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Exploração de sistemas de fabrico flexíveis na estampagem

Última atualização:
16 de maio de 2024
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Índice

A linha de produção de estampagem automática é constituída pela máquina principal e pelo equipamento periférico, capaz de realizar processos de estampagem de alta velocidade, automatizados e flexíveis. A máquina principal refere-se a várias prensas e outras ferramentas de maquinagem necessárias para completar as operações de estampagem, enquanto o equipamento periférico se refere a vários dispositivos automatizados, dispositivos de deteção, sistemas de controlo, etc., necessários para completar várias tarefas auxiliares na produção automática.

O grau de automatização da linha de produção, o modo de combinação da prensa, o tipo e a função dos dispositivos de automatização e o sistema de controlo devem ser determinados com base em factores como a forma e a dimensão do produto, o processo de estampagem, a escala de produção e as condições de produção. A conceção, o fabrico e a utilização de linhas de produção de estampagem automatizadas devem ter em conta tanto o avanço técnico como a racionalidade económica.

Os materiais em bruto utilizados na linha de produção de estampagem automática dividem-se em duas categorias principais: materiais em bobina e em folha, que devem corresponder a diferentes tipos e funções de dispositivos de automatização. Por exemplo, as grandes linhas de produção de estampagem automática de peças de carroçaria para automóveis utilizam normalmente material em folha como peças em bruto após o corte.

Os dispositivos de automatização habitualmente utilizados incluem: dispositivos de alimentação de desempilhamento, máquinas de limpeza e lubrificação, alimentadores de centragem, robots (ou manipuladores) de carga e descarga, transportadores de correia, carrinhos de vaivém, dispositivos de mudança rápida de molde, equipamento de fim de linha, etc. Este tipo de linha de produção de estampagem adopta frequentemente uma disposição de oficina em série (ver Figura 1), com prensas e transportadores interprocessuais dispostos em linha reta.

Figura 1 Linha de produção de estampagem em série
Figura 1 Linha de produção de estampagem em série

1-Dispositivo de alimentação automática
2-Pressão
3-Dispositivo de transporte
4-Mecanismo de saída

As prensas de alta velocidade utilizam frequentemente material laminado como peças em bruto. Os dispositivos de automação comuns incluem: desbobinadores, máquinas de nivelamento, máquinas de limpeza e lubrificação, alimentadores pneumáticos, equipamento final, etc. Os parâmetros técnicos relevantes devem ser determinados com base no material em bruto, na forma, na dimensão das peças e noutros requisitos técnicos.

De acordo com as características da ligação entre processos, as linhas de produção de estampagem automática podem ser divididas em linhas de ligação rígida e linhas de ligação flexível. Numa linha de ligação rígida (ver Figura 2a), os dispositivos de transporte entre equipamentos estão ligados de forma rígida, não existem reservas de produtos semi-acabados entre processos e é necessária uma sincronização rigorosa de cada equipamento. A desvantagem é que quando uma peça falha, toda a linha de produção tem de ser parada.

Figura 2 A ligação entre processos na linha automatizada
Figura 2 A ligação entre processos na linha automatizada

a) Linha de ligação rígida
b) Tubo de ligação flexível
1-Dispositivo de alimentação automática
2-Pressão
3-Dispositivo de transporte
4-Mecanismo de saída
5-Dispositivo de armazenamento
6-Elevador
7-Hopper

Na linha de contacto flexível (ver Figura 2b), os dispositivos de armazenamento e as tremonhas são colocados entre equipamentos para armazenar uma parte dos produtos semi-acabados, pelo que não é necessária uma coordenação absoluta entre equipamentos. Quando um dispositivo individual falha, é permitido parar por um curto período de tempo sem necessidade de parar toda a linha. A desvantagem é que o ritmo de produção da linha de produção deve ser determinado pelo equipamento com a taxa de produção mais baixa, resultando numa menor utilização do equipamento.

I. Linha de produção de estampagem automatizada em grande escala

A linha de produção de estampagem automatizada em grande escala é utilizada principalmente para a produção de estampagem de peças de grandes dimensões, como painéis de carroçaria para automóveis, consistindo normalmente em várias prensas de grandes dimensões dispostas em série, com uma eficiência de produção que mais do que duplica em comparação com as linhas manuais. Os tipos comuns de dispositivos de automatização incluem manipuladores de estampagem, robots, sistemas de transporte do tipo garra, sistemas de transporte de barras transversais oscilantes e sistemas de transporte rápido de barras transversais.

A primeira linha de produção de estampagem automatizada de grande escala produzida a nível nacional com um nível avançado internacional foi colocada em funcionamento em setembro de 1995 na Chongqing Changan Automobile Company, concebida e fabricada em cooperação entre a Jinan Second Machine Tool Factory e a American SI Robotics Company, com base na transformação de uma linha de produção de prensas de operação manual existente.

