, de dinero.

Llamadas también claves, abrazaderas, cierres o clamps (1); las prensas de fijación rápida pese a ser de uso frecuente y tradicional en muchos de los talleres de metalmecánica en el mundo –pues su desarrollo se dio en plena revolución industrial hace más de 100 años– son poco empleadas en la industria manufacturera nacional, principalmente por el desconocimiento que existe sobre sus aplicaciones y las ventajas que ofrecen en cuanto a reducción de tiempos de producción y mejoramiento en la calidad de la piezas. Se trata de herramientas versátiles de uso universal, diseñadas para asegurar, manualmente, piezas de metal o madera durante diferentes procesos industriales de mecanizado

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y maquinado como corte, soldadura o ensamble, y que pueden agilizar y simplificar hasta en un 50 por ciento, los procesos que se adelantan en un taller o planta de producción. Por lo regular se instalan en los bancos de trabajo y son parte esencial y útil, junto con los topes y la base, de las matrices de ensamble, jigs, o cardabones usados en las producciones en serie, principalmente en la fabricación de productos a partir de metal y material forestal. A partir del principio sencillo de palanca acodada, un sistema articulado de barras y pivotes conectado con pasadores –el mismo que rige el funcionamiento del hombresolo– de tres puntos alineados sobre un mismo eje que, al descentrarse, producen lo que se conoce como bloqueo positivo o una posición de seguridad final que “enclava” la fuerza de sujeción en un tope fijo donde descansa la articulación, estas herramientas realizan una acción rápida de operación, acciona el movimiento y ofrecen sujeciones estables, seguras y firmes. El sistema descrito crea una relación excepcional entre la fuerza de accionamiento y la fuerza de retención o presión, entendida la primera como la que ejerce el operario sobre el mango (limitada), para cerrar la herramienta; y la segunda como la fuerza (amplificada) que aplica la prensa en el material a trabajar para mantenerlo fijo. Los valores de dicha relación –en la que el esfuerzo del

operario es mínimo frente a la presión que ejerce el instrumento sobre el material– varían según el tamaño de la herramienta pues, a mayor tamaño de la prensa, mayor es su fuerza de retención.

Modalidades para la Sujeción Pese a la gran variedad de tamaños y fuerzas de retención existentes –pues el mercado ofrece prensas con dimensiones de 3.0 x 6.0 centímetros y fuerzas de retención de 15 kilos, hasta variedades de 25.0 x 30.0 centímetros y presión de tres toneladas– estas herramientas se pueden clasificar en cuatro tipos básicos a partir de su configuración: vertical, horizontal, tensor y pistón. Vale señalar que todas realizan la misma función, trabajan a partir del mismo principio descrito y ofrecen en sus variedades, los mismos rangos de fuerza de retención; además, pueden integrar accesorios como una gran variedad de punteras y resortes para nivelar la falta de altura para trabajar. La prensas de sujeción rápida también varían de acuerdo al tipo de base, que puede ser vertical u horizontal según se ubique la herramienta en la superficie a trabajar; y al material en que se fabrican siendo en lámina las de menor tamaño y en acero forjado, las de mayores dimensiones.

Partes básicas de una prensa de sujeción rápida y principio de funcionamiento de la palanca acodada.

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• De fijación rápida vertical

Entre las prensas de fijación rápida, empleadas industrialmente, las de tipo vertical son las más utilizadas a razón de la posición regular en la que se desarrollan la mayoría de transformaciones de materia prima: horizontalmente, de allí que reciban su nombre y se distingan de las demás variedades, precisamente, por la posición en la que queda el mango o empuñadura de la herramienta, una vez asegurada la traba y en posición de fuerza plena (finalizada la actividad). En ellas, la empuñadura y la traba o barra de seguridad –que abre ésta última hasta 90°– funcionan simultáneamente; pueden tener la base doblada o recta, dependiendo de la orientación del plano de trabajo; y cuentan con una barra de trabajo que puede ser sólida o bifurcada, es decir, una barra de acero maciza con una puntera o tuerca soldada en su punta, en el primer caso, ó una barra dividida por dos láminas paralelas con una puntera en el centro de su punta. En este sentido, vale señalar que cuando el operario tiene poca experiencia en la manipulación de estas prensas, le resulta más sencillo trabajar con la barra bifurcada que con la sólida, pues la primera le permite desplazar la puntera y graduar distancias mientras regula la fuerza de retención con la traba o barra de seguridad; mientras que con la segunda corre el riesgo de quebrar la barra de trabajo de aplicar incorrectamente la fuerza o dejar la barra de trabajo muy corta en el punto a realizar la fuerza.

