En el diseño de una servoprensa pequeña, la longitud de carrera determina directamente la eficacia y precisión del proceso de conformado. La distancia que recorre el pistón de arriba abajo afecta a todos los factores clave: profundidad de conformado, velocidad de ciclo, consumo de energía y vida útil de la herramienta.
En aplicaciones de alta precisión como electrónica, conectores o soportes en miniatura, seleccionar la longitud de carrera adecuada es más que una configuración mecánica. Es una decisión de ingeniería que equilibra el rango de movimiento, la precisión del control y la eficacia del sistema. A medida que evoluciona la servotecnología, la optimización de la carrera se ha convertido en un paso fundamental para conseguir velocidad y consistencia en las prensas pequeñas.
Comprender la carrera en las servoprensas
La longitud de la carrera es la distancia vertical total que recorre el cilindro de la prensa entre el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI). Define la envolvente de conformado de la prensa, es decir, la distancia que puede recorrer el cilindro y la profundidad a la que puede conformar una pieza.
En las prensas mecánicas tradicionales, este recorrido es fijo. La prensa debe recorrer todo su recorrido en cada ciclo, aunque la profundidad real de conformado sea pequeña. Una servoprensa cambia esta situación. Con un servomotor eléctrico, los ingenieros pueden programar posiciones, velocidades y aceleraciones exactas con una precisión de 0,01 mm.
Esta flexibilidad crea tres tipos de definiciones de carrera:
- Accidente cerebrovascular total: El recorrido mecánico completo del cilindro.
- Carrera de trabajo: Segmento activo utilizado para conformar o cortar.
- Carrera ajustable: La gama programable se adapta a cada producto o altura de troquel, garantizando un rendimiento óptimo.
Los modernos sistemas de servocontrol permiten ajustar estos parámetros en cuestión de segundos a través de la entrada digital, lo que elimina la necesidad de realizar modificaciones mecánicas. El resultado es un menor tiempo de configuración, menos desgaste mecánico y un mayor rendimiento.
Cómo afecta el ictus al rendimiento de la prensa？
La carrera influye directamente en el comportamiento mecánico de la prensa, en su eficacia y en la calidad de la pieza final.
- Capacidad de conformado - Las carreras más largas proporcionan un rango de conformado más profundo, pero aumentan la duración del ciclo y el consumo de energía.
- Velocidad y eficiencia energética - Las carreras más cortas eliminan el movimiento en vacío, reduciendo el tiempo perdido y el consumo de energía.
- Precisión de las piezas y vida útil de las matrices - Los perfiles de carrera correctamente ajustados reducen la carga de impacto en el punto muerto, lo que mejora la uniformidad y prolonga la vida útil de la herramienta.
Según las pruebas de servoprensado realizadas en sistemas compactos de 2 toneladas, la reducción de la carrera de 80 mm a 40 mm puede mejorar la eficiencia del ciclo en 35% y reducir el consumo de energía hasta en 40% por ciclo. La reducción de la distancia de recorrido también disminuye las vibraciones, lo que ayuda a mantener la planitud y las tolerancias dimensionales ajustadas (dentro de ±0,01 mm).
En términos prácticos, la optimización de la carrera no consiste en elegir "corta" o "larga". Se trata de adaptar el movimiento de la carrera a la carga de conformado y a la geometría de la pieza.
Principios básicos para la selección de la longitud de la carrera
La selección de la longitud de carrera para una servoprensa pequeña implica encontrar un equilibrio entre productividad, precisión y seguridad de las herramientas. Los siguientes principios de ingeniería guían esta decisión.
Adaptación de la carrera al tipo de aplicación
Los distintos procesos exigen comportamientos de carrera distintos:
| Tipo de proceso | Carrera típica | Enfoque del movimiento clave | Resultado |
|---|---|---|---|
| Blanqueo / acuñación | 15-40 mm | Acercamiento rápido, permanencia precisa | Máxima velocidad, mínimo desgaste |
| Conformado / Doblado | 40-80 mm | Movimiento y control equilibrados | Flexibilidad en todos los tipos de piezas |
| Embutición profunda / Conformado en varias etapas | 80-120 mm | Formación lenta cerca de BDC | Reducción de las arrugas, espesor de pared uniforme |
La elección de la carrera adecuada garantiza que cada proceso utilice el mínimo movimiento necesario para completar el proceso de formación. De este modo se minimiza el tiempo de inactividad al tiempo que se mantiene el perfil de presión adecuado.
