A curva ascendente do servo

A recente instalação do que é reivindicada como a maior máquina de serviço em qualquer parte do setor global de produção de metais automotivos demonstra os principais avanços feitos na tecnologia de pressão.

A tecnologia de prensa servo vem aumentando cada vez mais as aplicações de moldagem de metal automotivo há algum tempo.

Os motivos não são particulares para as demandas do setor automotivo, mas refletem as vantagens que a tecnologia pode trazer aos processos de fabricação. O mais crucial é simplesmente o elemento de flexibilidade de controle que a prensa servo pode fornecer; o movimento do slide é conduzido diretamente pelo motor e pode ser variado durante uma única operação - acelerado, desacelerado ou feito para ser abrigado - de acordo com os requisitos. A consequência é uma capacidade aprimorada de formar peças com precisão e sem comprometer a qualidade do material, independentemente da geometria da peça almejada.

A técnica possui duas tecnologias de pressão rivais antigas. Estas são prensas mecânicas não servo - na qual a energia do motor é transmitida para o slide através de um sistema complexo que envolve uma embreagem e volante - e prensas hidráulicas - na qual o motor aciona uma bomba hidráulica que por sua vez acciona um pistão - unidade de cilindro para conduzir o slide. Ambos ainda têm seus usos, mas tampouco podem combinar a flexibilidade intrínseca das prensas-servo porque, em ambos os casos, o movimento de slide é fixo em amplitude e velocidade.

Além disso, o avanço da tecnologia de prensas servo no setor de fabricação automotiva recentemente deu um grande passo em frente - literalmente, com o recente comissionamento do que é afirmado, de forma plausível, como a maior máquina em uso no setor em qualquer lugar. A máquina em questão está agora em operação na fábrica em Bielefeld, na Alemanha, do produtor de componentes espanhol Gestamp Automoción. Apropriadamente, a própria máquina possui origens espanholas, uma vez que o projeto para fazer e instalar foi realizado por uma equipe de ambos, Bielefeld e Logroño, Espanha, escritório do fornecedor de equipamentos japonês e espanhol Nidec ARISA.

Grande em Bielefeld

As dimensões da instalação, que foram enviadas para a Alemanha em dezembro passado, indicam o quão incomum é. Ao todo possui 37 metros de comprimento, 20 metros de largura e eleva-se a 10 metros acima do nível do solo, com outros seis metros que se estendem verticalmente na direção oposta. Seu peso total é de 1.350 toneladas e possui uma potência nominal de 9MW de torque e 7MW de armazenamento de energia efetuada através de um sistema de motores de compensação. Tudo isso permite que a máquina entregue 45,000KN de força na superfície da matriz.

O sistema geral é configurado como uma única pressão com duas carruagens e três montantes, o que o torna capaz de nivelar as cargas excêntricas da matriz. A máquina é alimentada por meio de um desbloqueio de formato com várias estações de carregamento, para suportar a eficiência ergonômica para operadores de máquinas. Enquanto isso, um sistema de correia transportadora transporta materiais através de um lubrificador de banda programável para o óleo, a fim de garantir o melhor nível de aplicação de óleo para cada operação. O sistema de troca de dados, incluindo a mudança de referências no desmontador, é totalmente automatizada.

A programação off-line é efetuado através do próprio software Optiservo da Nidec ARISA , que foi especialmente escrito para ter em conta o fato de que a prensa servo da empresa teria uma capacidade de curva aberta que permite ao operador criar tantas curvas diferentes quanto necessário. Especificamente, o software permite que um engenheiro de produção simule e otimize as curvas sem interromper a produção, reduzindo os tempos de configuração e evitando colisões.

"As especificações e o desenvolvimento contínuo e rápido da indústria automotiva tornam necessário máquinas muito precisas e flexíveis que possam trabalhar com diferentes materiais e matrizes à velocidade máxima e ao menor consumo de energia" - Roberto Gonzalo, Nidec ARISA

Os detalhes são confirmados por Roberto Gonzalo, responsável pelo gerenciamento de projetos da Nidec ARISA, que também diz que a instalação de Bielefeld representa o maior aplicativo de servo-prensa que a empresa implementou até agora - "e para um duplo servo-em tandem", acrescenta. No entanto, o registro em breve pode ser pelo menos igual, se não excedido, pois Gonzalo explica que "também estamos fazendo outras máquinas com dimensões similares".