O sistema de automação é composto por 1 conjunto de dispositivos de alimentação de desempilhamento, 5 conjuntos de manipuladores de carga, 5 conjuntos de manipuladores de descarga, 4 conjuntos de dispositivos de transferência de vaivém, 10 estações de operação e 5 conjuntos de armários eléctricos de controlo.

Em 1997, o Departamento de Engenharia Robótica do Instituto de Automação de Shenyang, da Academia Chinesa de Ciências, desenvolveu uma linha de produção automatizada de estampagem de painéis de carroçaria do sedan Jetta para a FAW-Volkswagen, composta por 6 prensas, 6 conjuntos de manipuladores de carga, 6 conjuntos de manipuladores de descarga, 1 dispositivo de transferência de inversão, 4 dispositivos de transferência de vaivém e 1 dispositivo de estratificação magnética.

1. Manipuladores de estampagem, robots

Os manipuladores e robôs de estampagem podem simular acções manuais para completar a carga e a descarga automáticas, apresentando uma boa flexibilidade de produção e uma elevada eficiência de produção. Podem satisfazer as necessidades de produção flexível de múltiplas variedades e de lotes médios a grandes. Podem formar uma unidade de estampagem automática de máquina única com uma única prensa ou uma linha de produção de estampagem automática com várias prensas, tornando-os dispositivos de transporte de estampagem automática amplamente utilizados.

Os robots e manipuladores de estampagem utilizam normalmente ventosas de vácuo para agarrar as peças de trabalho, permitindo uma rápida substituição e desmontagem global, adaptando-se às necessidades de produção de peças estampadas de diferentes formas e tamanhos, e evitando eficazmente riscos e abrasões na superfície das peças de trabalho. Durante o movimento, as ventosas de vácuo não devem interferir com a prensa, moldes, etc.

O manipulador de estampagem é montado na parte da frente ou de trás da coluna da prensa ou da viga superior, como mostra a figura 3. De acordo com a sua função, podem ser divididos em manipuladores de carga e descarga, ambos com estruturas mecânicas e princípios de funcionamento semelhantes, completando, respetivamente, as acções de transferência da chapa metálica da estação de recolha para o interior do molde, e de remoção da peça formada do molde e transferência para a estação de recolha da prensa seguinte.

Figura 3 Método de instalação do manipulador de carga e descarga
Figura 3 Método de instalação do manipulador de carga e descarga

Com base no método de acionamento das ventosas de vácuo, os manipuladores de estampagem dividem-se em tipos como linear, braço oscilante e composto. Podem ser projectados e fabricados de acordo com as condições específicas do local e os requisitos técnicos. A figura 4 mostra dois tipos de manipuladores de carga e descarga desenvolvidos pela empresa sueca AP&T, sendo o tipo CD linear e o tipo FA de braço oscilante, capazes de suportar um peso máximo de 100 kg.

Figura 4 Manipuladores de carga e descarga
Figura 4 Manipuladores de carga e descarga

a) Tipo de CD
b) Tipo FA (manipulador duplo)

A caraterística dos robots de estampagem é a sua elevada flexibilidade, sem ligação mecânica à prensa, o que facilita a produção normalizada e a fácil instalação e ajuste. A desvantagem é uma eficiência de produção ligeiramente inferior e a inadequação para longas distâncias de transporte. Os robôs de estampagem utilizam normalmente servomotores de corrente alternada para a condução, com ajuste flexível da velocidade, do curso e de outros parâmetros, e podem alcançar uma ligação multieixos para executar várias trajectórias espaciais complexas.

Antes de trabalhar, o robô de estampagem deve ser programado para que as suas acções e tarefas sejam coordenadas com a prensa, obtendo-se um controlo contínuo da trajetória. Os principais métodos de programação incluem a programação offline, o ensino online e uma combinação de planeamento offline e ensino online.

As empresas famosas que produzem robôs a nível internacional incluem a ABB, a KUKA, etc. Os robôs KUKA suportam vários barramentos de controlo industrial padrão, incluindo: Interbus, Profibus, Devicenet, Canbus, Control-net, EtherNet, Remote I/O, etc. Ao instalar o software Soft PLC, o robô pode controlar diretamente toda a linha de produção e até mesmo toda a oficina. O robô está equipado com um dispositivo de ensino portátil, que permite uma programação flexível e rápida das acções.

