A conformação moderna de metais necessita de precisão, flexibilidade e boa utilização de energia. As prensas servo satisfazem estas necessidades através do controlo do curso da força. Esta tecnologia permite aos engenheiros definir e controlar a força aplicada em cada fase do curso da prensa.
As prensas mecânicas tradicionais movem-se a velocidades fixas. Oferecem pouco controlo após o início do curso. As prensas servo funcionam de forma diferente. Proporcionam um controlo total sobre o movimento. Os operadores podem ajustar a aceleração, a desaceleração, o tempo de paragem e a velocidade de retorno.
Este artigo explica como funciona o controlo força-curso. Explica também a sua importância na produção diária. O artigo demonstra como este controlo permite a produção de peças estáveis e de alta qualidade.
Como funciona o controlo do curso de força nas prensas servo？
As prensas servo utilizam motores eléctricos e sistemas de feedback para controlar o movimento do êmbolo e a pressão de formação. Esta secção explica o acionamento servo, os modos de controlo e o processo de feedback subjacente ao controlo preciso do curso.
Servoaccionamento e sistema de circuito fechado
No centro de uma prensa servo está um servomotor, que substitui o volante e a embraiagem utilizados nas prensas mecânicas. O motor acciona diretamente o cilindro e move-se apenas quando é comandado. Um codificador mede continuamente a posição do cilindro, enquanto o controlador ajusta instantaneamente o binário (força de rotação) para corresponder ao objetivo programado.
Esta configuração forma um sistema de controlo de circuito fechado, o que significa que se verifica e corrige continuamente durante cada curso. Se a pressão ou a posição real se desviar do objetivo, o controlador afina imediatamente o binário do motor para o voltar a alinhar.
Estudos de campo em moldagem de precisão demonstraram que o servo controlo em circuito fechado pode melhorar a precisão dimensional em 20-30% em comparação com os sistemas convencionais. Esta correção em tempo real também minimiza o impacto e a vibração da ferramenta, prolongando a vida útil da matriz e reduzindo a manutenção não planeada.
Em termos simples: A prensa "sente" o que está a acontecer durante a conformação e ajusta-se instantaneamente para manter cada peça dentro da tolerância.
Controlo de força e controlo de posição
As servo-prensas funcionam segundo dois modos de controlo principais: controlo da força e controlo da posição.
No controlo de força, o sistema mantém uma pressão específica ao longo do curso. Isto é essencial para processos como cunhagem, prensagem ou união, onde uma carga consistente é mais importante do que uma profundidade de curso exacta. A prensa monitoriza a força aplicada e ajusta a saída de binário para manter estável o valor programado.
No controlo de posição, o êmbolo segue uma trajetória de curso definida com precisão. Este modo é adequado para o corte, flexãoe corte, em que a geometria da peça depende da posição exacta do êmbolo.
Os sistemas servo modernos podem mesmo combinar ambos os modos num único ciclo de formação. Por exemplo, durante um operação de estiragem profundaSe a prensa tiver um controlo de posição para dar forma à peça em bruto, pode passar para o controlo de força para gerir o fluxo de metal e evitar o rasgamento.
Realimentação em tempo real e controlo adaptativo
Cada curso de uma prensa servo é monitorizado em tempo real. Os sensores medem a carga, o binário e a deslocação e transmitem esses dados à unidade de controlo. Se a curva de formação se desviar do caminho ideal, o controlador ajusta instantaneamente a velocidade ou o binário para o corrigir.
Este controlo adaptativo mantém a consistência no processo de conformação, mesmo quando se trabalha com diferentes lotes de material. Também ajuda a reduzir o retorno elástico, a tendência do metal para regressar à sua forma original após a conformação.
Os engenheiros podem visualizar estes resultados através de um gráfico de força-deslocamento, que mapeia a forma como o material responde à carga aplicada. Comparando as curvas reais e as curvas pretendidas, podem identificar o desgaste da ferramenta, otimizar o tempo de permanência e ajustar a velocidade de conformação para obter melhores resultados.
