Por Ajay Yadav e Taylan Altan*

Publicada em Corte e Conformação de Metais, edição de abril de 2009.

 

Nas prensas servocontroladas, o conjunto do volante e embreagem é substituído por um servomotor. As prensas servoacionadas mais modernas são equipadas com servomotores rotativos com capacidades de torque variando de 100 até 3.000 newton-metros. Esta tecnologia permite aos fabricantes de prensas construírem máquinas com capacidade de até 1.000 toneladas (10.000 kilonewtons). Além dos servomotores rotativos, também podem ser usados servomotores lineares diretos para controlar a movimentação do martelo.

 

Sistemas com servoacionamento

 

As prensas servomotorizadas são classificadas com base em seus sistemas de acionamento em dois tipos principais: acionamento direto por servomotores com alto torque e baixa velocidade ou por servomotores com baixo torque e alta velocidade.

 

Acionamento por rosca ou fuso de esferas

O princípio de operação de uma prensa do tipo rosca é similar ao da prensa com rosca de fricção (ver figura 1). O volante é substituído pelo servomotor e sua rotação é transmitida a um fuso de esferas de forma mecânica ou através de uma correia dentada.

 

 

Fig. 1 – Em uma prensa servomotorizada do tipo com rosca, a rotação do motor é convertida em movimento linear pelo fuso de esferas. O balanço do cabeçote móvel da prensa é detectado por sensores lineares e corrigido pelo ajuste correspondente do movimento de cada motor individual.

 

 

O martelo da prensa é movido para cima e para baixo pela ação alternada do fuso de esferas. A carga máxima é disponibilizada ao longo do curso da prensa, mas sua capacidade de carga é limitada pela resistência do fuso de esferas e pela capacidade do servomotor ⁽¹⁾.

 

 

Acionamento por rosca/articulação

A figura 2a mostra um acionamento para prensa do tipo rosca/articulação com baixo torque e alta velocidade. Neste tipo de prensa servoacionada a rotação do motor é transmitida a um fuso de esferas reciprocante através de uma correia dentada.

 

 

Fig. 2 – À esquerda: um acionamento por rosca/articulação pode suportar grandes cargas na prensa ⁽¹⁾. À direita: devido ao acionamento principal excêntrico, podem ser conseguidas altas velocidades contínuas sem o movimento reverso do servomotor ⁽¹⁾.

 

 

O mecanismo de conexão-articulação é ativado pelo fuso de esferas, o que resulta na movimentação linear do cabeçote móvel da prensa. Uma prensa com rosca/articulação requer operação reversa do servomotor para a movimentação alternada do martelo da prensa. Pode-se conseguir uma ação reciprocante contínua e em alta velocidade sem o movimento reverso do servomotor usando-se uma caixa de transmissão e um eixo principal excêntrico para acionamento (ver figura 2b).

 

Uma vez que se usa um mecanismo de conexão, são adotadas as suas características: por exemplo, a carga gerada irá alterar o curso da prensa. Além do acionamento por articulação-junta, também são usados diferentes acionamentos por conexão com engrenagens ou correias para transmitir o movimento rotativo do motor e conseguir a movimentação linear do martelo da prensa ⁽²⁾.

 

Uma vez que os acionamentos por rosca/articulação apresentam capacidades limitadas de torque e energia, neste caso as aplicações de conformação são limitadas ao corte de blanques ou aplicação de relevos. Por exemplo, uma prensa servomotorizada acionada por um único motor de baixo torque pode proporcionar cargas de apenas 40 toneladas ⁽³⁾. Para usar tais servomotores em prensas de altas tonelagens é necessário usar múltiplos motores, com sistemas de acionamento caros e complexos.

 

 

Acionamento direto por caixa de transmissão

Já foram desenvolvidos servomotores com alto torque e baixa velocidade com capacidade de até 300 toneladas por motor de acionamento. O artigo anterior discutiu o princípio de operação e a construção de uma prensa servomotorizada com acionamento direto dispondo de alta capacidade de torque (ver figura 3) ⁽⁴⁾.

 

 

Fig. 3 – As prensas servomotorizadas com acionamento direto, com servomotores apresentando alto torque e baixa velocidade, possuem capacidade para suportar até 300 toneladas por motor de acionamento ⁽⁴⁾.

 

 

Acionamento direto por fuso

Uma prensa servomotorizada com acionamento direto por fuso consiste de quatro fusos de acionamento rosqueados que se encontram localizados nos quatro cantos próximos às colunas-guia da prensa (figura 4).

 

 

Fig. 4 – Uma prensa acionada por fusos acopla o servomotor diretamente a um fuso rosqueado. Cada um dos quatro fusos rosqueados localizados próximo às colunas-guia está acoplado a um servomotor.

 

 

Cada fuso de acionamento é acionado por seu próprio motor de alto torque e baixa velocidade. A altura da prensa é maior, uma vez que não são usadas engrenagens para acoplar o servomotor ao eixo de acionamento. São necessários grandes servomotores para atingir altos torques.

 

Consegue-se dessa forma o melhor nível possível de paralelismo entre o martelo da prensa e sua almofada, mesmo sob condições de carregamento não-centralizadas, por meio do uso de quatro eixos de fuso rosqueados perto das colunas-guia. As prensas servomotorizadas modernas acionadas com fusos são equipadas com sensores para monitorar e controlar eletronicamente a velocidade rotacional e as forças em cada fuso para verificar o paralelismo e garantir que não ocorra sobrecarga ⁽⁵⁾.

 

 

Acionamento linear

Tradicionalmente são usados servomotores com acionamento linear em máquinas-ferramenta. Prensas servomotorizadas comerciais com motores lineares são usadas para aplicações especiais, em que a posição inferior de ponto morto do cabeçote móvel precisa ser controlada com precisão de mícrons, como no caso do corte de blanques a partir de folhas metálicas e o puncionamento fino de orifícios ^{(2, 6)}.

 

Esta é a segunda parte de uma série de três artigos sobre prensas servoacionadas. A parte 1, que foi publicada no site da revista Corte e Conformação de Metais, abordou os benefícios oferecidos pelas prensas servomotorizadas. A parte 3 mostrará as aplicações atuais e futuras.

 

 

Referências

 

1) MIyoshi, K. (Stamping Press KBU – Komatsu Industries Corporation). Current Trends in Free Motion Presses. In: Proceedings from the 3^rd Japan Society for Technology of Plasticity (JSTP) International Seminar on Precision Forming. Japão, mar. 2004.

 

2) Nakagawa, T. Servo Motor Driven Press and Market Trend in Japan. Press Gijyutu, v. 44, n. 9, 2006, p. 18-29.

 

3) Ge Fanuc. Servo Motors and Amplifiers for Press Applications. Apresentação; nov. 2006.

 

4) Boerger, D. Servo Driven Mechanical Presses. AIDA-TECH; AIDA-Dayton Technologies Corporation, v. 6, 2003.

 

5) Synchropress technical brochure; www.synchropress.de, 2006.

 

6) Groche, P.; Schneider, R.; Schmoeckel, D. Method for the Optimization of Forming Presses for the Manufacturing of Micro Parts. In: CIRP Annals, 2004; STC M, v. 53, n. 1, 2004, p. 281-284.

 

*Esta coluna foi elaborada por Ajay Yadav, membro da equipe do Centro para Conformação de Precisão (Center for Precision Forming – CPF), vinculado ao Centro de Pesquisa em Engenharia para Fabricação Próxima do Formato Final (Engineering Research Center for Net Shape Manufacturing – ERCNSM) 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 abril 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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