Já alguma vez considerou o potencial de mudança de jogo da tecnologia de prensa servo no fabrico? Neste artigo, vamos explorar a forma como estas máquinas avançadas estão a revolucionar a indústria, oferecendo uma precisão, eficiência e versatilidade sem paralelo. Os nossos conhecimentos especializados irão revelar as principais vantagens das servo-prensas e como estas podem transformar o seu processo de produção. Prepare-se para descobrir o futuro da conformação de metais e elevar o seu fabrico a um novo patamar.
A indústria da estampagem assistiu a um avanço revolucionário com a introdução de prensas servo-accionadas, que resolvem as limitações inerentes às prensas mecânicas convencionais. Esta inovação utiliza servomotores de alta precisão como fontes de energia directas, resultando num controlo sem paralelo do movimento do cursor e do funcionamento geral da prensa.
As prensas servo oferecem uma multiplicidade de vantagens, incluindo:
Estas características posicionam as prensas servo como a tecnologia de estampagem de terceira geração e a atual referência na evolução da indústria.
A natureza programável dos servomotores permite capacidades avançadas de controlo do movimento, permitindo:
Este nível de controlo torna as prensas servo ideais para uma vasta gama de aplicações, incluindo:
A integração da tecnologia de acionamento de servomotores AC representa um foco significativo na investigação e desenvolvimento de equipamento avançado de forja. Esta tecnologia está a tornar-se rapidamente o novo padrão para prensas de alto desempenho a nível mundial, oferecendo:
À medida que indústrias como a aeroespacial, a automóvel, a ferroviária de alta velocidade, a engenharia naval, a energia nuclear, as energias renováveis e os sectores da defesa exigem componentes cada vez mais complexos e de elevado desempenho, a necessidade de equipamento de estampagem avançado continua a crescer. As prensas mecânicas tradicionais, com os seus comprimentos de curso fixos, controlo de pressão limitado e características de movimento deslizante inflexíveis, têm dificuldade em satisfazer estes requisitos em evolução.
As prensas servo respondem eficazmente a estes desafios, oferecendo:
Uma prensa servo é uma máquina de estampagem avançada que utiliza a tecnologia de servomotores para obter um controlo preciso da operação de prensagem. No seu núcleo, uma prensa servo incorpora um sistema de controlo de feedback que regula com precisão a deslocação mecânica e a aceleração ao longo do processo de estampagem.
Os principais componentes de uma prensa servo incluem:
O sistema servo permite um controlo sem precedentes sobre os parâmetros de desempenho da prensa:
Este nível de controlo oferece várias vantagens em relação às prensas mecânicas ou hidráulicas convencionais:
As prensas servo representam um avanço significativo na tecnologia de conformação de metais, permitindo que os fabricantes obtenham maior precisão, produtividade e otimização de processos nas suas operações de estampagem.
A estrutura de uma servo-prensa AC inclui três componentes principais: o sistema de acionamento principal, o atuador e o mecanismo auxiliar. O sistema de acionamento principal é responsável pela transferência de energia do servomotor para o atuador, utilizando vários modos de transmissão, tais como engrenagem, correia, parafuso ou sistemas hidráulicos.
O atuador, que acciona o movimento recíproco da corrediça para executar o processo de forjamento, emprega normalmente um mecanismo de corrediça de manivela ou um mecanismo de cunha de manivela. Este componente é crucial para traduzir o movimento de rotação do servomotor na força linear necessária para as operações de forjamento.
Para aumentar a fiabilidade e expandir as capacidades do processo, a prensa servo AC incorpora um mecanismo auxiliar. Este subsistema inclui componentes como cilindros de equilíbrio para contrabalançar o peso da corrediça, travões para paragens de emergência e posições de retenção, dispositivos de elevação para manutenção e mudanças de ferramentas e dispositivos de deteção de posição para controlo e monitorização precisos.
O sistema de acionamento principal das prensas servo pode ser classificado em dois tipos, com base no modo de acionamento do servomotor: acionamento direto e acionamento com um redutor. Os sistemas de acionamento direto utilizam servomotores de baixa velocidade e elevado binário diretamente acoplados ao atuador. Esta configuração oferece vantagens como uma estrutura simplificada, elevada eficiência de transmissão e funcionamento com baixo ruído. No entanto, a saída de binário limitada dos sistemas de acionamento direto restringe normalmente a sua aplicação a servo-prensas de pequena tonelagem, geralmente inferior a 300 toneladas.