Uma nova fronteira

De acordo com Gonzalo, o projeto para fazer e construir a nova instalação de servo-prensas em Bielefeld envolveu confrontar algumas questões fundamentais sobre como seus objetivos de desempenho poderiam ser alcançados. "Durante o processo de projeto, tivemos que lidar com o fato de que os requisitos para os processos de impressão para lidar com novos materiais com alta resistência à tração, especialmente as diferenças de força entre a primeira e as estações de formação subsequentes, causam problemas nas deformações das prensas de transferência", ele relata.

Uma série de soluções possíveis se apresentaram, incluindo o uso de uma prensa individual antes da prensa de transferência, no entanto, como afirma Gonzalo, essa abordagem estaria longe de ser direta. "Os processos de deformação, que normalmente seriam profundos, requerem forças elevadas", diz ele, explicando que isso pode comprometer a simetria das cargas de dados na prensa. No entanto, a principal desvantagem de tal sistema seria um desempenho geral reduzido devido à necessidade de mover as peças de uma pressão para outra.

Outra solução possível teria sido fabricar uma prensa assimétrica autônoma, o que permitiria que as deformações causadas pelas forças geradas durante o uso fossem compensadas pela estrutura assimétrica da prensa. Mas, novamente, esta opção não estava sem os problemas que a acompanham. "Esta solução seria viável desde que as dimensões necessárias para o dado fossem tais que uma única prensa de carroceria não pudesse ser fabricada", afirma Gonzalo. "Além disso, tal pressão causaria deformações assimétricas quando se trabalha com matrizes com a distribuição de cargas centradas".

Portanto, Gonzalo continua, a solução técnica escolhida foi adquirir uma única prensa com duas carruagens e três montantes, capazes de nivelar as cargas excêntricas do dado e com dimensões de matrizes suficientes para uma ampla gama de trabalhos atuais e futuros. Foi implícito nesta opção que "a prensa deveria ter um motor servo" para atingir os níveis de qualidade necessários, o que, juntamente com seu processo de transferência, também permitiria uma alta taxa de produção. "O material de alta resistência à tração precisa de uma velocidade de formação muito precisa para alcançar a qualidade da peça necessária", diz ele. "Isso só é possível com o controle de velocidade preciso das servo-prensas". Além disso, durante a construção, o desafio era construir e montar componentes que pesassem mais de 200 toneladas de precisão de menos de 0,1mm.

Mantendo o cliente satisfeito

Gonzalo acrescenta que esse nível de exigência de desempenho, embora não exclusivo da indústria automotiva, agora é típico dela. "As especificações e o desenvolvimento contínuo e rápido da indústria automotiva tornam necessário ter máquinas muito precisas e flexíveis capazes de trabalhar com diferentes materiais e matrizes sob uma velocidade máxima e com o menor consumo de energia", afirma. "Somente prensas servo pode satisfazer todos esses requisitos".

Enquanto isso, o usuário da prensa indica que a nova máquina está cumprindo as expectativas. De acordo com Lutz Huxholl, gerente da fábrica da Gestamp Bielefeld, a prensa agora está fazendo com sucesso peças "principalmente de chassi" para vários grandes clientes de aço de alta resistência. As peças incluem "ligações de mola e braços de controle inferiores".

Quanto à escala da instalação, a Huxholl diz que, além de sua capacidade de enfrentar tarefas de fabricação imediatas, a Gestamp também a considera como fornecendo um grau de proteção ao futuro e até mesmo de maior credibilidade no mercado. "Com este investimento, a fábrica da Gestamp Bielefeld está indo em direção ao futuro, além de garantir que seja competitiva no presente", afirma. "Esta transferência de servo abre várias novas opções de fabricação. É sempre importante que os fornecedores de automóveis estejam equipados com instalações de produção modernas. Além disso, tal transferência de servo fornece um ponto de venda exclusivo. "

Melhorando o gerenciamento de energia

Mas a tecnologia de servo-prensa também está produzindo um impacto significativo na indústria no outro lado do Atlântico. Um importante fornecedor da tecnologia é a Komatsu North America. O gerente de produto, George Schreck, reconhece que o controle preciso do movimento de slide é um atributo chave da tecnologia, ao mesmo tempo que assinala que ele também representa um avanço distinto no "gerenciamento de energia" em comparação as contrapartes baseadas no flywheel. A limitação chave com o último, ele diz, é que eles só podem fornecer energia para o slide quando eles estão girando em uma taxa rápida, o que significa que o movimento do slide deve ser rápido também. Mas a tecnologia é, de qualquer forma, intrinsecamente mais eficiente em termos energéticos.