2. Sistema de transporte rápido de barras transversais

Em 2004, a Müller Wanjia Dun Corporation, da Alemanha, desenvolveu com sucesso um sistema de transporte rápido automatizado do tipo barra transversal (SpeedBAR) para utilização em linhas de produção de prensas tandem. Trata-se de um mecanismo de transporte automatizado que se situa entre os braços robóticos convencionais e os sistemas de transporte de barras transversais de prensas multi-estações, apresentando flexibilidade, simplicidade, velocidade e eficiência. Pode efetivamente assegurar uma elevada flexibilidade dos produtos e uma elevada eficiência da produção, reduzindo o investimento em equipamento e os custos de produção.

Como mostram as Figuras 5 e 6, o sistema de transporte rápido por travessas consiste em várias unidades de transmissão modularizadas fixadas entre as colunas da prensa, accionadas por servomotores, equipadas com duas calhas de guia telescópicas ao longo da direção do movimento. Através da instalação de ventosas nos trilhos de guia telescópicos, as peças podem ser recolhidas de uma prensa e entregues diretamente na prensa seguinte, sem necessidade de estações de transmissão intermédias.

Figura 5 Diagrama esquemático do sistema de transporte rápido de barras transversais
Figura 5 Diagrama esquemático do sistema de transporte rápido de barras transversais
Figura 6 Diagrama esquemático do ciclo de movimento do sistema de transporte rápido de travessas
Figura 6 Diagrama esquemático do ciclo de movimento do sistema de transporte rápido de travessas

a) Posição inicial
b) Apanhar
c) Transporte
d) Colocação

As principais características técnicas são as seguintes:

(1) Apenas um conjunto de transportadores lineares monolíticos liga as duas prensas, sem estações de transição intermédias, reduzindo o número de dispositivos de automatização.

(2) A estrutura mecânica do transportador é altamente rígida, o processo de movimento é suave e fiável, o que pode aumentar significativamente a velocidade de transporte e melhorar o ritmo de produção.

(3) Não são necessários carrinhos de transporte, o que reduz a distância entre as prensas e diminui a área ocupada pela linha de produção de estampagem.

(4) O dispositivo de ação final é montado numa barra transversal guiada por carris em ambos os lados, de acordo com a forma da peça de trabalho, e a sua área efectiva pode cobrir toda a mesa de trabalho das prensas dianteira e traseira.

(5) O dispositivo de regulação de vários graus de liberdade integrado na barra transversal permite regulações até 5 graus de liberdade, possibilitando o reposicionamento arbitrário da peça de trabalho entre duas estações (ver Figura 7). As funções de cada eixo CNC são as seguintes:

Figura 7 Diagrama esquemático da deslocação da barra transversal
Figura 7 Diagrama esquemático da deslocação da barra transversal
  • Eixo 1 (Axia1): Elevação e descida da peça de trabalho;
  • Eixo 2 (Axia2): Avanço da peça de trabalho, retorno;
  • Eixo 3 (Axia3): Rotação da peça de trabalho;
  • 4 eixos (Axia4): Movimento lateral da peça de trabalho;
  • 5 eixos (Axia5): Inclinação da peça de trabalho.

Além do SpeedBAR, o sistema de transporte automático da Miller Wanjia Dun também inclui braço oscilante, braço giratório, etc.

3. Dispositivo de alimentação para desempilhamento

A função do dispositivo de alimentação de desempilhamento é separar corretamente as folhas da pilha de acordo com o ritmo de produção determinado e transportá-las sequencialmente para a estação de recolha do dispositivo de alimentação da primeira prensa.

O dispositivo é normalmente constituído por uma palete, um dispositivo de elevação, um dispositivo de separação magnética e de deteção de material duplo, um dispositivo de elevação por sucção, um dispositivo de transporte por correia magnética, um dispositivo de limpeza e lubrificação, um dispositivo de transporte de folhas, um dispositivo de posicionamento centralizado, etc.

4. Dispositivo de transporte de vaivém

Ao reequipar tecnicamente uma linha de produção de estampagem ativa, normalmente não é possível mudar a posição de instalação da prensa. Para satisfazer os requisitos de transporte de peças de trabalho a longa distância entre duas prensas e para melhorar a eficiência da produção da linha de produção, deve ser instalado um dispositivo de transporte de vaivém de acordo com as condições no local. Para as linhas de produção que começam com uma prensa de dupla ação, deve também ser instalado um mecanismo de inversão da peça de trabalho entre a primeira e a segunda prensa.

5. Sistema de controlo elétrico

A linha de produção de estampagem automática é um sistema complexo composto por várias ligações e vários dispositivos. Os sistemas de controlo para definir, ajustar, interligar e proteger vários dispositivos na linha de produção são muito complexos. Se qualquer ligação, como a prensa, o molde, os materiais, o próprio robô, o dispositivo de transmissão ou o sistema pneumático, tiver um problema ou não cumprir os requisitos da produção automatizada, isso afectará diretamente o bom funcionamento de toda a linha de produção. O sistema de monitorização pode detetar factores anormais durante o processo de estampagem e fazer julgamentos e manipulações razoáveis.

