O desenvolvimento da moderna tecnologia de fabricação exige que as prensas não apenas operem em alta velocidade, alta precisão e grandes cargas, mas também tenham maior flexibilidade. Eles devem ser capazes de projetar a curva de movimento do controle deslizante de acordo com diferentes materiais e requisitos de processo.
Com base no abandono de componentes que consomem energia, como o volante e a embreagem nas prensas mecânicas tradicionais, as servoprensas adotam o servomotor CA como fonte de energia da prensa. O movimento giratório do motor é convertido no movimento linear do controle deslizante por meio de um atuador, como um parafuso, manivela ou biela. Isso permite que a servo-prensa obtenha movimento controlável do controle deslizante, atendendo às necessidades de processamento de estampagem flexível e inteligente.
A servo-prensa pode aprimorar o nível técnico e a capacidade de fabricação de peças estampadas de formato complexo, placas de alta resistência e placas de liga de alumínio. Isso reflete totalmente a tendência futura de desenvolvimento de máquinas-ferramentas para prensas de forjamento.
Status de produção da imprensa tradicional
A prensa mecânica é o equipamento de estampagem mais utilizado na indústria de processamento de metal e plástico. Ele é alimentado por um motor DC, motor AC ou um motor de regulação de velocidade de frequência variável, enquanto o atuador é composto por uma manivela e uma biela múltipla. A prensa opera girando o volante em alta velocidade sem carga e liberando energia durante o estágio de carga para completar o processo de estampagem.
Desvantagens da prensa mecânica tradicional
As prensas mecânicas tradicionais têm as seguintes desvantagens.
Baixa eficiência de produção e grandes riscos potenciais à segurança
A Figura 1 mostra o modo de produção comum da linha de montagem.
Operação de linha de montagem de prensa mecânica tradicional
O operador é responsável pela carga e descarga de materiais.
Durante a operação, o pessoal enfrenta alta intensidade de trabalho, o que pode causar fadiga e riscos potenciais à segurança. Além disso, a operação manual no processo de produção pode causar deformação durante o transporte e a produção, o que pode impactar bastante a taxa de conformidade e o desempenho de montagem das peças.
Além disso, a operação da linha de montagem significa que se houver um problema em um processo, toda a linha poderá ser paralisada, o que pode afetar negativamente a eficiência da produção.
Alto consumo de energia
A manivela convencional opera girando continuamente o motor, que por sua vez gira o volante. O movimento do controle deslizante é controlado através da embreagem, que utiliza a inércia do volante.
No entanto, este processo resulta numa baixa taxa de utilização de energia de apenas 65% para o motor de alta potência. Uma quantidade significativa de energia é desperdiçada durante o processo de movimentação, o que aumenta os custos de produção.
Grande ruído, grande vibração e vida útil reduzida da matriz
Existem vários tipos de ruído gerados pelas máquinas-ferramentas com biela de manivela:
Em primeiro lugar, o ruído gerado pela prensa mecânica durante o processamento e conformação da chapa pode ultrapassar 90dB, chegando a 93dB.
Em segundo lugar, há ruído causado pela marcha lenta do motor.
Em terceiro lugar, o ruído é gerado devido à mudança no movimento de impacto quando a embreagem e o freio da prensa funcionam.
Portanto, é essencial que os operadores usem tampões auditivos anti-ruído para evitar a perda auditiva.
Simultaneamente, o movimento do bloco deslizante produz vibrações significativas, que podem afetar adversamente as peças funcionais da matriz.
Se a matriz operar em um ambiente com vibração frequente por um período prolongado, isso poderá impactar significativamente sua vida útil.
A qualidade e o desempenho do produto não podem ser garantidos
O processo de estampagem a frio realizado em temperatura ambiente pode resultar em diversos defeitos de qualidade, como rachaduras, enrugamentos, estrangulamentos e linhas de deslizamento.
Vários fatores podem influenciar a qualidade do processo, incluindo o processo de conformação, propriedades da folha, parâmetros da matriz, parâmetros do processo, precisão do equipamento e condições de trabalho.
Quando submetido às mesmas condições do processo de conformação, a adequação da velocidade de trefilação também é um fator crítico que não pode ser negligenciado.
As impressoras tradicionais podem não ser capazes de controlar a velocidade de estiragem de forma eficaz, levando a uma produção instável e a problemas de qualidade inconsistentes.
Vantagens da servoprensa na produção de estampagem
Melhore a eficiência da produção
A servoprensa mantém as vantagens da prensa de manivela, principalmente em termos de eficiência de produção, que é muito superior à de uma prensa hidráulica. Isto reflete a combinação da qualidade de processamento da prensa hidráulica e a eficiência de produção da prensa mecânica.
Além disso, uma prensa de manivela acionada por servomotor pode ajustar o curso do controle deslizante de acordo com as diferentes peças de trabalho. Durante um ciclo, ele não precisa completar uma rotação completa de 360°, mas apenas balançar em um determinado ângulo para completar a produção de estampagem. Isto reduz ainda mais o tempo de ciclo, minimiza o curso inválido e melhora significativamente a eficiência da produção.
Graças à alta precisão e estabilidade da servoprensa, a qualidade das peças é bastante garantida e o tempo necessário para a manutenção da matriz é reduzido. Além disso, o surgimento da servoprensa também reduz o risco operacional para o pessoal.
Economia de energia e proteção ambiental
A manivela convencional utiliza um motor para girar o volante, que por sua vez controla o movimento do controle deslizante através da embreagem, dependendo da inércia do volante.