Porque é que o controlo do curso da força é importante？
O controlo da força-curso melhora a precisão da conformação, a flexibilidade e a eficiência energética. As subsecções seguintes mostram como melhora a qualidade da peça, a vida útil da ferramenta e a estabilidade do processo.
Melhoria da precisão e da qualidade das peças
As prensas mecânicas tradicionais funcionam com uma curva de movimento fixa e com um pico de força perto da parte inferior do curso. Uma vez que a velocidade e a carga não podem ser alteradas a meio do ciclo, isto conduz frequentemente a sobreformagem, deformação irregular e retorno elástico - especialmente quando se trabalha com chapas mais finas ou materiais de elevada resistência.
Uma prensa servo evita esta situação, ajustando a velocidade e a força ao longo do curso. O cilindro pode aproximar-se rapidamente, abrandar durante a conformação e aplicar uma pressão controlada onde o material mais necessita. Isto evita o rasgamento e assegura uma deformação uniforme em toda a peça de trabalho.
Estudos realizados no sector automóvel e no fabrico de electrodomésticos mostram que um controlo preciso do movimento pode reduzir o retorno elástico em 40-50% e melhorar a repetibilidade dimensional em 25-30%. Uma vez que a prensa monitoriza e ajusta cada ciclo, compensa automaticamente as diferenças de lote de material ou o desgaste da ferramenta.
Flexibilidade de processo melhorada
Cada trabalho de conformação tem necessidades de movimento diferentes. Alguns processos requerem uma força constante; outros exigem ciclos rápidos ou longos tempos de paragem. As prensas servo tornam esta flexibilidade possível através de perfis de movimento programáveis - "receitas" digitais que definem a forma como o cilindro se move do início ao fim.
Um perfil típico pode incluir:
- Abordagem rápida para reduzir o tempo de inatividade.
- Formação lenta para permitir um fluxo suave do material.
- A Dwell ajuda aliviar o stress e melhorar a recuperação dimensional.
- Regresso rápido para uma rotação mais rápida do ciclo.
Estas sequências de movimento podem ser guardadas, reutilizadas e modificadas em qualquer altura sem alterar os componentes mecânicos. Uma única prensa servo pode mudar de estampagem profunda para cunhagem ou gravação em minutos, bastando carregar um novo programa.
Eficiência energética e de ferramentas
As prensas servo consomem energia apenas quando se movem ou aplicam força, ao contrário das prensas mecânicas ou hidráulicas que consomem energia continuamente. Os dados de campo das linhas de produção mostram poupanças de energia de 30-40%, dependendo da complexidade do ciclo e da carga de trabalho.
O movimento suave e controlado também reduz o impacto da matriz e a vibração da máquina. Em vez de golpear com força total a cada ciclo, o servomotor pode facilitar o contacto, reduzindo a tensão nas superfícies das ferramentas. Isto normalmente aumenta a vida útil da matriz em 25-30% e reduz a necessidade de realinhamento ou polimento frequentes.
Estabilidade do processo e resultados previsíveis
A maior força das prensas servo reside na sua repetibilidade. Uma vez que o controlador ajusta o binário e a posição em tempo real, cada curso apresenta a mesma curva de carga e profundidade de curso.
Esta consistência assegura uma produção estável e resultados previsíveis, reduzindo a necessidade de afinação manual ou de inspeção pós-processo. O sistema de controlo regista dados de força, posição e tempo de espera para cada ciclo - criando uma impressão digital para cada peça.
Comparação entre o comportamento da prensa servo e da prensa tradicional
Diferentes prensas formam metal de várias maneiras. Aqui, comparamos prensas mecânicas, hidráulicas e servo-prensas para realçar as suas diferenças em termos de velocidade, precisão e eficiência.