A máquina principal da linha de produção e o equipamento circundante estão interligados através de interfaces de controlo para transmitir informações de controlo, informações de movimento e informações de falhas, conseguindo a ligação e o encravamento entre o transporte da peça de trabalho e o movimento da prensa deslizante.

Os sistemas de controlo tradicionais utilizam métodos de controlo centralizados. Com o desenvolvimento de tecnologias como barramentos de campo, E/S distribuídas e comunicação digital em rede, o método de controlo de E/S distribuídas baseado em barramentos de campo tem sido amplamente adotado.

Os métodos de controlo distribuído têm vantagens como tempos de resposta rápidos e grandes capacidades de transmissão de dados. Os sinais dos componentes são processados nas proximidades e os actuadores e sensores estão diretamente ligados ao sistema de automação, com sinais transmitidos ao processador através de um bus de dados. Isto reduz as ligações intermédias e melhora os tempos de resposta.

O diagnóstico remoto de avarias e a manutenção do sistema através de um sistema de diagnóstico remoto de avarias baseado na Internet podem reduzir eficazmente o tempo de tratamento das avarias e os custos de manutenção, e a sua aplicação está a generalizar-se cada vez mais. Através da tecnologia de rede, a transferência de informação entre diferentes dispositivos pode ser efectuada e ligada à rede de gestão da produção da fábrica.

II. Unidade de estampagem automática com prensa de alta velocidade

No domínio da produção de pequenos componentes electrónicos, tais como quadros de ligações IC e conectores, as prensas de alta velocidade são o principal equipamento de processamento. Sob condições de uma pressão nominal de 100kN e um curso de pressão nominal de 8mm, a frequência do curso do cursor atingiu até 4000 vezes/min. As peças em bruto são geralmente em forma de bobina, e o dispositivo de estampagem automatizado é composto por um desbobinador, um nivelador, um alimentador e um coletor accionados por came e um sistema de controlo de deteção, formando um conjunto unificado com a máquina principal.

Para mais informações sobre a máquina principal da prensa de alta velocidade, consulte o Volume III deste manual. Uma vez que a frequência do curso do cursor da prensa de alta velocidade é muito superior à das prensas normais, o desempenho e a fiabilidade do equipamento periférico são de grande importância para garantir processos de produção seguros, fiáveis e estáveis.

O ritmo de alimentação do mecanismo de alimentação automática deve ser rigorosamente sincronizado com a prensa. Quando o cursor se move para baixo para iniciar a estampagem no molde inferior, o mecanismo de alimentação deve ter concluído a ação de alimentação. Após o fim da estampagem, o controlo deslizante faz com que o molde superior regresse, e a alimentação só pode começar depois de o molde superior ter saído completamente do material.

Para moldes equipados com pinos-guia, o mecanismo de alimentação deve também ter uma função de relaxamento da fixação, de modo a que o material esteja num estado flutuante antes de o molde superior perfurar o material, com os pinos-guia a fornecerem um posicionamento preciso. Antes de os pinos-guia saírem do material, este deve regressar a um estado de fixação.

Os principais tipos incluem: dispositivos de alimentação de rolos com embraiagens de rolos irregulares, com um ritmo de alimentação máximo de cerca de 800 vezes/minuto e uma precisão de alimentação de ±0,05mm; dispositivos de alimentação de rolos com mecanismos de indexação de cames sem-fim e engrenagens de rolos, com um ritmo de alimentação máximo de 2000 vezes/minuto e uma precisão de alimentação de ±0,02mm; dispositivos de alimentação de rolos pendulares e de tipo pinça; dispositivos de alimentação pneumática, etc.

III. Unidade de estampagem automatizada de prensas de pequena e média dimensão

Equipar uma prensa de uso geral de pequena e média dimensão com um dispositivo de alimentação automática pode formar uma unidade de estampagem automatizada de máquina única, alcançando a automatização de processos simples ou múltiplos e a estampagem contínua, melhorando a eficiência da produção e a flexibilidade do processo de produção.

A Figura 8 mostra uma unidade de estampagem automatizada para prensas de pequena e média dimensão desenvolvida pela empresa sueca AP&T, utilizada para produzir peças de painéis de fornos eléctricos domésticos, com uma variedade de produtos e grandes volumes de produção.