Em contrapartida, a prensa da Fig. 2 é acionada por um servo motor, que fornece o torque necessário para operar. Usando mecanismos como hastes roscadas e bielas múltiplas, o pequeno motor pode gerar uma grande força sem a necessidade de embreagem. A unidade de acionamento motorizado também controla a partida e a parada do motor.
Fig. 2 Servoprensa
O motor em uma prensa de manivela gira apenas durante a estampagem, uma vez que o volante não está presente, resultando em economia no consumo de energia em marcha lenta tanto do motor quanto do volante.
Além disso, a ausência de embreagem reduz o consumo de energia relacionado à embreagem.
Quando comparada com prensas tradicionais da mesma tonelagem e servoprensas, a servoprensa pode economizar mais de 35% de energia.
Baixo ruído e longa vida útil da matriz
Utilizando servo motor importado e sistema de controle CNC, uma curva característica de trabalho exclusiva pode ser criada para regular a velocidade do punção durante o corte. Isto ajuda a reduzir a vibração e o ruído produzidos durante o corte e também melhora a vida útil da matriz.
De acordo com uma pesquisa realizada pela empresa Komatsu no Japão, o ruído de supressão gerado pela prensa NC acionada por servo motor é mais de 20 dB menor em comparação com o da prensa de manivela convencional.
Além disso, como não há marcha lenta do motor e do volante, nenhum ruído é produzido durante o processo de blanking.
Produção e aplicação de servo prensa
Relação entre imprensa e blank
A velocidade de trabalho da prensa é determinada tanto pela velocidade de trefilação da chapa metálica em um nível macro quanto pela taxa de deformação da chapa metálica em um nível micro.
Com base na teoria da formação plástica, um aumento na taxa de deformação resulta no endurecimento do material. Porém, quando a velocidade de deformação aumenta ainda mais, o calor gerado no processo de deformação plástica reduz o efeito de endurecimento (ver Fig. 3).
Fig. 3 Relação entre plasticidade da folha e taxa de deformação
Com base na tendência geral de mudanças na plasticidade da folha com a taxa de deformação, pode-se observar que quando a taxa de deformação é relativamente baixa (seção ab), o aumento na taxa de deformação leva a uma diminuição maior na plasticidade do que o aumento na temperatura. Em outras palavras, a plasticidade da folha diminui com o aumento da taxa de deformação.
Porém, quando a taxa de deformação é alta (seção cd), o efeito da temperatura torna-se significativo, causando um aumento na plasticidade equivalente à diminuição causada pela taxa de deformação. Como resultado, a diminuição da plasticidade da folha não é significativa.
Quando a taxa de deformação atinge um certo limite (de seção), a plasticidade da chapa reduz drasticamente, fazendo com que a chapa se aproxime da borda da fissura.
Da análise acima, pode-se concluir que o aumento da velocidade de trabalho da prensa leva a uma diminuição da plasticidade devido ao aumento da deformação e da resistência à tração na área de deformação da chapa. Isto, por sua vez, aumenta a tensão na área de transferência de força da peça de trefilação, aumentando o risco de trincas.
Portanto, é essencial verificar a velocidade da prensa durante o processo de trefilação para garantir que ela esteja dentro da velocidade máxima permitida de trefilação da chapa, dada a velocidade máxima permitida de trefilação de diferentes chapas.
Aplicação prática de servo prensa
Muitas empresas ficam intrigadas sobre como garantir a conformabilidade e estabilidade das peças, mantendo ao mesmo tempo a alta eficiência da produção.
A placa de reforço do pilar B do automóvel é um componente estrutural de suporte de carga crucial da carroceria de um veículo.
As peças do pilar B possuem diversas características estruturais, incluindo grande profundidade de conformação, mudanças complexas de seção, uso de matérias-primas com alto limite de escoamento e diferenças significativas de altura entre as peças.
No entanto, durante a fabricação e produção de moldes, essas peças estão sujeitas a problemas como rachaduras, enrugamentos e carga excêntrica. Infelizmente, esses problemas não podem ser totalmente evitados durante o processo e o projeto do molde.
Como resultado, os requisitos para o uso da prensa aumentaram significativamente após o início da produção.
A placa de reforço do pilar B do automóvel passa por cinco procedimentos de processamento, desde a peça bruta até o produto acabado (ver Fig. 4).
Fig. 4 Sequência de produção da placa de reforço do pilar B de automóvel em servoprensa
O surgimento da servoprensa resolveu o problema de produção de placas de reforço do pilar B com alta eficiência, precisão, estabilidade e qualidade. Além disso, o sistema de monitoramento inteligente da servoprensa pode coletar alterações de tensão em tempo real durante o processo de produção.
Se ocorrerem produtos não qualificados ou falhas anormais no molde, o sistema de monitoramento emitirá um alarme (Fig. 5), permitindo que o pessoal no local resolva o problema prontamente e evite a produção em lote de produtos defeituosos ou acidentes de segurança.
Fig. 5 Monitoramento inteligente da mudança de tensão da servoprensa durante a produção da placa de reforço do pilar B
Conclusão
Uma prensa acionada por servo motor AC pode aumentar significativamente a flexibilidade e a inteligência do equipamento, ao mesmo tempo que melhora as características monopolísticas de uma servoprensa. Isto faz com que seja a direção para o desenvolvimento de equipamentos de formação de nova geração.
Considerando o seu vasto potencial para diversas aplicações, as empresas fabricantes especializadas em equipamentos de prensagem devem acelerar a investigação desta nova tecnologia e desenvolver grandes servo-prensas com direitos de propriedade intelectual completamente independentes.