Por ejemplo, una servoprensa que produzca pequeños terminales de cobre con una carrera de 30 mm puede alcanzar los 500 golpes por minuto. En cambio, la misma máquina, con una carrera de 90 mm para piezas de aluminio embutidas, puede funcionar a un tercio de esa velocidad, pero con una profundidad de conformado y una estabilidad del material mucho mayores.
Requisitos de materiales y troqueles
La selección de la carrera debe tener en cuenta la resistencia del material, el grosor y la altura de montaje de la matriz para garantizar unos resultados óptimos.
- Los materiales más finos y blandos (como el cobre o el aluminio) pueden formarse completamente en carreras más cortas.
- Los materiales más duros (como el acero inoxidable) pueden necesitar carreras más largas y perfiles de velocidad controlados para evitar el agrietamiento.
Igualmente importante es la altura de cierre, la distancia entre la corredera y el cabezal cuando el cilindro alcanza el punto muerto inferior. Si la carrera es demasiado corta, la matriz no puede cerrarse correctamente, con el riesgo de un conformado incompleto. Si es demasiado largo, la máquina desperdiciará energía o sufrirá un desgaste excesivo.
Las servoprensas solucionan este problema utilizando sensores de posición y fuerza para detectar el contacto de la matriz en tiempo real. El sistema de control se detiene automáticamente en el límite de conformado programado, evitando el exceso de recorrido y prolongando la vida útil de la matriz.
Equilibrio entre precisión y productividad
Los ingenieros deben equilibrar dos objetivos contrapuestos: velocidad y precisión. Una carrera más larga permite un conformado gradual con una distribución estable de la presión, pero prolonga la duración del ciclo. Una carrera más corta aumenta la velocidad, pero puede provocar un conformado incompleto si no se controla bien el flujo de material.
La tecnología servo resuelve este problema con curvas de aceleración programables. Durante el conformado, el servomotor desacelera con precisión cerca del punto muerto, creando un movimiento de "aterrizaje suave" que mantiene la precisión de la forma al tiempo que minimiza la tensión de la herramienta.
Los estudios sobre aplicaciones de microestampado demuestran que la aplicación de un tiempo de permanencia controlado de 50-150 ms cerca del BDC puede reducir el springback y mejorar la estabilidad de la forma hasta 20-30% en comparación con el conformado a velocidad constante.
Ventajas de la servotecnología en el control de carrera
La servotecnología ofrece a los ingenieros un nuevo nivel de libertad a la hora de definir cómo se mueve una prensa. Esta flexibilidad permite a las servoprensas pequeñas funcionar como varias máquinas en una, adaptándose a diferentes productos sin necesidad de cambiar el hardware.
Perfiles de carrera y movimiento programables
Un servoaccionamiento permite a los ingenieros programar el movimiento de la carrera con una precisión de posición de hasta 0,01 mm y perfiles de velocidad de movimiento tan precisos como incrementos de 1 ms. Esto significa que cada pieza puede tener su propia "receta" de movimiento. Esto significa que cada pieza puede tener su propia "receta" de movimiento.
Por ejemplo:
- Acercamiento rápido para acortar el recorrido en vacío.
- Formación lenta cerca del punto muerto inferior (PMI) para estabilizar el flujo de material.
- Tiempo de permanencia corto (50-150 ms) para liberar tensiones y mejorar la conservación de la forma.
- Retorno rápido para preparar el siguiente ciclo.
El software de control de movimiento servo puede almacenar múltiples configuraciones de carrera y cargarlas automáticamente en función del código de pieza o el ID de troquel, minimizando así el tiempo de cambio.
Esta versatilidad permite a una sola servoprensa de 3 toneladas realizar supresión, flexióny operaciones de conformado de poca profundidad sin necesidad de modificar el hardware, lo que ahorra horas de tiempo de ajuste mecánico en comparación con las prensas convencionales.
Eficiencia energética gracias al movimiento dinámico
El uso de energía es una ventaja medible del servocontrol. Las prensas tradicionales consumen la misma energía en cada ciclo porque deben moverse a lo largo de toda su carrera mecánica, incluso cuando la profundidad de conformado es escasa. Las servoprensas sólo utilizan el movimiento necesario.
Acortando la carrera de 80 mm a 40 mm y utilizando el frenado regenerativo durante la deceleración, el consumo de energía puede bajar de 0,75 kWh/100 ciclos a 0,45 kWh/100 ciclos, una mejora de la eficiencia de 40% medida en sistemas de pequeño tonelaje.
Esta optimización también reduce la acumulación de calor, las vibraciones mecánicas y el ruido, mejorando así la vida útil de los componentes a largo plazo.