Em contrapartida, a maioria das prensas servo comerciais utiliza um sistema de acionamento principal que inclui um mecanismo de desaceleração associado a um mecanismo de aumento de força. Esta abordagem permite a utilização de servomotores de alta velocidade e baixo binário para alimentar prensas de grande tonelagem, muitas vezes superiores a 1000 toneladas. Três estruturas de transmissão primárias são predominantes nesta configuração:
Estas estruturas amplificam eficazmente o binário do motor enquanto reduzem a velocidade, permitindo um controlo preciso de grandes forças. A capacidade de utilizar servomotores de alta velocidade com redutores não só permite maiores capacidades de prensagem, como também oferece uma melhor resposta dinâmica e eficiência energética. Esta filosofia de design representa a tendência atual no desenvolvimento de prensas servo, uma vez que combina os benefícios da tecnologia servo com os requisitos de força das operações industriais de forjamento e estampagem.
Quadro 1 Comparação dos parâmetros do projeto
| Projeto | Linha automática de robots | Linha automática de manipulador de braço único | Linha de alta velocidade de transmissão de braço duplo com barra transversal | Linha de produção de estação múltipla com cursor único | |
|---|---|---|---|---|---|
| Individual automatização de linhas custo | Cerca de 12 milhões de yuan | Cerca de 20 milhões de yuan | Cerca de 30 milhões de yuans | Cerca de 15 milhões de yuan | |
| Velocidade da linha / SPM | 5~10 | 6~12 | 10~15 | 12~25 | |
| Aplicabilidade da produção | Multi variedade e pequeno lote | Multi variedade, lote médio | Múltiplas variedades e grandes quantidades | Variedade, massa | |
| Flexibilidade de produção | elevado | normalmente | normalmente | baixo | |
| Estabilidade da produção | baixo | normalmente | elevado | ||
| Tempo de mudança de molde/min | 15 | 15 | 5 | ５ | |
| Requisitos para a imprensa | Modo de funcionamento | Tempo único | Tempo único | Simples, contínuo | continuidade |
| Espaçamento de imprensa / M | 6.5~8 | 6~9 | 4.5~7 | ／ | |
| Curso do cursor | Pequeno | mais | grande | grande | |
| Altura do molde | Pequeno | mais | grande | grande | |
Como se pode ver no quadro 1, o ritmo da linha de alta velocidade de transmissão de braço duplo com barra transversal situa-se entre 10 e 15 cursos por minuto (SPM). Utilizando uma prensa servo, o ritmo da linha de alta velocidade pode ser aumentado até um máximo de 18 SPM.
Tal como ilustrado na Figura 1, a prensa servo tem a capacidade de definir diferentes curvas consoante a situação específica.
Fig. 1 A prensa servo pode definir diferentes curvas
A figura 2 mostra o fluxo de energia durante as fases de aceleração e desaceleração.
Fig. 2 Direção do fluxo de corrente do servomotor durante o funcionamento
Conforme ilustrado na Figura 3, a baixa velocidade de estiragem reduz o impacto na matriz, levando a uma melhoria na vida útil da matriz e a uma redução no custo da matriz.
Fig. 3 Diagrama esquemático da velocidade de tração
A redução da dimensão do equipamento pode diminuir o investimento em instalações, infra-estruturas e outros equipamentos. Como mostrado na Figura 4, usando a prensa de quatro sequências como exemplo, uma prensa tradicional prensa mecânica A linha de produção de uma prensa multi-link e três prensas excêntricas requer um comprimento de fundação de aproximadamente 25 metros. Em comparação, uma linha de produção composta por quatro servo-prensas necessitaria apenas de um comprimento de fundação de aproximadamente 16 metros.
Fig. 4 Comparação entre a prensa mecânica tradicional e a prensa servo
O comprimento do curso pode ser ajustado para o mínimo necessário para a produção e a velocidade de formação adequada para o conteúdo de processamento pode ser mantida.
1) Modo de curso completo → A precisão do ponto morto inferior pode atingir ± 0,02 mm.
2) Modo de meio curso (modo de pêndulo) → A precisão do ponto morto inferior pode atingir ± 0,02 mm, melhorando o SPM.
3) Modo inverso → precisão do ponto morto inferior até ± 001mm.
O controlo de feedback em circuito fechado garante a precisão do ponto morto inferior, reduzindo a formação de rebarbas no produto e evitando a geração de produtos defeituosos.
Função única de correção automática da altura da matriz:
A mudança de posição do seletor pode ser medida e corrigida para ±0,01mm do valor predefinido através da utilização de um grelha linear em cada curso, assegurando um elevado grau de precisão no ponto morto inferior.
Posição da régua de grelha linear ↓
O ponto morto inferior servo tem uma função de correção automática que assegura a precisão do ponto morto inferior em ±0,01mm mesmo após uma produção prolongada, garantindo assim um elevado rendimento dos produtos.
O modo de baixo ruído, que reduz a velocidade de contacto entre o cursor e o chapa metálicareduz significativamente o ruído em comparação com uma prensa mecânica tradicional.
