Processo de estampagem e seleção de equipamentos
Pré-requisitos para planejamento de linha de estampagem
As condições de produção de estamparia na fábrica enfrentam vários problemas importantes devido à crescente produção de novos modelos e ao aumento dos padrões de qualidade na indústria de estamparia. Estes problemas exigem soluções urgentes.
(1) Sobrecarga de peças estampadas grandes
A produção de peças estampadas de grande porte deverá se intensificar nos próximos anos e poderá atingir ou até ultrapassar 150% da capacidade produtiva, segundo o programa de produção. A questão não pode ser resolvida porque não há capacidade para produção em massa de peças estampadas em grande escala nas áreas circundantes. Para resolver este problema, devem ser adicionadas linhas de produção de estampagem em grande escala.
(2) Capacidade de garantia de qualidade
Com os crescentes requisitos de qualidade no mercado de veículos comerciais médios e pesados, a fábrica precisa melhorar suas capacidades de garantia de qualidade de estampagem para atender aos padrões de qualidade, melhorar a eficiência e reduzir custos. Melhorar a capacidade de garantia de qualidade é um projeto de melhoria abrangente que abrange todo o processo de estampagem, desde a preparação da matéria-prima até a produção de estampagem, armazenamento e logística. A fábrica deve mudar e melhorar as suas condições de produção e nível de gestão.
(3) Tonelagem de prensa insuficiente
A introdução de modelos de veículos comerciais de alta qualidade não só aumentou a carga de produção de peças de grande escala na fábrica (em 20 fluxos), mas também a demanda por tonelagem de prensas. Atualmente, a maior prensa tem uma tonelagem nominal de 1.600 toneladas, mas a demanda real pela maior parte excede 2.200 toneladas. Com base numa análise abrangente, concluiu-se que é necessária uma prensa de maior tonelagem, com uma tonelagem nominal máxima de 2.400 toneladas, em linha com o plano de desenvolvimento de produtos da empresa e as regras da indústria.
(4) Baixa eficiência de produção e alta intensidade de trabalho
As linhas de produção de estampagem da fábrica são manuais e de baixa eficiência, com SPH inferior a 240 vezes. Os trabalhadores também enfrentam alta intensidade de mão de obra, movimentando uma qualidade superior a 10t em um único turno, com máximo de 15t.
Para resolver estes problemas e melhorar a segurança, a proteção ambiental, a gestão de inventário e a tecnologia, são necessárias as seguintes ações:
(1) Limpar, transformar e integrar as condições existentes para atender às necessidades da construção faseada do projecto “Centro de Estamparia”.
(2) Atualize uma linha de obturação de desenrolamento de 630t.
(3) Adicionar uma nova linha de produção automatizada de estampagem de 2.400 toneladas.
(4) Concluir as instalações de apoio, incluindo transformação de moldes, linha de sucata, equipamentos de elevação, equipamentos de logística e aparelhos de estação.
Processo de produção e equipamentos
O processo de produção da oficina de estamparia envolve principalmente a criação de peças e peças de estampagem, bem como tarefas auxiliares, como teste e reparo de moldes, reparo de peças de estampagem e transporte de resíduos.
(1) Produção em branco
Blanking refere-se ao processo de transformação de bobinas em blanks necessários para a produção de peças estampadas. O processo de produção envolve:
- Alimentação de bobina
- Desenrolamento
- Cabeça de corte
- Limpeza
- Nivelamento
- Alimentando
- Supressão ou corte
- Empilhamento
Para atender às demandas de produção de blanks, a oficina deve ter uma linha de produção de blanks de desenrolamento totalmente automática ou uma linha de produção de corte totalmente automática. O primeiro pode realizar tanto corte quanto corte, enquanto o último é adequado apenas para corte.
A Figura 1 ilustra um exemplo de uma linha cega de desenrolamento.