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• De fijación rápida horizontal

Tal como la vertical, recibe su nombre por la posición final en la que queda la empuñadura al terminar la fijación; permaneciendo precisamente horizontal cuando la prensa está accionada, hecho por el cual la traba de seguridad abre menos de 90°. Esta variedad, por lo general, presenta barra de trabajo bifurcada y base doblada o recta, según sea el caso. Vale anotar que esta prensa y precisamente por la posición en la que queda la empuñadura cuando se abren (vertical) y da paso a la liberación de las piezas que sujetan, ofrece a la hora de emplearlas –especialmente en matrices de ensamble que incluyen una gran cantidad de clamps– la facilidad de extraer las piezas trabajadas sin problema, ni topes; es una ventaja importante relacionada con la comodidad.

A pesar de su tamaño reducido, la configuración de estas prensas de fijación rápida ofrece una elevada capacidad de carga o fuerza de retención. Funcionan empujando o halando de la empuñadura, para provocar el desplazamiento de la barra a lo largo de su eje y por ende, el aseguramiento de la pieza con la punta de la barra, que además sirve de tope en algunas aplicaciones. La mayoría de los modelos de esta categoría se distinguen según los grados de fuerza de retención y las variaciones que presentan las bases de fijación, lo que de paso condiciona la forma de anclarlas, bien a través de un tornillo previa perforación en la superficie que la recibe y que le sirve de pasamuro ó, atornilladas también en cuatro perforaciones sobre una base metálica; son susceptibles, igualmente, a adaptaciones con diversas punteras. Las prensas de fijación rápida tipo pistón son ideales como prensas de banco, de hecho, las industrias que las emplean, les da este uso particular procesos de mecanizado en serie de taladrado. • De fijación rápida tipo tensor

• De fijación rápida tipo pistón (acción recta) Aunque funcionando a partir del mismo principio de palanca acodada de sus prensas hermanas, esta exhibe como particular, el sistema que usa para asegurar su posición. Los tensores, llamados también estiradores o tirantes, son los encargados de trabar mecánicamente funcionando como gancho, asegurándose a una sección adicional. Su operación rápida y eficiente, los hace especialmente indicados para el cierre de moldes, tapas, tanques, entre otros elementos y sistemas industriales.

• Prensa de fijación rápida tipo pinza

Las prensas tipo pinza son una versión de trabajo pesado del hombresolo en la medida que ofrecen una fuerza de retención elevada, al trabar, automáticamente, cuando las empuñaduras se mueven en contraposición a la posición central de la herramienta y la cierran. Ya, con una ligera presión sobre la palanca central, se abren. Esta variedad particular de prensas –que pueden ser provistas de una o dos punteras– son fabricadas en acero microfundido a razón que las pinzas que forman la garganta, son grandes, expuestas a esfuerzos importantes y deben soportar sin doblarse; de allí también que su precio, en comparación con los demás tipos de prensas citadas –o el mismo hombresolo al que en ocasiones reemplaza–, sea mayor: mientras un hombresolo cuesta cerca de 50.000 pesos y aplica una fuerza de retención máxima de 100 Kg, una prensa tipo pinza esta alrededor de los 500.000 pesos y aplica una fuerza de 500 Kg Es común que las empresas que emplean prensas de sujeción en sus procesos mecánicos o robóticos de transformación de material –desde los simples mecanizados con taladro, uniones por soldadura o la preparación de las ya mencionadas matrices de ensamble– no se limiten al uso de un sólo tipo; por lo general las combinan y emplean varias, seleccionadas y ubicadas según las fuerzas necesarias sobre la prensa.

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La Selección: Una Cuestión de Aplicaciones Pese a que son dispositivos bastante simples, en cuanto su configuración, funcionamiento y uso, la elección de la prensa de fijación rápida correcta para un trabajo, es un proceso en el que deben considerarse tres pasos: 1. Selección del aparato según la pieza o elemento a sujetar: La geometría de la pieza y/o piezas a sujetar, el punto en el que se aplicará la fuerza por medio de la puntera, y la manera como se retirará la pieza luego del trabajo, son los aspectos a considerar en este paso. En el caso de prensas verticales u horizontales, la posición del mango para el retiro de las piezas, y los ángulos de apertura de la traba de seguridad. 2. Determinación de las fuerzas de retención y dirección que aplicará la prensa, sobre la pieza: Hace referencia a la máxima fuerza que puede soportar la prensa de fijación rápida sin romper sus pasadores o deformar su estructura, dato que lo suministran los fabricantes en los catálogos que las acompañan; sin embargo y como regla general, al seleccionar esta herramienta, se recomienda aplicar por seguridad, fuerzas un 20 por ciento por debajo del valor de la fuerza indicada en los catálogos. Otro factor importante a tener en cuenta en este punto son las fuerzas “extra” que intervienen en el mismo punto donde se está ejerciendo la fuerza, y que no son producidas por la prensa de fijación, ejemplo, las fuerzas de reacción de la pieza y que deben ser absorbidas por los topes de la base o matriz de ensamble. Estos topes son accesorios vitales para fijar la pieza en su posición exacta.