Além disso, a matriz sofre uma vibração mínima, o que leva a uma vida útil mais longa.
Os utilizadores podem utilizar esta funcionalidade para criar um modo de movimento do cursor personalizado que seja adequado à sua tecnologia de processamento, melhorando assim a precisão e a estabilidade dos produtos.
Isto leva a um aumento da vida útil da matriz e da produtividade, bem como a um corte silencioso e à capacidade de processar uma gama mais vasta de materiais, incluindo ligas de magnésio.
A prensa servo pode ser utilizada para processos como corte, estiramento, estampagem e dobragem, e pode fornecer curvas de desempenho para diferentes materiais. A capacidade de fazer uma pausa no controlo deslizante, mantendo a pressão, melhora a qualidade da peça de trabalho formada.
Os componentes que consomem energia da prensa mecânica tradicional, como o volante e a embraiagem, foram eliminados, resultando em menos peças de acionamento e numa estrutura de transmissão mecânica simplificada.
A necessidade de óleo lubrificante é reduzida e o curso é controlável. O consumo reduzido do motor leva a uma diminuição significativa dos custos de funcionamento.
O servo-perfurador é utilizado principalmente em processos de produção, tais como desenho, corte, dobragem, forjamento a frio, estampagem e teste de matrizes.
Graças à sua utilização de Controlo PLCGraças à tecnologia digital e aos métodos de controlo de feedback, a servo-perfuradora oferece um controlo de precisão avançado. Isto inclui a capacidade de controlar a posição do cursor da prensa.
O sistema de monitorização e o controlo de compensação permitem controlar a posição do cursor com uma precisão de ±0,01mm. O modo de movimento pode ser programado, permitindo o controlo da velocidade e da trajetória do cursor.
Isto reduz a velocidade de estampagem, o ruído e a vibração, melhorando o ambiente de trabalho de estampagem e prolongando a vida útil da matriz.
Além disso, a força de saída do controlo deslizante pode ser controlada com uma precisão de ±1,6% da força de saída máxima. Isto permite a formação de grandes painéis utilizando aço e liga de alumínio placas na indústria automóvel.
Os materiais de difícil conformação, como a liga de magnésio, a liga de alumínio e a liga de titânio, podem ser mais facilmente conformados através da combinação de conceção da matriz e controlo do sistema periférico.
Estrutura servo de tipo alternado
Estrutura servo de acionamento direto da cambota
A Figura 5 mostra a prensa multi-estação Schuler com duplo servo acionamento inferior.
Fig. 5 Prensa de acionamento inferior de servo duplo Schuler
A prensa de acionamento inferior de servo duplo é alimentada por dois grupos separados de servomotores, um à esquerda e outro à direita. Estes motores accionam as quatro colunas de guia de cada lado, permitindo o movimento do bloco deslizante.
Os mecanismos de transmissão independentes nos lados esquerdo e direito permitem que a mesa tenha grandes dimensões em ambos os lados, tornando-a adequada para mesas grandes e prensas de alta tonelagem, como mostrado na Figura 6.
Fig. 6 Prensa multi-estações de servo duplo
A prensa de acionamento inferior de servo duplo utiliza o controlo preciso de dois grupos de servomotores para obter um movimento síncrono do cursor nos lados esquerdo e direito.
No caso de uma carga excêntrica no cursor, o paralelismo do cursor pode ser ajustado através de controlo elétrico, tornando-o mais flexível e adaptável às necessidades do utilizador.
Em comparação com as prensas normais, a prensa de acionamento inferior tem melhor resistência à carga excêntrica e curvas de precisão. Ao mesmo tempo que cumpre os requisitos de precisão, oferece uma melhor resistência a cargas excêntricas e uma área maior para aplicação de cargas excêntricas.
À medida que a concorrência na indústria transformadora se intensifica, há uma procura crescente de servo-prensas capazes de produzir produtos de alta precisão e qualidade com uma eficiência melhorada. Esta procura é impulsionada pelas vantagens únicas da servo-prensa, que se alinham de perto com a trajetória futura do desenvolvimento de máquinas de forjar.
As prensas servo oferecem uma multiplicidade de vantagens, incluindo:
A capacidade da prensa servo para ajustar dinamicamente o curso e a velocidade de conformação permite um controlo preciso do processo de conformação. Este controlo preciso assegura uma precisão excecional no ponto morto inferior, reduzindo significativamente a ocorrência de rebarbas no produto. Além disso, a redução da vibração da matriz resultante dos perfis de movimento optimizados aumenta a vida útil da matriz, reduzindo os custos das ferramentas e melhorando a eficácia global do equipamento (OEE).