Figura 1 Desenrolamento da linha cega
Dado o custo relativamente elevado de uma linha de corte de desenrolamento, é importante considerar a relação custo-eficácia da sua configuração. Normalmente, uma linha de corte de desenrolamento pode corresponder à produção de três linhas de produção de estampagem mecânica totalmente automáticas, e a escolha do equipamento deve ser baseada nos requisitos de produto e produção da oficina.
(2) Produção de Estamparia
O processo de produção de estampagem para peças de cobertura em grande escala inclui estampagem profunda, corte, flangeamento, conformação, puncionamento e modelagem. O processo é ajustado e combinado com base na forma e estrutura das peças estampadas.
Por exemplo, o processo típico de produção de uma moldura de porta é o seguinte:
- Dispositivo de desempilhamento e alimentação
- Formação de desenho
- Aparar e perfurar
- Corte e perfuração oblíqua em cunha
- Modelagem de flange
- desligada
Para uma cobertura superior, o processo é:
- Dispositivo de desempilhamento e alimentação
- Formação de desenho
- Aparar e perfurar
- Flange e modelagem de cunha oblíqua
- Moldar e perfurar
- desligada
A disposição das conexões de prensa para produção de estampagem requer a determinação do número de prensas com base no processo de conformação da peça estampada e no formato da matriz de estampagem. Existem três, quatro, cinco e seis pedidos, sendo quatro pedidos o mais comumente usado. Contudo, é importante considerar a complexidade do projeto do molde e o aumento do custo que pode resultar de uma matriz complexa.
Os parâmetros do equipamento de prensagem, como pressão nominal, tamanho da mesa e altura de fechamento, devem ser determinados com base no processo do produto. A escolha do número de linhas de impressão depende do produto, da produção e da produtividade da linha de impressão.
A fórmula é:
o número de linhas de prensagem = ∑ (número de conjuntos de moldes × programa de produção) ÷ produtividade da linha de prensagem (ASPM) ÷ base de tempo anual do equipamento.
- O número de conjuntos de moldes e as diretrizes de produção são estabelecidas durante a fase de planejamento.
- A produtividade da linha de prensa está ligada à velocidade de operação da prensa e ao modo de transporte das peças estampadas. A velocidade de operação da prensa é um valor inerente ao equipamento, e existem duas formas de transporte de peças estampadas: carga e descarga manual e carga e descarga totalmente automática (que pode ser dividida em robô e manipulador). A velocidade de transporte do manipulador é a mais rápida, seguida pela do robô, e a manual é a mais lenta. O custo do investimento segue a mesma tendência.
- A base de tempo anual do equipamento pode ser obtida nas “Normas de Projeto para a Base de Tempo Anual da Fábrica de Máquinas” ou outros documentos e regulamentos relevantes de acordo com o sistema da empresa.
A Figura 2 mostra uma linha de produção de estampagem totalmente automática com 1 prensa de 2.400 toneladas e 3 prensas de 1.000 toneladas.
Figura 2 Linha de produção de estampagem automática 1×2400t+3×1000t
(3) Área Auxiliar
- Reparação de matrizes
Uma configuração simples de reparo da máquina normalmente está localizada na oficina de estampagem para reparos diários e convenientes das matrizes.
Se a linha de produção tiver uma taxa de carga elevada, pode ser necessário estabelecer uma prensa de teste na área de reparo do molde. As especificações da prensa experimental devem corresponder às do maior equipamento da linha de produção.
- Transporte de Resíduos
A produção de estamparia gera resíduos de punção, por isso é aconselhável montar uma linha transportadora de resíduos para coleta e destinação dos resíduos, baseada na linha de prensas.
- Reparação de peças de estampagem
Para carga e descarga on-line de peças estampadas, uma área de acabamento deve ser estabelecida para remover rebarbas e corrigir defeitos superficiais das peças estampadas.
Layout e logística da oficina
O layout da oficina é desenhado com base no processo de produção de peças estampadas.
