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 ao aparecimento de uma nova geração de prensas que abordam as limitações das prensas mecânicas tradicionais.
A solução reside na utilização de servomotores como fontes de energia directas para as prensas, resultando num movimento deslizante altamente preciso e facilmente controlado.
A prensa servo oferece várias vantagens, como a velocidade controlada do cursor, a versatilidade, a eficiência energética e o respeito pelo ambiente. É considerada a punção de terceira geração e a tendência atual no desenvolvimento da indústria de estampagem.
As capacidades de controlo programável do servomotor permitem um controlo de precisão avançado, incluindo o controlo da posição do cursor da prensa.
Os servo-perfuradores são utilizados em linhas de produção como desenho, corte, dobragem, forjamento a frio, gravação em relevo e teste de matrizes.
A tecnologia de acionamento por servomotor AC é um foco de investigação em equipamento de forja avançado e uma nova direção de desenvolvimento para prensas internacionais.
A prensa servo AC oferece várias vantagens, incluindo elevada produtividade, flexibilidade, precisão, eficiência energética e sustentabilidade ambiental, reflectindo a tendência futura de máquina de forjar desenvolvimento de ferramentas.
À medida que sectores como o ferro e o aço, a metalurgia não ferrosa, a indústria aeroespacial, os caminhos-de-ferro de alta velocidade, o transporte marítimo, a energia nuclear, a energia eólica e o sector militar exigem peças de elevado desempenho, aumenta a necessidade de equipamento de estampagem avançado.
Prensas mecânicas têm limitações, tais como um curso fixo, dificuldade em controlar a pressão e fraca adaptabilidade aos processos devido às características de movimento fixo do cursor.
A servo-prensa responde a estes desafios, fornecendo uma prensa flexível que satisfaz os exigentes requisitos das indústrias modernas.
Servo refere-se a um sistema de controlo de feedback para deslocação mecânica e aceleração, cuja principal função é seguir com precisão a deslocação de entrada ou a deslocação angular com a deslocação mecânica de saída. A tecnologia de estampagem servo refere-se a um sistema de controlo de feedback/sistema de seguimento utilizado para seguir com precisão o processo de estampagem.
Uma prensa servo é um tipo de prensa que é alimentada e controlada por um servo motor. O servo motor acciona a engrenagem excêntrica, permitindo o movimento do cursor.
Com a utilização de um controlo avançado de eletrificação, a prensa servo pode ser programada para controlar o curso, a velocidade e a pressão do cursor com precisão. Isto permite que a tonelagem nominal da prensa seja atingida a baixas velocidades.
A estrutura de uma servo-prensa AC é constituída por um sistema de acionamento principal, um atuador e um mecanismo auxiliar. O sistema de acionamento principal transfere energia do servomotor para o atuador e pode ser conseguido através de vários modos de transmissão, tais como transmissão por engrenagem, transmissão por correia, transmissão por parafuso ou transmissão hidráulica.
O atuador acciona o movimento recíproco da corrediça para completar o processo de forjamento e pode assumir a forma de um mecanismo de corrediça de manivela ou de um mecanismo de cunha de manivela.
O mecanismo auxiliar aumenta a fiabilidade da servo-prensa AC e expande as suas aplicações de processo, com componentes comuns que incluem cilindros de equilíbrio, travões, dispositivos de elevação e dispositivos de deteção de posição.
O sistema de acionamento principal da prensa servo pode ser dividido em dois tipos com base no modo de acionamento do servomotor: acionamento direto e acionamento com um redutor. O acionamento direto utiliza um servomotor de baixa velocidade e elevado binário diretamente ligado ao atuador, resultando numa estrutura simples, elevada eficiência de transmissão e baixo ruído.
No entanto, o seu binário limitado restringe a sua utilização a servo-prensas de pequena tonelagem.
O sistema de acionamento principal amplamente utilizado nas prensas servo comerciais emprega um mecanismo de desaceleração e um mecanismo de aumento de força, que pode ter três estruturas de transmissão diferentes: biela de manivela de desaceleração do motor, biela de cotovelo de manivela de desaceleração do motor e biela de cotovelo de parafuso de desaceleração do motor.
Esta abordagem permite que um servomotor de alta velocidade e baixo binário accione prensas de grande tonelagem, tornando-se a tendência atual no desenvolvimento de prensas servo.