Figura 8 Unidade de estampagem automatizada de prensas de pequena e média dimensão
Figura 8 Unidade de estampagem automatizada de prensas de pequena e média dimensão

1, 2 - Prensa hidráulica
Plataforma de 3 empilhamentos
Máquina de descarga de 4 paletes
Trilhos de guia de troca de 5, 7 moldes
6-Robô de carga e descarga
Tabela de transferência de 8 transmissões
9-Correia transportadora de saída de peças de trabalho
10-Plataforma de manutenção
11, 12, 14 - Armário elétrico
13-Consola central de controlo

A linha de produção é composta por duas prensas hidráulicas de 4000kN, quatro braços robóticos de carga e descarga, um carregador de paletização e um sistema de troca rápida de moldes, capaz de realizar vários processos, como corte, estampagem profunda e conformação, com uma taxa de produção de 5 a 8 ciclos/min. As especificações das peças em bruto variam entre um máximo de 1200mm x 1000mm e um mínimo de 300mm x 300mm. O processo de ação é o seguinte.

Primeiro, a palete é enviada para a plataforma de empilhamento, o braço de desempilhamento com uma ventosa de vácuo move-se para baixo, agarra a chapa metálica superior e um dispositivo de deteção de material duplo verifica automaticamente se a chapa metálica é única. Após confirmação, a chapa metálica é enviada para a plataforma de transferência para limpeza, lubrificação, posicionamento e carregada na primeira prensa hidráulica pelo robô de carregamento com uma ventosa de vácuo.

Após a conclusão da estampagem, o robô de descarga instalado no outro lado da prensa retira as peças formadas do molde, coloca-as na mesa de transferência e a segunda prensa hidráulica e os seus robôs de carga e descarga completam o segundo processo de estampagem. As peças estampadas são então transportadas para fora da máquina através de uma correia transportadora.

A figura 9 mostra uma linha de estampagem automática de anilhas de impulso, adequada para a produção de estampagem de vários tipos de anilhas de impulso, com uma capacidade de produção de 8,2 milhões de peças/ano. Esta linha de produção pode completar automaticamente todo o processo de produção de estampagem de anilhas de impulso, incluindo: limpeza de matérias-primas, escovagem com óleo, estampagem (corte, dobragem, conformação), enfileiramento de peças estampadas, encaixotamento automático, etc.

Figura 9 Linha de produção de estampagem de anilhas axiais
Figura 9 Linha de produção de estampagem de anilhas axiais

a) Esquema automático de linhas
b) Fluxograma de linha automática

Toda a linha é composta por uma máquina de endireitar, um escorrega de alimentação com rolos, uma máquina de aquecimento por infravermelhos, uma máquina de escovar a óleo, uma prensa, um mecanismo de enfileiramento, uma máquina de encaixotar e uma mesa de controlo, etc. É adequado para muitos tipos de mecanismos de transmissão para unidades de estampagem automáticas de prensas médias e pequenas, que devem ser concebidas e fabricadas de acordo com requisitos de ligação específicos. O quadro 1 apresenta uma lista de vários mecanismos de transporte utilizados habitualmente.

Quadro 1 Mecanismos de transporte da linha automática de estampagem

TipoCaracterísticas estruturaisCaracterísticas de funcionamento
Transportadores de gravidade, de força inercial
a) Calha de escoamento
b) Percurso dos rolos
Utiliza a gravidade das próprias peças ou a força de inércia que actua sobre as peças após o processamento para conseguir o transporte das peças
Transportadores de correia e de correnteTransporte contínuo de peças através de transmissão mecânica. Durante o processamento, as peças devem ser retiradas do transportador, pelo que são necessários mecanismos adicionais de carga e descarga.
Elevador do tipo raspador
1-Correia transportadora
2-Escraper
Roda de 3 guias
Utiliza uma corrediça para fazer deslizar diretamente as peças para o tapete transportador para serem levadas pelo raspador. Baixo custo de fabrico, vasta gama de aplicações.
Elevador do tipo balde
1-Deslizamento
2-Roda motriz
3-Bucket
4 correias
5-Placa de receção
Geralmente usado para elevação vertical, pode ser inclinado para 65 ° ~ 75 ° quando necessário, a velocidade de trabalho da correia é de cerca de 0,2 ~ 0,4 m / s
Elevador de tipo corrente1-Hopper
2-Blank
3-Camada em espiral
4-Ranhura de guia
5-Sprocket
6-Seletor
7-Chain
O excêntrico 3 agita-se de modo a que a cauda da peça em bruto caia na ranhura de guia inclinada, enquanto a cabeça se apoia no ombro da ranhura, sendo movida pelo seletor na corrente, normalmente utilizado para peças do tipo haste com cabeças
Transportador de vaivém 1-Peça de trabalho
2-Garras de alimentação
3-Garras fixas
A placa de empurrar equipada com garras de alimentação alterna linearmente para empurrar a peça de trabalho, e a peça de trabalho que foi alimentada é bloqueada pela garra fixa 3 (backstop) e não retorna
Ventosa de vácuo
1 cilindro
2-Roupas
3-Chapa basculante
4-Vaca de aspiração
5-Correia transportadora
Utilize o flipper para virar a peça de trabalho 180°, depois o transportador e o alimentador enviam-na para a prensa seguinte
Virador de pratos
1 cilindro
2-Roupas
Placa 3-Flip
Ventosa de 4 vácuos
5-Correia transportadora
Utilize o flipper para rodar a peça de trabalho 180° e, em seguida, envie-a para a prensa seguinte através do transportador e do alimentador.