A oficina de estamparia normalmente é composta por áreas de armazenamento de bobinas, produção de desenrolamento e estampagem, empilhamento de blanks, empilhamento de moldes, manutenção de moldes, produção de estampagem, armazenamento temporário de peças estampadas e manutenção de peças estampadas, entre outras.
Além disso, a oficina inclui uma sala para resíduos, uma área de armazenamento para empilhadores, uma área de escritório e uma área de estar.
A Figura 3 ilustra o layout da oficina de impressão.
Figura 3 Diagrama esquemático do layout da oficina de impressão
O fluxo logístico na oficina de estamparia é bem definido, incluindo principalmente as seguintes rotas:
(1) A rota logística para produção de estamparia é apresentada na Figura 4.
Figura 4 A rota logística da produção de estamparia
(2) Moldes, a rota logística dos moldes está ilustrada na Figura 5.
Figura 5 Rota logística da matriz de estampagem
Engenharia civil e requisitos de apoio público
Uma vez estabelecidos o programa de produção, a tecnologia e os equipamentos da oficina de estamparia, os requisitos necessários para a engenharia civil devem ser identificados para atender às necessidades de produção.
Trabalho Civil
(1) Tamanho da oficina
- Extensão da oficina
O tamanho da oficina é determinado principalmente pelo tipo de troca de matriz na prensa. Existem três formas principais de matriz superior na prensa: matriz superior frontal, matriz superior lateral e matriz superior esquerda e direita. A matriz frontal superior tem a menor área, sendo suficiente uma oficina com vão de 15 metros. A matriz lateral superior tem uma área um pouco maior e requer um vão de oficina de 24 metros. Os moldes superiores esquerdo e direito têm a maior área e são utilizados principalmente em linhas de produção totalmente automáticas para maior eficiência, o que requer um vão de oficina de 30 ou 36 metros. O armazém de peças estampadas exige um vão de pelo menos 24 metros para facilitar o transporte com empilhadeiras.
- Duração do workshop
O comprimento da área de produção de estampagem automática é geralmente de cerca de 60 metros, com base no layout da prensa no vão. O comprimento da área de empilhamento de matrizes precisa ser determinado com base no número de matrizes. Se houver apenas uma linha de estampagem, o comprimento da oficina é normalmente de cerca de 120 metros. Se houver muitas matrizes, o workshop pode precisar ser ampliado de acordo. O período de supressão de desenrolamento correspondente também requer um comprimento de 120 metros.
- Distância da coluna
Para acomodar grandes prensas para transporte e minimizar custos de transporte de moldes e manutenção de equipamentos, o espaçamento entre colunas na oficina de estampagem é definido entre 9 e 12 metros.
- Altura da Oficina
A altura da oficina de prensagem é determinada pela altura da prensa. Para grandes peças de cobertura, a prensa máxima costuma ser de 2.400 toneladas, com altura de 11 a 11,5 metros acima do solo. A altura do topo do trilho do guindaste na oficina, considerando as distâncias de segurança, é de 13 a 14 metros, e a treliça do telhado da oficina de estampagem é fixada em uma altura inferior da corda de aproximadamente 17 metros com base na altura selecionada do guindaste. A escolha da prensa e da grua tem um impacto significativo na altura da oficina. A altura do vão cego de desenrolamento é determinada pela prensa na linha cega de desenrolamento, com altura superior do trilho de 12 metros. A altura do armazém de peças estampadas é baseada na altura e no número de camadas da pilha de peças estampadas e, apenas para transporte por empilhadeira, geralmente é de 7 metros.
(2) Formas Arquitetônicas
A construção da oficina de prensagem normalmente vem em três formas: estrutura de concreto, estrutura de aço ou estrutura de aço-concreto, dependendo dos requisitos específicos do projeto.
No passado, o concreto era o principal material utilizado na construção de oficinas de estamparia. Porém, agora, devido à relação custo-benefício da estrutura de aço e ao seu processo de produção e instalação simples e eficiente, bem como ao menor período de construção, a estrutura de aço tornou-se o material preferido para a maioria das oficinas de estamparia.