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 do tamanho do equipamento pode diminuir o investimento em instalações, infra-estruturas e outros equipamentos. Tal como se mostra na Figura 4, utilizando a prensa de quatro sequências como exemplo, uma linha de produção de prensas mecânicas tradicionais consiste numa prensa multi-link e três prensas excêntricas, exigindo um comprimento de fundação de aproximadamente 25 metros. Em comparação, uma linha de produção composta por quatro prensas servo 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 torna cada vez mais intensa, há uma procura crescente de prensas servo para produzir produtos de alta precisão e de alta qualidade de forma eficiente.
A prensa servo oferece vários benefícios, incluindo composição, alta eficiência, precisão, flexibilidade, baixo ruído, eficiência energética e sustentabilidade ambiental, que se alinha com a tendência futura do desenvolvimento de máquinas de forjar.
A prensa servo tem a capacidade de ajustar o curso e a velocidade de formação para satisfazer diferentes requisitos de produção, garantindo a precisão do ponto morto inferior e reduzindo a ocorrência de rebarbas no produto. Para além disso, a pequena vibração da matriz melhora a sua vida útil.
A conceção da prensa servo representa um desvio em relação às prensas mecânicas tradicionais, uma vez que elimina o volante, a embraiagem e o travão, reduzindo os custos de funcionamento da máquina.
As prensas servo desempenharão um papel cada vez mais importante nas principais indústrias transformadoras, como a eletrónica e a automóvel, bem como noutras áreas de fabrico de precisão.
Em primeiro lugar, depende da precisão necessária da servo-prensa.
A precisão refere-se ao grau de precisão em que a pressão e a posição atingem o ponto especificado para parar. Está relacionada com a resolução do condutor, a resolução do transmissor de pressão, a precisão do servomotor e a velocidade de resposta do equipamento.
Com o controlo maduro e integrado do servomotor e do condutor, a precisão de repetição da prensa servo é cada vez maior e o seu campo de aplicação é cada vez mais vasto.
Se for necessária uma elevada precisão para a prensa servo, o foco deve estar na configuração aquando da escolha.
Em segundo lugar, depende da estrutura da servo-prensa.
De um modo geral, a estrutura da servo-prensa produzida pelos fabricantes não é única. As estruturas mais comuns são as estruturas de quatro colunas, coluna única, tipo arco, horizontal e quadro.
A estrutura de quatro colunas é económica e prática, enquanto as estruturas de coluna única e de arco são concebidas principalmente para facilitar o funcionamento.
A estrutura horizontal é normalmente utilizada para produtos mais compridos, e a estrutura de armação tem a vantagem de ocupar uma tonelagem maior.
Por conseguinte, a seleção da estrutura deve basear-se na dimensão e na estrutura do produto.
As funções da prensa servo incluem forjamento, estampagem, montagem, montagem, prensagem, formação, flangeamentoe puxar a água superficialmente.
Funções diferentes têm diferenças estruturais diferentes, pelo que é necessário escolher a prensa servo adequada de acordo com os requisitos do processo do produto.
O sector da estampagem está prestes a sofrer alterações significativas com o aparecimento do servo-perfurador, um produto que promete aumentar consideravelmente a competitividade das empresas de estampagem e ter um impacto positivo no desenvolvimento de várias indústrias de estampagem.
No entanto, apesar dos seus potenciais benefícios, a tecnologia continua a ser dispendiosa e instável, devido ao facto de a maioria dos fabricantes não dominar totalmente a tecnologia de base do servo-perfurador.
Consequentemente, é difícil para as empresas de estampagem de baixo valor investir em servo-prensas dispendiosas, especialmente durante o atual abrandamento económico e a redução dos benefícios da indústria de produção automóvel.
No entanto, com a melhoria esperada da economia no futuro, prevê-se que a procura de servo-prensas no mercado seja enorme, e espera-se que os principais fabricantes desenvolvam servo-prensas estáveis e económicas nos próximos 5-10 anos para aumentar a competitividade global das empresas de estampagem.
A utilização de um servomotor CA para acionar uma prensa pode aumentar significativamente a flexibilidade, a inteligência e as características operacionais do equipamento, que é a direção de desenvolvimento para a próxima geração de equipamento de moldagem.
À medida que as tecnologias conexas avançam e a concorrência com os produtos importados se intensifica, espera-se que o preço de mercado da tecnologia servo diminua rapidamente, conduzindo a uma adoção mais ampla no domínio do equipamento de conformação.
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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