Los clamps han logrado un uso importante, especialmente, en las compañías que adelantan procesos robóticos, pues reducen los tiempos de cambio y recambio entre piezas.

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Para evitar que las piezas soldadas sufran inclinaciones en sus puntos, durante el proceso, se emplean las prensas de fijación rápida; este es uno de los usos más comunes en matrices.

3. Determinación del número de prensas: en principio, la cantidad de prensas de fijación rápida a utilizar es el resultado de la división de la fuerza necesaria para realizar la fijación, por el valor de la fuerza de retención de la prensa seleccionada; teniendo en cuenta el factor de seguridad del 20 por ciento, además de la posición de la pieza a fijar y los puntos donde se realizará la ó las fuerzas de retención.

En general, estos ítems apuntan a aprovechar las prensas y obtener de ellas el servicio óptimo, independiente de su tipo, pues se trata de herramientas diseñadas para elevar la productividad (producir mayor número de piezas en menos tiempo), mejorar la calidad y estandarizar los procesos y las piezas, asegurando por ende, que todas presenten las mismas dimensiones. Este es el caso de las piezas fabricadas por la industria automotriz, que las prensa o suelda para llevarlas a matrices provistas de topes en las que deben cazar perfectamente –como sucede con los exostos–, y a las que las prensas de fijación rápida las aseguran durante la soldadura o acople para evitar que se muevan mientras se solidifica el material de unión. Otros sectores como el de la transformación de la madera en muebles, objetos e incluso, en elementos para

uso arquitectónico, se sirven de ellas en operaciones de doblado y pegue, para fijar piezas en procesos de ruteado y cantoneado y para prensar tela en tapicería de superficies para divisiones de oficina; a la vez que industrias como la de alimentos, las emplean para asegurar y retirar las ventanas de inspección rápida en tornillos sinfín en trasciego, de materias primas. De igual manera se emplean en la fabricación de perfilería; para el cierre de puertas de inspección en aires acondicionados; para fijar piezas en mecanizados con taladros y fresadoras al igual que en matrices de ensamble de formaletería para construcción; para asegurar puntos de control en metrología; para apretar tapas en pruebas hidrostáticas de cilindros de gas natural; para cerrar moldes en proceso de inyección de poliuretano y para fijar de láminas plásticas en procesos de termoformado. Otras aplicaciones son en Jig´s de ensamble en soldadura MIG con robot, en guías de control para ensamble de piezas en línea blanca e industria automotriz, en matrices de ensamble para la fabricación de marcos de bicicletas, en el ensamble de piezas en procesos de soldadura MIG con robot; y en el posicionamiento y fijación de cofres metálicos en proceso de soldadura.

Finalmente, vale señalar que dada su sencillez pero gran eficiencia, las prensas de fijación rápida han logrado en ciertos casos, reemplazar los cilindros neumáticos, frecuentemente empleados también para tareas de sujeción de partes y piezas, en la medida que ofrecen mayor fuerza de retención y con la ventaja adicional de no requerir el suministro de aire comprimido ni necesitar accesorios como válvulas direccionales, mangueras y racores para completar el circuito neumático; para su accionamiento sólo es necesario mover la palanca de ajuste para aplicar la fuerza. Las prensas de fijación rápida salvan el hecho de necesitar una presión mínima para realizar una fuerza deseada como sucede con los cilindros neumáticos que en caso de caída de presión en la red de suministro, pierden su fuerza de retención, sin contar que tienen un vástago en acero inoxidable muy sensible a las proyecciones de la soldadura por arco, lo que además los hace susceptibles a fugas. Ventajas de las Prensas de Fijación Rápida • Bloqueo positivo eficaz, lo que permite fijar piezas sin necesidad de utilizar herramientas adicionales como llaves ó palancas. • Instalación simplificada atornillada o soldada de la herramienta, que permite su reutilización en diferentes dispositivos. • Posibilidad de repetir operaciones e incrementar la productividad, debido a la reducción de pasos y tiempos muertos en el proceso de fijación de las piezas. • Mejor calidad del producto final a razón de la estandarización en la fijación de las piezas, en lo que las prensas funcionan, indirectamente como controles de calidad. • Reducción de re-procesos al momento del ensamble, pues al estandarizar la fijación de uniones, se garantiza que todas las piezas fabricadas tendrán exactamente las mismas dimensiones. • Mayor control de las fuerzas presentes en los procesos de maquinado y soldadura.