Prensa Mecânica
Uma prensa mecânica utiliza um volante, uma embraiagem e uma cambota para mover o aríete num padrão fixo. O volante armazena energia e liberta-a uniformemente ao longo do curso, atingindo a sua força máxima perto do final do curso. Este movimento é rápido e direto, o que torna as prensas mecânicas ideais para corte, perfuração e moldagem superficial.
No entanto, a velocidade não pode mudar a meio do ciclo. Ao formar formas complexas ou materiais de alta resistência, este movimento fixo causa frequentemente retorno elástico, rasgões ou deformações irregulares. O aríete embate na matriz a toda a velocidade, gerando vibrações elevadas, ruídos fortes e um desgaste significativo da ferramenta.
Pressão hidráulica
Uma prensa hidráulica utiliza a pressão do óleo para acionar o cilindro. Pode aplicar a tonelagem total em qualquer ponto do curso, o que a torna ideal para estiramento profundo ou formação de materiais mais espessos. Os operadores podem ajustar facilmente a pressão de formação, mas a velocidade de movimento permanece mais lenta e menos reactiva.
Os sistemas hidráulicos também requerem um funcionamento contínuo da bomba, o que consome energia mesmo durante períodos de inatividade. As alterações de temperatura afectam a viscosidade do óleo e o controlo da pressão, resultando num desempenho inconsistente entre ciclos. Estes sistemas exigem uma manutenção regular para evitar fugas e contaminação.
Prensa Servo
Uma prensa servo substitui o volante ou a bomba hidráulica por um servo motor programável. Este motor pode arrancar, parar, inverter e mudar de velocidade instantaneamente. Os engenheiros podem definir cada fase do curso - incluindo aceleração, desaceleração, paragem e retorno - num perfil de movimento personalizado.
Por exemplo, a prensa pode aproximar-se rapidamente, abrandar para a conformação, manter-se em espera por breves instantes para aliviar o stress e depois regressar à velocidade máxima. Esta flexibilidade garante um fluxo de metal consistente e um melhor acabamento da superfície.
Comparação de desempenho num relance
| Recurso | Prensa Mecânica | Pressão hidráulica | Prensa Servo |
|---|---|---|---|
| Velocidade | Muito elevado (fixo) | Moderado | Ajustável (rápido ou lento) |
| Controlo da força | Limitado | Excelente | Excelente (programável) |
| Eficiência energética | Baixo | Baixo | Elevado (a pedido) |
| Manutenção | Moderado | Elevado (sistema de óleo) | Baixa a moderada |
| Precisão | Médio | Alto | Muito alto |
| Ruído e vibração | Alto | Baixo | Muito baixo |
| Ideal para | Corte simples, perfuração | Estiramento profundo, peças espessas | Conformação de precisão, produção de alta mistura |
Impacto económico e prático
Apesar de as prensas servo terem um custo inicial mais elevado, o seu retorno é normalmente compensado em 2-3 anos através de um menor consumo de energia, menor desgaste das ferramentas e tempos de configuração mais curtos. A sua capacidade de armazenar e recuperar programas de movimento elimina a necessidade de mudanças mecânicas, minimizando assim o tempo de paragem da produção.
Para os fabricantes que equilibram vários tipos de produtos e materiais, as prensas servo oferecem a precisão do sistema hidráulico e a velocidade dos sistemas mecânicos.
Controlo força-curso para materiais avançados
Os materiais avançados, como os aços de alta resistência e o alumínio, requerem condições de conformação controladas. Esta parte explica como as prensas servo gerem a tensão, reduzem o retorno elástico e aprendem com os dados do processo.
Trabalhar com aço de alta resistência e ligas leves
O aço de alta resistência pode suportar mais tensão do que o aço macio, mas essa mesma resistência dificulta a sua deformação. Se a prensa aplicar força demasiado rapidamente, o metal pode rasgar-se ou deformar-se de forma irregular. Uma prensa servo resolve este problema, permitindo que o cilindro abrande durante o contacto e aumente a força gradualmente. Este movimento suave permite que o material flua uniformemente através da matriz, distribuindo a tensão de forma mais uniforme.