O piso da oficina deve estar limpo e durável. Tanto o piso de resina epóxi quanto o piso de alta resistência e resistente ao desgaste são opções adequadas, enquanto o piso de areia de aço é recomendado para ambientes mais exigentes.
(3) Requisitos de carga
- Pressione Carregar:
A carga da prensa depende do peso da própria prensa, do peso do carrinho de troca de matrizes e do peso da matriz. É importante considerar a carga dinâmica no cálculo da carga da prensa, pois as prensas mecânicas geram uma carga de impacto significativa durante a operação.
- Carga do guindaste:
Na oficina de estamparia costumam ser utilizados guindastes com capacidade de 32t e 50t. O porte bruto, a pressão da roda, a distância entre eixos e outros parâmetros devem ser determinados com base nas especificações do produto do guindaste.
- Carga no piso:
A maior parte da área da oficina de estampagem, excluindo a área da linha de prensagem, é usada para empilhamento de moldes. Normalmente, o número de camadas de empilhamento é duas, resultando numa carga de piso de aproximadamente 100kPa. A área de empilhamento de bobinas ou folhas deve ser determinada com base no método de empilhamento. Caso seja utilizado rack especializado para empilhamento e ultrapasse o segundo andar, a carga do piso deve ser considerada em 150kPa.
- Carga do pipeline:
A oficina de prensagem possui nos pilares tubulações de água, luz, gás, ar e combate a incêndio, e suas cargas devem ser consideradas no cálculo. Além disso, geralmente é necessária uma plataforma de gabinete elétrico próximo à linha de prensa para acomodar a prensa e o gabinete de distribuição de energia do dispositivo de automação, e a carga da coluna também deve ser levada em consideração.
(4) Fundação de Imprensa
A fundação da linha de prensas automatizada na oficina de prensagem é um aspecto crítico da engenharia civil e tem três tipos: fundação independente, fundação direta e fundação subterrânea.
Uma fundação independente refere-se a cada prensa na linha de prensas que possui sua própria fundação separada, não conectada entre si. Este método é o mais barato, mas exige que cada equipamento de prensa seja descarregado e transportado individualmente dentro da oficina, o que impacta significativamente a produção e a logística na produção em massa. Portanto, este formulário não é comumente usado.
A fundação passante envolve o estabelecimento da fundação para cada prensa e a instalação de uma linha de transporte de resíduos dentro da fundação para coletar os resíduos de estampagem e transportá-los para a sala de resíduos. Este formulário separa a logística de resíduos da logística de produção, tornando a manutenção da prensa mais conveniente, e atualmente é mais utilizado.
A fundação do porão envolve a construção de um porão dentro do alcance da prensa ou a colocação da linha de prensa no segundo andar. Esta forma cria um grande espaço para a fundação da prensa, que também pode acomodar o poder público, instalações de distribuição de energia e algumas áreas de manutenção, aumentando efetivamente a área útil da oficina. Porém, esse formulário não é utilizado com frequência devido ao seu alto custo.
A base da prensa tipo passante varia de acordo com o equipamento, com os dados do produto diferindo entre os diferentes fornecedores. Normalmente, um poço de linha de prensagem de 4 estações tem uma largura líquida de 9,5 m, uma profundidade de 7 m e um comprimento de aproximadamente 35 m. Também deve ser estabelecido um poço para a linha principal da linha de transporte de resíduos, conectado ao poço de prensagem e disposto verticalmente. Sua profundidade é igual ou menor que a da cava de prensa, com largura aproximada de 4m.
Pinstalações auxiliares de energia pública
As instalações de apoio público nas oficinas de imprensa são geralmente básicas.
Água, eletricidade e gás são essenciais para o equipamento, enquanto a decisão de incluir instalações como ar condicionado, aquecimento e desumidificação depende dos requisitos específicos do projeto.