A figura 10 mostra o dispositivo de alimentação e desempilhamento de chapas metálicas do tipo BF fabricado pela AP&T da Suécia, com especificações de chapas de 180mm×300mm~

2500mm×3500mm, o peso máximo de uma única peça em bruto é de 50kg.

Figura 10 Dispositivo de alimentação e desempilhamento de chapas metálicas do tipo BF
Figura 10 Dispositivo de alimentação e desempilhamento de chapas metálicas do tipo BF

A figura 11 mostra o alimentador pneumático produzido pela Herrblitz Modular System de Itália. O dispositivo utiliza ar comprimido para a alimentação por etapas e pode ser integrado com desbobinadores, niveladores e outros equipamentos para formar um sistema automatizado de alimentação de material de estampagem de bobinas, apresentando boa versatilidade e forte aplicabilidade.

Figura 11 Alimentador pneumático
Figura 11 Alimentador pneumático

Consoante o tipo de alimentação, os alimentadores pneumáticos dividem-se em alimentadores de empurrar e alimentadores de puxar. A diferença é que, nos alimentadores de tipo "push", o material da tira está num estado comprimido durante a alimentação, adequado para ocasiões com boa rigidez da tira; enquanto nos alimentadores de tipo "pull", o material da tira está num estado de tração durante a alimentação, adequado para alimentar materiais com fraca rigidez e não-metais. O ciclo de trabalho dos alimentadores pneumáticos não é geralmente elevado, sendo apenas adequado para sistemas de estampagem automatizados de média e baixa velocidade.

A figura 12 mostra a máquina integrada de desenrolamento, nivelamento e alimentação da série LF fabricada pela AIDA Engineering Technology Co., Ltd. do Japão, adequada para alimentação automática com um ciclo de produção até 120 vezes/minuto, com uma estrutura compacta e características de economia de espaço. A figura 13 mostra uma linha de produção de prensas multiestações composta por sistemas de desenrolamento, nivelamento e alimentação (produto da Müller Weingarten AG, Alemanha).

Figura 12 Máquina integrada de desenrolamento, nivelamento e alimentação
Figura 12 Máquina integrada de desenrolamento, nivelamento e alimentação
Figura 13 Alimentação do material da bobina na linha de produção da prensa multiestações
Figura 13 Alimentação do material da bobina na linha de produção da prensa multiestações

A Figura 14 mostra uma linha de produção de estampagem automatizada composta por 4 prensas hidráulicas de média dimensão, braços robóticos de carga e descarga do tipo CD e um sistema de mudança rápida de molde (produto da empresa sueca AP&T).

Figura 14 Linha de produção de estampagem automatizada com prensa hidráulica
Figura 14 Linha de produção de estampagem automatizada com prensa hidráulica

IV. Sistema de fabrico flexível de estampagem FMS

Com a concorrência cada vez mais feroz no mercado da indústria transformadora, o ciclo de renovação dos produtos é cada vez mais curto e a proporção de produção de pequenas séries e multivariadas na estampagem está a aumentar, promovendo assim fortemente o progresso tecnológico no domínio dos sistemas flexíveis de fabrico de estampagem FMS (Flexible Manufacturing System).

O sistema de fabrico flexível de estampagem é um sistema automatizado de processamento de estampagem composto por um grupo de máquinas de forjar CNC, máquinas auxiliares, um sistema automático de armazenamento e transporte de material e um sistema de controlo de informação, gerido por um computador para funcionar automaticamente. Este sistema pode processar um conjunto de peças de estampagem com diferentes sequências e ritmos de processamento.

O fluxo do processo pode ser ajustado de acordo com as diferentes peças de trabalho, pode equilibrar atempadamente a utilização de recursos e, assim, este tipo de sistema pode adaptar-se automaticamente a alterações nas peças de trabalho e na escala de produção dentro da gama de desempenho técnico do equipamento, obtendo bons benefícios económicos na produção de peças únicas em pequenos lotes e de várias variedades.