As ligas leves como o alumínio têm um comportamento diferente. São mais macias e mais elásticas, o que significa que são propensas ao retorno elástico - quando a peça tenta regressar à sua forma original após a conformação. Uma prensa servo pode manter o êmbolo durante um breve período de tempo na parte inferior do curso, permitindo que as tensões internas relaxem antes de se retraírem. Esta curta pausa aumenta a precisão dimensional e reduz a necessidade de correcções pós-formação.
Redução do retorno elástico em painéis formados
O retorno elástico continua a ser um dos maiores desafios na conformação de chapas metálicas. Quando a força de conformação é removida, a tensão residual no interior do metal provoca uma ligeira flexão ou distorção da forma. Mesmo um pequeno ângulo de retorno elástico pode causar um desalinhamento ou um mau ajuste durante a montagem.
As prensas servo minimizam o retorno elástico através de um controlo de velocidade variável e de uma gestão precisa do tempo de espera. Ao desacelerar antes do ponto morto inferior, o cilindro aplica uma distribuição de pressão mais uniforme. A manutenção dessa pressão durante alguns milissegundos permite que o material se estabilize antes de ser libertado.
Estudos realizados na conformação de painéis de carroçaria automóvel demonstraram que o movimento servo optimizado pode reduzir o retorno elástico em 30-40% em comparação com os sistemas mecânicos. Esta melhoria traduz-se num melhor ajuste da peça, redução do retrabalho e tempos de ajuste mais curtos nas linhas de montagem.
Otimização baseada em dados e aprendizagem contínua
Cada curso de uma prensa servo gera dados detalhados do processo - incluindo curvas de força, posição e deslocação. Esta informação ajuda os engenheiros a compreender como o material responde a definições de movimento específicas. Se um determinado lote apresentar um pequeno desbaste ou enrugamento, os dados de força-deslocamento registados podem revelar onde começou o desvio.
Ao longo do tempo, estes dados formam uma base de conhecimento digital. Permite que as equipas prevejam o desgaste das ferramentas, antecipem a variação do material e optimizem os perfis de curso para futuras execuções. Quando ligadas às redes da fábrica, várias prensas servo podem partilhar informações, permitindo a otimização em tempo real nas linhas de produção.
Conclusão
O controlo força-curso é a caraterística chave que separa as prensas servo de outros métodos de conformação. Permite aos engenheiros controlar a velocidade, a posição e a força ao longo de todo o curso. Este controlo cria um processo de conformação que é preciso, estável e repetível.
As prensas mecânicas e hidráulicas funcionam de forma fixa. Não podem mudar de movimento uma vez iniciado o curso. Uma prensa servo funciona em tempo real. Move-se rapidamente quando não há carga. Abranda durante a formação. Também pode ser mantida na parte inferior para libertar a tensão.
Este movimento controlado melhora a precisão das peças. Também ajuda a proteger a matriz. É necessário menos retrabalho. O consumo de energia é menor.
Pretende melhorar a precisão da conformação ou reduzir a variabilidade no seu processo de produção? A nossa equipa de engenharia pode ajudar a avaliar as suas peças, otimizar os perfis de movimento e recomendar soluções baseadas em servo adaptadas aos seus objectivos de fabrico. Contacte-nos hoje para discutir o seu projeto ou solicitar uma análise gratuita da capacidade de fabrico com os nossos engenheiros de processos.
Olá, chamo-me Kevin Lee
Nos últimos 10 anos, tenho estado imerso em várias formas de fabrico de chapas metálicas, partilhando aqui ideias interessantes a partir das minhas experiências em diversas oficinas.
Entrar em contacto
Kevin Lee
Tenho mais de dez anos de experiência profissional no fabrico de chapas metálicas, especializando-me em corte a laser, dobragem, soldadura e técnicas de tratamento de superfícies. Como Diretor Técnico da Shengen, estou empenhado em resolver desafios complexos de fabrico e em promover a inovação e a qualidade em cada projeto.