A conceção inovadora das servo-prensas representa uma mudança de paradigma em relação às prensas mecânicas tradicionais. Ao eliminar componentes como o volante, a embraiagem e o travão, as servo-prensas não só reduzem os custos de funcionamento da máquina, como também minimizam os requisitos de manutenção e aumentam a fiabilidade. Esta simplificação da unidade de tração permite designs mais compactos e uma integração mais fácil em ambientes de fabrico inteligentes.
À medida que a Indústria 4.0 e as iniciativas de fabrico inteligente ganham ímpeto, as servo-prensas estão preparadas para desempenhar um papel cada vez mais crítico nos principais sectores de fabrico. A sua adaptabilidade e precisão tornam-nas particularmente valiosas em indústrias como:
Além disso, as capacidades de recolha e análise de dados inerentes aos sistemas de prensas servo estão em sintonia com a tendência para a manutenção preditiva e a otimização de processos em tempo real, reforçando ainda mais o seu apelo nos domínios do fabrico de precisão.
Primeiro, considere a precisão necessária da servo-prensa.
A exatidão refere-se à precisão com que a prensa atinge os pontos de ajuste de pressão e posição especificados. É influenciada por vários factores, incluindo a resolução do controlador, a sensibilidade do transdutor de pressão, a precisão do servomotor e o tempo de resposta global do sistema.
À medida que as tecnologias de controlo de servomotores e controladores amadureceram e se tornaram mais integradas, a repetibilidade das prensas servo melhorou significativamente. Este facto expandiu a sua aplicação em várias indústrias e processos.
Para aplicações que exijam elevada precisão, deve ser dada uma atenção especial à configuração da prensa. Os principais componentes a avaliar incluem:
Em segundo lugar, considerar a conceção estrutural da servo-prensa.
Os fabricantes oferecem várias estruturas de servo-prensas para se adaptarem a diferentes aplicações. As configurações mais comuns incluem:
A seleção da estrutura da prensa deve basear-se em factores como a dimensão da peça de trabalho, o acesso necessário, o espaço disponível e os requisitos do processo.
As prensas servo podem executar uma vasta gama de funções, incluindo:
Cada função pode exigir características ou capacidades estruturais específicas. Por exemplo, uma operação de estampagem profunda pode necessitar de uma prensa com um curso mais longo e uma maior capacidade de tonelagem em comparação com uma simples aplicação de estampagem.
Ao selecionar uma servo-prensa, é crucial analisar os requisitos específicos do seu produto e processo. Considere factores como:
Avaliando cuidadosamente estes factores e combinando-os com as opções de prensas servo disponíveis, pode assegurar um desempenho, eficiência e qualidade ideais nas suas operações de conformação de metal.
A indústria de estampagem encontra-se no limiar de uma transformação significativa, impulsionada pelo advento da tecnologia de prensa servo. Esta inovação promete aumentar substancialmente a competitividade das empresas de estampagem e catalisar o desenvolvimento em vários sectores da indústria de estampagem.
Embora o potencial da tecnologia de servo-prensas seja imenso, a sua adoção generalizada enfrenta desafios. A tecnologia continua a ser de capital intensivo e, em alguns casos, operacionalmente instável devido ao domínio incompleto da tecnologia de servo-prensa por parte de muitos fabricantes. Esta lacuna tecnológica cria um obstáculo para as empresas de estampagem mais pequenas e com margens reduzidas, especialmente no contexto do atual abrandamento económico e da reduzida rentabilidade dos sectores de produção centrados no sector automóvel.
No entanto, com a melhoria das condições económicas, prevê-se que a procura de servo-prensas aumente. Espera-se que os líderes da indústria desenvolvam soluções de servo-prensas rentáveis e fiáveis nos próximos 5-10 anos, o que irá provavelmente aumentar a competitividade global da indústria de estampagem. A integração de servomotores AC em accionamentos de prensas representa uma mudança de paradigma, oferecendo níveis sem precedentes de flexibilidade, inteligência e eficiência operacional. Este salto tecnológico alinha-se com a trajetória de desenvolvimento da próxima geração de equipamentos de conformação.
O mercado das prensas servo está pronto para uma rápida evolução. À medida que as tecnologias relacionadas amadurecem e a concorrência com os produtos importados se intensifica, prevemos uma redução significativa do preço de mercado da tecnologia servo. Espera-se que este ajustamento de preços, associado aos avanços tecnológicos, acelere a adoção de servo-prensas num espetro mais vasto de aplicações de equipamento de moldagem.
Os principais factores que irão influenciar o panorama futuro da tecnologia de prensas servo incluem:
À medida que a tecnologia amadurece e se torna mais acessível, as prensas servo estão preparadas para redefinir a produtividade, a precisão e a versatilidade nos processos de conformação de metais, acabando por remodelar o panorama competitivo da indústria global de estampagem.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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