(1) Eletricidade:
A eletricidade é a principal fonte de energia utilizada nas fábricas de estampagem, principalmente na linha de estampagem automática e na linha de estampagem de desenrolamento. Como tal, os transformadores da oficina são posicionados o mais próximo possível do equipamento.
(2) Ar comprimido:
As principais áreas de ar comprimido na oficina de estampagem incluem equipamentos de estampagem, reparo de moldes e reparo de peças de estampagem. O ar comprimido deve atender aos seguintes padrões de qualidade: pressão da fonte de ar de 6 bar, teor de óleo de 25 mg/m3, diâmetro de partícula de 40 μm e teor de partícula de 10 mg/m3.
(3) Circulação de água de resfriamento:
A circulação de água de resfriamento é usada principalmente em equipamentos de prensagem. A temperatura da água de entrada deve ser de 32°C, enquanto a temperatura da água de saída deve ser de 37°C. Água macia ou pura é necessária para evitar danos por incrustações no equipamento.
(4) Outras considerações:
- Proteção contra fogo:
A oficina de estamparia se enquadra na categoria de produção E e não possui requisitos específicos de proteção contra incêndio ou exaustão de fumaça.
- Proteção Ambiental:
O principal impacto ambiental da oficina de prensagem é o ruído gerado pela produção da prensa e a vibração e ruído das linhas transportadoras de resíduos. Para mitigar esses impactos, as portas e paredes da oficina de prensagem deverão utilizar materiais à prova de som e as janelas deverão possuir vidros duplos a vácuo. Além disso, almofadas de isolamento de vibração devem ser instaladas sob a prensa para reduzir os efeitos de ruído e vibração no ambiente circundante. Além disso, ao planejar o layout, deve-se considerar a minimização da proximidade de residências, escolas, hospitais e outras instalações civis da oficina de estampagem.
Planejamento de pessoal da oficina
Em comparação com as linhas manuais, o número de trabalhadores por turno é significativamente menor nas linhas automáticas. Esta mudança no pessoal exige uma mudança de trabalhadores de estampagem manual com elevadas exigências de trabalho físico para operadores de automação altamente qualificados. Como pode ser visto na Tabela 1, a intensidade do trabalho físico dos trabalhadores é reduzida.
| Modo de produção
Tipo de trabalho |
Estrutura automática de pessoal de linha | estrutura de pessoal de linha manual | Observação |
|---|---|---|---|
| Monitor | 1 | 1 | única linha
turno único |
| Monitor de atuação | 1 | ||
| Carimbo | 18 | ||
| Pessoal mal pago | 1 | ||
| Gerenciamento de site | 1 | ||
| Operador de estamparia | 1 | ||
| Preparação para automação | 1 | ||
| Qualidade de engenharia | 1 | ||
| Operador de guindaste | 2 | 1 | |
| Verificar | 2 | 1 | |
| Embalagem | 3 | 3 | |
| Reparar | 3 | 1 | |
| Entregar | 3 | 3 | |
| Armazenagem | 2 | 3 | |
| Total | 22 | 31 |
Em comparação com a linha manual, o principal fator por trás da disparidade significativa no pessoal é o foco na estabilidade da produção e na estabilidade da qualidade. A linha automatizada possui uma capacidade de produção três vezes maior que a da linha manual.
Como resultado, há necessidade de um número maior de pessoas para manusear equipamentos e manutenção de matrizes para garantir uma produção estável. Além disso, é necessário um aumento significativo no número de inspetores online para detectar precocemente problemas de qualidade e manter a estabilidade da qualidade. É importante notar que os novos funcionários precisarão ser treinados para adquirir as habilidades e qualidades necessárias.
Conclusão
A oficina de prensagem tem uma carga de trabalho pesada e exige altos padrões de engenharia civil e infraestrutura. Este artigo fornece uma visão abrangente de vários aspectos envolvidos no projeto de uma oficina de estampagem do ponto de vista do projeto de engenharia. O objetivo é servir como guia de referência para técnicos de processo responsáveis pela concepção deste tipo de oficina.