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Consejos para su Empleo El uso de prensas de fijación rápidas permite la fabricación de productos con una reducción sustancial de la posibilidad de falla humana en los procesos; de allí que sea importante para quienes las manipulan no sólo hacerlo correctamente sino, cuidar su salud al manipularlas. La seguridad es tema de gran importancia y elegir la prensa de fijación teniendo en cuenta el estilo y la posición de sujeción para evitar accidentes, es determinante. En este sentido, los fabricantes de estas prensas recomiendan no usar tubos o extensiones sobre el mango para aumentar la fuerza que se ejerce sobre éste, dado que la adaptación no sólo puede causar el daño prematuro en la herramienta (que por lo general soportan 60 Kg de fuerza de aplicación), sino una aplicación de fuerza innecesaria que dificulta la operación de sujeción y puede provocar accidentes al operador si se resbala su mano. De hecho, una regla de oro para la operación de estas herramientas señala que la fuerza máxima que debe ejercerse sobre el mango es 30 Kg., (en forma repetitiva, un valor medio durante el transcurso de un turno de trabajo, de ocho horas, es de 20 kg); de ser necesario aplicar fuerzas superiores a las mencionadas, lo recomendado es utilizar prensas de fijación rápida con accionamientos neumáticos o hidráulicos en la que un cilindro neumático reemplaza el mango de accionamiento y sustituye la fuerza que hace el operario para abrir y cerrar el mecanismo.

Desde la industria automotriz hasta la de alimentos se sirven de estos valiosos instrumentos.

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De hecho una de las empresas proveedoras de estas herramientas en el país y que las comercializa desde el año 2004, asegura que ha puesto en el mercado un número cercano a las 1500 –principalmente en empresas con altos volúmenes de producción o procesos automatizados, aunque son igualmente eficientes en la pequeña y mediana industria– y que esta escaza cantidad obedece principalmente al comparativo entre precios que hacen los industriales a la hora de considerar sus compra. Uso de prensa de fijación rápida en operación de taladrado y para cierre de compartimentos.

Otra consideración importante es cuidar que las prensas no queden expuestas calor o electricidad directa pues por ser metálicas, son también buenas conductoras de éstos y pueden provocar descargas eléctricas o quemaduras. En términos de ergonomía, las prensas de fijación rápida deben accionarse manteniendo la muñeca recta y cuidando de mantener una altura de mango, con respecto del suelo, de 1.1 metros (considerando la altura promedio del colombiano de 1.70 metros).

Un Mercado en Expansión En realidad, en nuestro país su empleo, que no supera los 10 años, se

ha concentrado principalmente en sectores como las grandes ensambladoras de automóviles, fábricas de autopartes y algunos subsectores del muebles y la oficina abierta; aunque también sirven eficientemente en otras industrias que abarcan desde la fabricación de instrumentos musicales hasta la alimenticia. Sin embargo, la industria nacional se ha quedado corta en emplearlas pues pocos son quienes las conocen y muchos quienes encuentran erróneamente, su compra como un gasto innecesario y no como una inversión: pues, tradicionalmente, para asegurar piezas han recurrido a otros sistemas más sencillos y ciertamente económicos como los tornillos.

Las prensas de fijación rápida salvan el hecho de necesitar cilindros neumáticos, con la gran ventaja de no necesitar fuentes de energía eléctricas para su funcionamiento.

En este punto es bueno mencionar que aunque los precios de las prensas de este tipo están entre los 60 mil pesos hasta los 800 mil pesos (de tres toneladas usadas en empresas de carrocerías) –dependiendo de la fuerza de retención que ofrezcan y que las más demandadas son las de trabajo medios que están alrededor de los 120 o 140 mil pesos y los 300 Kg de fuerza de retención– las ganancias en tiempo y calidad de las piezas sujetadas no se compara con los resultados que ofrece un sistema elemental como el de tornillos o clavos. Se trata de aplicaciones que agilizan la producción hasta en un 50 por ciento y que por ende, representan importantes ahorros en dinero, mano de obra y materia prima.

Autores * Alexandra Colorado. Editora en Jefe. Revistas M&M y Metal Actual. [email protected] * Héctor Julio Rodríguez. Ingeniero Mecánico. Universidad Incca de Colombia. Experiencia de 15 años en automatización industrial enfatizada en neumática e hidráulica. mecingltda@ hotmail.com - www.mecing.com.

Citas 1) Término derivado de la expresión del inglés ‘clamp’, que significa abrazadera o grapa.

Fuentes • The world of clamping Detroit Stamping Company DE-STA-CO. Mecing

Fotos • Cortesía Mecing Ltda.

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