1. Tipos básicos

(1) Máquina única de estampagem Processamento flexível

A utilização de máquinas de prensagem CNC e de dispositivos de carga e descarga CNC, ou o equipamento de prensas normais com dispositivos de alimentação automática CNC, pode completar automaticamente o processamento flexível de várias peças de estampagem. O mecanismo de alimentação automática CNC apresentado na Figura 15 é acionado por dois motores de passo, que accionam a transmissão de precisão do fuso de esferas, permitindo que a mesa de trabalho se mova livremente no plano de coordenadas x-y, adequado para a estampagem de orifícios dispostos em qualquer padrão em várias peças planas.

Figura 15 Mecanismo de alimentação automática
Figura 15 Mecanismo de alimentação automática

1-Soco
2-Blank
3-Deslizamento
Motor passo-a-passo de direção 4-x
Motor passo a passo de 5 direcções

(2) Célula de fabrico flexível de estampagem FMC

A célula de fabrico flexível de estampagem FMC (Flexible Manufacturing Cell) é constituída por uma única máquina de estampagem CNC, dispositivos automáticos de carga e descarga, um armazém de chapas metálicas e um sistema de controlo informático, capaz de concluir automaticamente todo o processo de estampagem. A figura 16 mostra a célula de fabrico flexível de estampagem composta principalmente por uma prensa de cabeça rotativa CNC.

Figura 16 Célula de fabrico flexível de estampagem de chapa metálica
Figura 16 Célula de fabrico flexível de estampagem de chapa metálica

1-Dispositivo de descarga tipo pinça
Prensa de punção de torre 2-CNC
3-Dispositivo de alimentação tipo ventosa
4-Controladores

(3) Sistema de fabrico flexível para estampagem FMS

O sistema de fabrico flexível para estampagem é composto por três partes principais: várias máquinas de estampagem CNC que formam um sistema de estampagem automatizado, um sistema de transporte e armazenamento de chapas metálicas e um sistema de controlo de gestão por computador. Pode completar automaticamente todo o processo de conceção e tecnologia de fabrico, transporte de matérias-primas, processamento de estampagem e saída de peças, caracterizando-se por uma elevada produtividade, um tempo auxiliar curto para alterar os tipos de produtos e adaptabilidade a vários tipos de processamento de estampagem.

A figura 17 mostra o diagrama do sistema de fabrico flexível para estampagem. A figura 18 mostra a linha de produção flexível de estampagem totalmente automática FMS, concebida e fabricada pela Murata Machinery Co., Ltd. do Japão, que integra prensas de punção CNC, máquinas de corte em ângulo reto, dispositivos de distribuição automática e um armazém tridimensional abrangente, capaz de realizar punção, corte e dobragem de chapa metálica, conseguindo uma produção de estampagem de várias variedades e em pequenos lotes.

Figura 17 Esquema do sistema de fabrico flexível para estampagem
Figura 17 Esquema do sistema de fabrico flexível para estampagem
Figura 18 Linha de produção flexível de estampagem totalmente automática FMS
Figura 18 Linha de produção flexível de estampagem totalmente automática FMS

O sistema de fabrico flexível do tipo CI fabricado pela Jinan Jiemai CNC Company é composto por uma máquina de puncionamento e corte CNC do tipo PS31250, um armazém tridimensional de chapas metálicas, um alimentador do tipo ventosa, um dispositivo de empilhamento e triagem e um sistema de controlo, com dimensões de 1250 mm x 5000 mm e uma produtividade de 8 chapas/h. O sistema de fabrico flexível do tipo APSS fabricado pela Jiangsu Jin Fangyuan Company é composto por uma máquina de puncionamento e corte, uma mesa de posicionamento e um braço robótico de carregamento automático.

2. Equipamento principal

(1) Equipamento de perfuração CNC

A transformação do equipamento de perfuração com controlo numérico é a base para a realização de sistemas de processamento de perfuração flexíveis. O equipamento de perfuração CNC comummente utilizado nos sistemas de processamento de perfuração flexíveis inclui prensas CNC, prensas de cabeça de torre CNC, máquinas de corte em ângulo reto CNC, máquinas de dobragem CNC, máquinas de dobragem de tubos CNC, máquinas de corte a laser CNC, máquinas de corte a plasma CNC, máquinas de corte a jato de água de pressão ultra-alta CNC, etc.

(2) Sistema automatizado de transporte e armazenamento de chapas metálicas

As formas básicas de dispositivos de transporte de chapas metálicas incluem: gruas de empilhamento, carrinhos de carris, carrinhos sem carris, transportadores de rolos, etc. Os principais dispositivos de armazenamento de chapas metálicas são os armazéns automáticos de chapas metálicas, que incluem armazéns automáticos de prateleiras altas e pequenas estruturas de chapas do tipo caixa.