A lo largo de un turno de producción completo, esta optimización puede ahorrar entre 8 y 12 kWh por máquina, lo que equivale a varios cientos de dólares de coste energético al mes en entornos de producción continua.
Respuesta de alta velocidad para la producción de piezas pequeñas
Los componentes electrónicos y médicos de precisión requieren velocidad y repetibilidad. Una servoprensa con una carrera corta programable (20-40 mm) puede alcanzar 400-600 SPM (carreras por minuto) manteniendo la consistencia de la fuerza dentro de ±1%.
Esta precisión de alta velocidad se consigue mediante algoritmos de control del vector de par que ajustan la potencia del motor en tiempo real en función de la carga. Dado que la aceleración y la deceleración se pueden programar de forma independiente, el sistema evita los sobreimpulsos y las vibraciones que pueden deformar las piezas pequeñas.
Cuando se utiliza en microestampación o fabricación de conectores, esta estabilidad se traduce directamente en menos rechazos, menor mantenimiento y mayor vida útil de las matrices.
Factores técnicos clave en la selección de la carrera
La selección de la carrera no es sólo una cuestión de rango mecánico, sino que implica cómo interactúan la fuerza, el desplazamiento y la sincronización del movimiento para producir resultados óptimos; los siguientes parámetros guían la optimización de la carrera en aplicaciones de servoprensa.
Compatibilidad de altura de cierre y configuración de troqueles
La altura de cierre determina la separación mínima entre la corredera y el cabezal en el punto muerto.
Un desajuste entre el rango de carrera y la altura de cierre puede provocar la deformación de la pieza o el fallo de la matriz.
Para mantener unos márgenes seguros:
- Mantenga una distancia de 10-15 mm entre el límite inferior de carrera y la altura del troquel.
- Utilice la función de parada electrónica del servo software para evitar el exceso de recorrido.
- Vuelva a calibrar la altura de cierre después de cualquier sustitución del troquel o ajuste de desgaste de la herramienta.
Las servoprensas con posicionamiento digital de carrera verifican automáticamente esta holgura a través de la retroalimentación del codificador, eliminando la necesidad de una alineación mecánica de prueba y error.
Relación fuerza-desplazamiento
En el conformado real, la prensa no aplica un tonelaje constante en toda la carrera.
La fuerza de conformado aumenta bruscamente a medida que el material cede y alcanza su punto máximo cerca del punto muerto, creando una curva de fuerza-desplazamiento que define cómo se deforma la pieza.
Una curva típica incluye cuatro regiones:
- Enfoque: Carga ligera, movimiento rápido.
- Deformación plástica: La fuerza aumenta bruscamente.
- Pico y zona de permanencia: Máxima carga de conformado; la velocidad disminuye para mayor precisión.
- Región de Springback: Ligero movimiento inverso para liberar la tensión interna.
El servocontrol permite una gestión precisa de cada región.
Los ingenieros pueden dar forma a la curva ajustando el par y la velocidad del motor, lo que garantiza que la fuerza máxima coincida exactamente con las necesidades de flujo de material, ni antes ni después.
Las pruebas realizadas en servoprensas de 1 tonelada que conformaban piezas de acero inoxidable de 0,6 mm mostraron que el control sincronizado del par reducía la variación de la carga máxima en 18%, lo que prolongaba la vida útil de la matriz en aproximadamente 25%.
Optimización del tiempo de ciclo
Cada milímetro innecesario de recorrido añade retraso. La servoprogramación permite que el límite de carrera cambie dinámicamente entre ciclos, lo que significa que el cilindro sólo se desplaza lo que requiere la profundidad de conformado.
Esta optimización puede reducir cada ciclo en 20-30%, lo que se traduce en varios miles de piezas extra al día en líneas de gran volumen. Cuando se combinan con sistemas de alimentación sincronizados, las servoprensas pueden mantener una sincronización precisa incluso cuando varía la longitud de la carrera, lo que elimina el desperdicio de movimiento y preserva la precisión.
Por ejemplo, acortar un ciclo de 0,6 s a 0,45 s puede parecer poco, pero a lo largo de 50.000 ciclos se obtienen 12.500 piezas más por turno con una potencia de entrada idéntica.
Errores comunes en la selección de la carrera
Incluso con servocontrol, una configuración incorrecta de la carrera puede provocar desperdicio de energía, daños en la herramienta o retrasos en la producción. Comprender estos errores ayuda a evitar la ineficacia y a mantener unos resultados de conformado uniformes.
