Natal Pasqualetti Neto*

 

 

Nas operações de repuxo, além da força para a conformação da peça, a prensa também faz força para segurar a chapa (blank); força prensa-chapa.

 

 

 

Essa força é essencial para garantir a qualidade da peça; se a força for insuficiente a peça vai enrugar e se a força for excessiva a peça vai rasgar.

 

 

       
 

Nas linhas de prensas das montadoras a operação de repuxo é normalmente feita na primeira prensa, e nas demais prensas são feitas as operações mais simples.

 

 

 

 

No passado era utilizado o dispositivo de repuxo pneumático com pressão constante, mas com a necessidade de obter conformações mais complexas para atender aos novos desenhos de carrocerias de automóveis, foi desenvolvido o dispositivo de repuxo hidráulico inteligente.

 

 

   

 

Foi por volta do ano de 2000 que eu trabalhei a primeira vez com o repuxo inteligente. Devido aos sistemas de automação da época serem mais limitados, os controles dos movimentos eram um misto de controles de automação com sistemas mecânicos. Hoje em dia é um cilindro hidráulico de dupla ação totalmente automatizado.

 

 

Sinais principais do movimento do dispositivo de repuxo

 

• Posição do curso do martelo da prensa: a posição do martelo da prensa é dada por um encoder instalado no cabeçote da prensa, conectado ao acionamento da prensa.

 

• Posição do curso do pistão do dispositivo de repuxo: a posição do pistão do dispositivo de repuxo é dada por um encoder linear instalado no cilindro hidráulico.

 

 

Sinais principais do sistema hidráulico

 

Existem vários sinais do sistema hidráulico, sendo o principal o da pressão de óleo no cilindro hidráulico. Essa pressão é dada por um transmissor de pressão.

 

Princípio de funcionamento do cilindro hidráulico com relação à força do dispositivo de repuxo:

 

 

 

Observem que o dispositivo de repuxo é uma restrição à descida do martelo, ou seja, a força e a energia do repuxo vêm da prensa. Isso significa que a prensa tem que ter a força e a energia necessárias para conformar e segurar a peça durante a conformação.

 

O controle da força do repuxo é feito através do bloco de controle com válvula proporcional, que vai liberando a saída de óleo de modo a manter a pressão constante dentro do cilindro hidráulico.

 

 

Detalhes dos dispositivos de repuxo inteligente

 

Considerando que as peças não são necessariamente simétricas, é importante ter forças diferentes em cada canto da prensa. Uma configuração muito utilizada é o uso de quatro cilindros hidráulicos independentes, um em cada canto.

 

 

Outra característica, a mais importante, é ser possível mudar a força do prensa-chapa até dez vezes durante o curso do dispositivo de repuxo (profundidade do repuxo). A complexidade de controlar tudo isso requer o trabalho de empresas altamente especializadas como, por exemplo, Rexroth, Beckhoff etc.

 

Eu lembro que na época que surgiu o dispositivo de repuxo inteligente, em meados do ano de 2000, o pessoal comentava que a complexidade era equivalente ao controle da suspensão ativa do Fórmula 1.

 

Uma das dificuldades é que o processo é muito rápido. Exemplo: uma prensa operando com 20 golpes por minuto (gpm), cada ciclo completo de 360° leva três segundos. Se o processo de repuxo durar 40°, isso significa que temos 333 milissegundos para repuxar a peça.

 

 

Conceitos básicos para o controle da força

 

O controle da força é realizado por uma válvula que vai controlar com precisão a saída de óleo para o tanque. Para controlar a passagem de fluído temos a válvula convencional e a válvula proporcional.

 

• Uma válvula convencional – o sinal é digital, ou está aberta ou está fechada;

 

• Uma válvula proporcional – o sinal é analógico, normalmente de 0 a 10V, em que sob 0V a válvula está totalmente fechada, e sob 10V a válvula está totalmente aberta, podendo ter aberturas intermediárias.

 

Como necessitamos de precisão do sistema é utilizada a válvula proporcional. Neste caso, o controlador programável (CP) terá também que trabalhar com sinais analógicos, que são mais complexos de programar.

 

 

Sistemas de controle

 

Vamos supor que a força que eu necessite representa 4V de sinal. Conforme é mostrado na figura a seguir, ao fornecer o sinal de entrada no meu processo teremos uma saída. No entanto, podemos ter distúrbios como, por exemplo, temperatura, viscosidade do óleo etc., que podem alterar a saída. 

 

 

Devido à precisão do nosso sistema, temos que corrigir as possíveis variações na saída e isso requer um sistema mais complexo, um controle de malha fechada.

 

 

 

No sistema de malha fechada estará presente um sensor monitorando o sinal da saída e realimentando o sistema. Caso o sinal de saída não seja o desejado, será feita uma correção automática. No caso do dispositivo de repuxo o principal sinal será o do transmissor de pressão, que irá confirmar que a pressão está correta.

 

O transmissor de pressão é um instrumento de sinal analógico, ele gera uma corrente de 4 mA a 20 mA que será convertida em uma escala de pressão.

 

Mudança do valor da força durante o processo de repuxo

 

Já mencionei anteriormente que durante o repuxo é possível mudar a força até dez vezes e que o tempo de repuxo é muito pequeno, são milissegundos.

 

Vamos supor a seguinte situação, bem simples, mudando a força uma única vez: curso do repuxo = 100 mm. Nos primeiros 40 mm de curso vou prender a chapa com 60 ton. Nos seguintes 60 mm de curso vou diminuir a força para 30 ton., para não rasgar a chapa.

 

 

Observem no gráfico que quando o controlador programável (CP) manda o sinal para a válvula, ele não consegue ajustar a força de imediato e aí entra o controle Proporcional, Integral e Derivativo (PID). 

 

O controle PID é um recurso que faz parte do controlador programável. O controle PID vai trabalhar a função matemática que define a força de forma a estabilizar o mais rápido e preciso possível o nosso processo. Essa estabilização depende muito do programador e requer pessoal altamente especializado. Nas aulas de laboratório da minha pós-graduação em automação industrial, na programação de PID, cada um de nós obtinha um efeito diferente na estabilização do processo.

 

Nota: Os controles dos dispositivos de repuxo inteligente são normalmente uma “caixa preta”, tecnologia da empresa que o desenvolveu, e o usuário não tem acesso ao mesmo.

 

Esta apresentação tem como objetivo difundir conhecimentos básicos sobre a força dos dispositivos inteligentes e o seu controle. 

 

 

 

 

*Natal Pasqualetti Neto é engenheiro mecânico pós-graduado em Automação Industrial pelo Centro Universitário FEI (São Bernardo do Campo, SP). Sócio Proprietário da NATAL Treinamento e Consultoria – www.natal.eng.br.

 

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