Os armazéns automáticos de prateleiras altas são armazéns de grande e média dimensão, constituídos por estantes, transelevadores, veículos de transporte, paletes e um sistema de controlo informático. Sob controlo informático, o transelevador pode parar com precisão na ranhura de armazenamento pré-determinada e a palete é a unidade básica para aceder à chapa metálica.

Durante o armazenamento, a palete com chapa metálica é agarrada por um braço robótico e colocada no veículo de transporte. Depois de o veículo de transporte entrar no corredor do armazém, o transelevador retira a palete da ranhura de armazenamento e entrega-a ao veículo de transporte, que depois a entrega ao dispositivo de alimentação automática junto à máquina de processamento.

Os quadros de chapa do tipo caixa pequena são equipamento periférico do CVP, tendo tipicamente 6 a 7 ranhuras de armazenamento. Dependendo das necessidades de processamento, diferentes tamanhos de chapa metálica são armazenados na estrutura. O processo de armazenamento e recuperação é também controlado por computador.

(3) Sistema de mudança rápida de molde

O armazém automático de moldes está equipado com funções de identificação e recuperação automática de moldes e, juntamente com uma bancada de trabalho móvel e dispositivos de fixação rápida, forma um sistema de mudança rápida de moldes. O dispositivo de fixação do molde utiliza controlo elétrico e hidráulico, e o processo de fixação deve ser rápido e fiável, com parâmetros de trabalho automaticamente ajustáveis.

(4) Sistema informático de controlo de gestão

O sistema informático de controlo de gestão do sistema de processamento flexível de estampagem divide-se nos 3 níveis seguintes.

O primeiro nível é o nível de gestão do projeto, que consiste no planeamento e gestão de chapas metálicas e no CAD/CAM. O sistema de planeamento e gestão de chapas metálicas controla o inventário e as informações sobre os moldes. Fornece ao sistema DNC (Direct Numerical Control) a sequência de alimentação de material, o inventário de chapas metálicas e uma lista de moldes.

A tarefa do sistema CAD/CAM é completar automaticamente o desenho de peças individuais ou nesting. Durante o processo de conceção, os processos são estabelecidos e os dados do processo são fornecidos. O diagrama da peça de trabalho após o desenho é apresentado no ecrã para modificação e inspeção, e a informação relevante do desenho é enviada para o sistema DNC como base para a produção.

O segundo nível é o nível de controlo, nomeadamente o sistema DNC. Após receber as informações de processamento fornecidas pelo nível anterior, este sistema inicia a conceção do sistema. A conceção do sistema inclui a organização dos ficheiros comerciais, o controlo dos ficheiros comerciais para que produzam efeitos por ordem de prioridade e o controlo dos sistemas subordinados.

O terceiro nível é o nível do trabalho de execução, nomeadamente as partes abaixo do DNC no diagrama, que são os mecanismos de execução durante o processo de processamento, incluindo máquinas-ferramentas CNC e equipamento periférico, como prensas CNC, máquinas de corte CNC, armazéns automáticos CNC, etc.

V. Moldes na linha de produção de estampagem automática

A conceção e o fabrico dos moldes utilizados nas linhas de produção de estampagem automática devem seguir o princípio da não interferência para garantir que os moldes não interferem com o mecanismo de alimentação. Em comparação com os moldes de estampagem manual tradicionais e os moldes de perfuração automática, os moldes utilizados nas linhas de produção de estampagem automática diferem muito em termos de estrutura, desempenho e função, o que se reflecte especificamente nos seguintes aspectos.

1. Os moldes utilizados nas linhas de estampagem automática devem estar equipados com dispositivos auxiliares de posicionamento para assegurar que as peças são corretamente posicionadas no molde.

2. Para evitar que os postes-guia do molde obstruam a carga e descarga das peças, os postes-guia devem ser instalados na parte superior do molde, tanto quanto possível.

Devem ser instalados sensores no interior do molde e ligados ao sistema de controlo elétrico para detetar se a peça de trabalho está corretamente colocada no molde ou se a sucata foi suavemente removida.

Durante a estampagem em várias estações, os moldes em cada estação devem manter a mesma altura de alimentação, tanto quanto possível.

Deve ser instalado um dispositivo fiável de remoção de resíduos para garantir que os resíduos possam ser automática e suavemente ejectados do molde.

A peça de trabalho permanece no interior do molde inferior e, sob a ação do dispositivo ejetor, sai da superfície do molde em cerca de 5 mm.

Deve ser instalado um sistema de lubrificação centralizado e uma caixa de junção eléctrica.

O molde deve ter vários métodos de instalação para acomodar diferentes requisitos de aperto mecânico e aperto rápido hidráulico.

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