1. Utilizar el mismo golpe para cada operación
Asunto:
Muchos operarios utilizan una carrera por defecto para todos los trabajos, independientemente de la altura de la pieza o de la profundidad de conformado.
Efecto:
Esto aumenta el movimiento en vacío, añade tiempo de ciclo y consume energía innecesaria.
Corrección:
Defina preajustes de carrera específicos para cada producto y tipo de material. Una carrera de 20 mm para cobre fino puede lograr la misma calidad de conformado que una carrera de 80 mm, con un tiempo de ciclo 40% más corto.
2. Sobreestimación del ictus "por seguridad"
Asunto:
Los operadores amplían la longitud de la carrera para evitar la colisión de la herramienta, creyendo que un recorrido más largo garantiza la holgura.
Efecto:
El exceso de movimiento provoca ciclos más lentos y un mayor desgaste de los componentes de la transmisión.
Corrección:
Utilice servosensores de posición y topes electrónicos. Mantienen una holgura segura sin prolongar el movimiento. La máquina se detiene dentro de ±0,01 mm de los límites programados, eliminando la sobrecarrera mecánica.
3. Ignorar la altura de cierre y la tolerancia de la pila de troqueles
Asunto:
Un desajuste entre la carrera y la altura de la pila de troqueles provoca un conformado insuficiente (demasiado corto) o una carga excesiva (demasiado largo).
Efecto:
Mala calidad de la pieza, presión desigual o agrietamiento de la matriz.
Corrección:
Recalibre la altura de cierre utilizando la lectura digital del servo. Mantenga una holgura de 10-15 mm más allá del cierre de la matriz para una expulsión segura y un conformado uniforme de las piezas.
4. Despreciar la curva fuerza-carrera
Asunto:
Establecer la carrera basándose sólo en la geometría, no en cómo se acumula la fuerza a lo largo de la carrera.
Efecto:
Los picos de carga excesivos o el flujo irregular de material pueden provocar un desgaste prematuro de la matriz.
Corrección:
Utilice la función de control de fuerza-desplazamiento del servosistema. Al modelar la curva para adaptarla al comportamiento del material, los ingenieros pueden reducir la carga máxima hasta 20%, estabilizando la precisión dimensional y prolongando la vida útil de la matriz.
5. No reevaluar la carrera tras cambiar de herramienta
Asunto:
Tras el mantenimiento o la sustitución de la herramienta, muchos operarios reutilizan los ajustes de carrera anteriores.
Efecto:
Los pequeños cambios dimensionales pueden provocar una sobrepresión o un conformado incompleto.
Corrección:
Vuelva a ejecutar un ciclo de calibración de carrera cada vez que se produzcan cambios en las herramientas. Las servoprensas con datos de movimiento almacenados permiten que este proceso sea rápido y repetible, garantizando una precisión de configuración constante.
Cuadro sinóptico: Errores comunes en la carrera y soluciones
| Error | Impacto de la ingeniería | Acción recomendada |
|---|---|---|
| Carrera fija para todos los trabajos | Desperdicio de energía, ciclos más lentos | Utilizar preajustes de trazo basados en la aplicación |
| Carrera demasiado larga "por seguridad" | Velocidad reducida, desgaste de componentes | Aplicar control digital de límites |
| Altura de cierre desajustada | Daños en la herramienta, mal conformado | Recalibrar después de ajustar el troquel |
| Ignorar la curva de fuerza | Sobrecarga, piezas incoherentes | Sintonizar el movimiento con la zona de máxima carga |
| Sin recalibrado posterior | Resultados incoherentes | Verificar la carrera después de cada cambio |
Conclusión
La selección de la longitud de carrera es uno de los parámetros más decisivos para determinar el rendimiento de las servoprensas pequeñas. No sólo afecta a la forma en que la prensa forma el metal, sino también a la eficacia de su funcionamiento y a la duración de las herramientas. Una carrera bien elegida minimiza el movimiento desperdiciado, mejora la eficiencia energética y mantiene la precisión de las piezas dentro de tolerancias estrictas.
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Durante los últimos 10 años, he estado inmerso en diversas formas de fabricación de chapa metálica, compartiendo aquí ideas interesantes de mis experiencias en diversos talleres.
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Kevin Lee
Tengo más de diez años de experiencia profesional en la fabricación de chapas metálicas, especializada en corte por láser, plegado, soldadura y técnicas de tratamiento de superficies. Como Director Técnico de Shengen, me comprometo a resolver complejos retos de fabricación y a impulsar la innovación y la calidad en cada proyecto.
