Por Ajay Yadav, Serha Kaya e Taylan Altan*

Publicado em Corte e Conformação de Metais, edição de março de 2009.

 

Numerosos fabricantes de prensas desenvolveram prensas mecânicas para conformação dotadas de servomotores, do tipo com lado frontal reto ou em forma de “C”, bem como prensas dobradeiras. Prensas controladas por servomotores possuem considerável potencial em aplicações presentes e futuras para conformação, corte de blanques, estampagem e cunhagem de chapas metálicas (1).

 

Mecânica dos servomotores

Um servomotor proporciona flexibilidade e precisão em termos de controle de velocidade, movimentação e posição ao martelo da prensa. Esta flexibilidade produz infinitas variações de movimento, as quais podem melhorar a qualidade da peça e permitir operações adicionais, tais como pintura e montagem, em um único ciclo da prensa.

 

As prensas servoacionadas estão disponíveis em capacidades desde 35 t (350 kN) até 1.000 t (10.000 kN). Prensas de maior porte para a conformação de amplos painéis automotivos estão sendo desenvolvidas no momento. Geralmente, as prensas servomotorizadas podem ser classificadas de acordo com seu sistema de acionamento (figuras 1 e 2).

 

Fig. 1 – Neste sistema, um servomotor com alto torque está acoplado diretamente ao acionamento excêntrico de uma prensa do tipo “C” ⁽²⁾. A imagem é cortesia da Aida-America Corp.

 

 

As prensas com servoacionamento, ou movimento livre, possuem certas características que podem reduzir o número de operações de conformação requeridas, prolongam a vida do ferramental, reduzem o efeito mola, modificam a posição e comprimento do curso e aumentam a precisão da peça.

 

 

Fig. 2 – Este desenho esquemático mostra o controle independente de um martelo feito por servomotores ⁽³⁾.

 

 

 

Flexibilidade

O benefício mais óbvio da tecnologia do servoacionamento é o movimento controlado do martelo. Esta flexibilidade decorre da possibilidade de programação da velocidade, do movimento e da posição do martelo dentro de um infinito número de formas, com carga constante disponível ao longo do curso e sob qualquer velocidade.

 

O comprimento mínimo de curso pode ser programado para se ajustar à operação de conformação, estampagem ou corte de blanques, o que proporciona tempos de ciclo mais curtos, além de uma redução das vibrações e ruídos decorrentes dos choques. Por exemplo, as posições dos centros mortos superior e inferior da mesa deslizante podem ser alteradas de forma a aumentar o número de golpes por minuto ao se passar de um processo de estampagem para outro de corte de blanques.

 

A figura 3 compara os ciclos de tempo entre uma prensa mecânica tradicional e uma prensa servoacionada que pode ser programada para atingir a melhor velocidade para a conformação, parar em uma determinada posição do curso e executar operações secundárias dentro do mesmo ciclo.

 

 

Fig. 3 – Prensas servoacionadas, ou com movimento livre, podem simplificar a sincronia das operações automatizadas, tais como transferência de peças, pintura ou montagem ⁽³⁾.

 

 

 

Vantagens do servoacionamento

 

 

Movimentação do martelo

Em um processo automatizado, a redução da velocidade do martelo no topo do curso seria benéfica porque isso proporciona tempo adicional para a transferência da peça. Dessa forma, uma linha de transferência entre múltiplas prensas poderia funcionar em modo contínuo ao invés de operar em modo descontínuo. Outros benefícios significativos seriam as capacidades de executar rápida aproximação, redução de velocidade para reduzir vibrações no momento do impacto e um rápido retorno.

 

O Centro para Conformação de Precisão, em cooperação com a empresa Aida-America Corp., de Ohio (ambos situados nos Estados Unidos), conduziu experimentos aplicando a movimentação do martelo. As figuras 4 e 5 mostram um exemplo de movimentação do martelo usada para a conformação sob alta temperatura de componentes feitos de alumínio e magnésio ⁽⁴⁾ (o uso de prensas servoacionadas para operações específicas de conformação será discutido na terceira parte desta série de artigos).

 

 

Fig. 4 – Exemplos de movimentos de martelo em prensas servoacionadas usados para conformar a quente chapas de ligas de magnésio e alumínio.

 

 

Qualidade da peça

Em termos da qualidade e tolerância das peças, a possibilidade de ajustar a movimentação do martelo a processos particulares de conformação, tais como estampagem profunda, corte de blanques, cunhagem ou dobramento, parece ter efeitos positivos.

 

Por exemplo, é um fato bem conhecido que, em operações de estampagem profunda, a deformação sob baixa velocidade melhora o fluxo do metal devido ao efeito da velocidade do punção sob as condições de fricção.

 

 

Fig. 5 – Etapas de movimentação do martelo representadas graficamente na figura 4.

 

Vida da prensa e do ferramental

A possibilidade de reduzir a velocidade do impacto e a variação da velocidade de conformação ajudam na redução das vibrações da prensa e do ferramental. Logo, as tensões sobre o ferramental e a prensa são reduzidas, e a vida do equipamento é prolongada.

 

 

Precisão

A figura 2 mostra uma prensa com servomotor com mecanismo de articulação que gera o curso do martelo por um movimento recíproco. Pode-se controlar o movimento dos dois servomotores por meio da medição da posição do martelo nos lados esquerdo e direito com sensores lineares, de forma que seja mantido o paralelismo do martelo em relação à almofada.

 

No futuro pode-se esperar que o controle da pressão do prensa-chapas seja possível por meio de almofadas de matriz controladas por servomotores. Tal sistema proporcionaria flexibilidade para programar a variação de pressão no prensa-chapas ao longo do tempo e local. Um controle preciso da pressão do prensa-chapas levaria a maiores níveis de conformabilidade nas peças estampadas.

 

Esta é primeira parte de uma série de três artigos sobre prensas servoacionadas. A parte 2, que também será publicada na revista Corte e Conformação de Metais, terá seu foco nos sistemas de acionamento de prensas servomotorizadas. A parte 3 abordará as aplicações atuais e futuras.

 

 

Referências

 

1) Nakagawa, T. Servomotor Driven Press and Market Trend in Japan. In: Proceedings from ^56th CIRP GA. Kobe, Japão, ago. 2006.

 

2) Boerger, Dennis. High-tech Presses, Servo Technology Meets Mechanical Presses. Stamping Journal, v. 15, n. 6, 2003, p. 32.

 

3) Miyoshi, K. Current Trends in Free Motion Presses. In: Proceedings from ^3rd Japan Society for Technology of Plasticity (JSTP). International Seminar on Precision Forming; sponsored by Stamping Press KBU – Komatsu Industries Corp. Mar. 2004.

 

4) Kaya, S.; Altan, T. Warm Forming Aluminum and Magnesium, Part I: Forming a Round Cup. Stamping Journal, v. 17, n. 12, 2005, p. 36.

 

 

*Este estudo foi preparado por Serha Kaya e Ajay Yadav, membros do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming – CPF, vinculado ao Centro de Pesquisa em Engenharia para Manufatura Próxima do Formato Final, Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing – ERC/NSM) da Universidade do Estado de Ohio (EUA), e por Taylan Altan (www.ercnsm.org), professor e diretor da instituição. Este artigo foi publicado originalmente na seção “R & D Updates” do periódico norte-americano Stamping Journal e na edição de março de 2009 da revista Corte e Conformação de Metais. Tradução e adaptação de Antonio Augusto Gorni. Reprodução autorizada.

 

Tecnologia em conformação

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