Nessa conta, Schreck diz que os testes realizados pela Komatsu em cooperação com uma agência terceirizada mostraram que "durante o trabalho físico, uma prensa é 30-40% mais eficiente em termos energéticos do que usando em volante". A economia em comparação a uma prensa hidráulica seria, ainda, maior.

Isso não significa que não haja circunstâncias nas quais as pressões hidráulicas ou baseadas no volante sejam técnicas mais apropriadas para usar. O primeiro, observa Schreck, tem capacidades superiores de "design profundo", enquanto o último faz mais sentido no caso de um movimento de slide de alta velocidade que não requer capacidade de controle avançado. No entanto, Schreck confirma, existe uma crescente preferência de mercado pela tecnologia de prensa servo. No caso da Komatsu North America, ele acrescenta, isso é evidente pelo fato de que "sete em dez" vendas de prensas mecânicas são agora de máquinas do tipo servo.

Um primeiro passo para FCA em Warren

Um dos principais fabricantes de veículos na América do Norte, que explorou pela primeira vez o uso de máquinas de servo-prensa como sistemas de fabricação primária, recentemente, no ano passado, foi a FCA US. Em janeiro de 2016, a empresa iniciou a produção em uma nova linha de pressão servo tandem de US$63 milhões e 180 polegadas em sua fábrica de estampagem Warren em Michigan, fornecida pela Komatsu. Dentro de seis meses, a FCA havia encomendado duas outras instalações idênticas na sua fábrica de estampagem esterlina, também em Michigan.

Os detalhes são confirmados por Al Whitted, chefe global de oficinas de prensa e matrizes para a FCA, que diz que, embora a empresa anteriormente operasse "alguns servos menores" em outros países, a instalação de Warren teve sua primeira implementação da tecnologia "na região do NAFTA ".O impulso imediato para o investimento em Warren foi, Whitted acrescenta, simplesmente um requisito de capacidade extra. "Nós estávamos tendo que descarregar o trabalho, e isso impõe uma grande penalidade de preço", explica ele.

A decisão de dar este passo no novo mundo da tecnologia servo foi, disse Whitted, resultado de uma série de fatores. Um deles foi o feedback que a antiga parte da empresa Chrysler conseguiu extrair da experiência Fiat anterior da tecnologia - "nossos colegas na EMEA", como ele descreve, embora ele note que "eles também fossem bastante novos para isso". No entanto, a principal atração foi apenas a promessa da tecnologia de aumentar o rendimento, flexibilidade aprimorada, eficiência energética e diminuição dos tempos de troca de matrizes. Ele indica que todas essas expectativas foram cumpridas.

Sobre essa última contagem, por exemplo, Whitted relata que: "Temos algumas linhas antigas onde a mudança de dado pode demorar 40 minutos, enquanto nessas novas linhas podem levar apenas dois a três minutos".No entanto, a razão para isso é menos a tecnologia servo que a modernidade do equipamento. "Nossos sistemas anteriores mais novos tinham 20 anos", ele admite.

Até agora, os novos sistemas de servo em ambas as plantas foram utilizados para a produção de peças existentes, mas, diz Whitted , que está prestes a mudar."Nós temos o JL chegando, o qual é o nosso novo Jeep Wrangler, e nosso novo caminhão pickup Ram, e nós criamos os dados para eles especificamente para as prensas servo", ele confirma. As datas de lançamento desses veículos serão, respectivamente, novembro deste ano e o primeiro trimestre do ano que vem, com produção parcial anterior a essas datas, por margens apropriadas.

Quando isso acontece, Whitted acrescenta que as novas máquinas serão executadas "com 100% de capacidade", embora já estejam próximas desse nível porque a empresa retirou o maior número de postos de trabalho das máquinas de barras transversais mais antigas e as transferiu para os servos, modificando a matriz quando necessário. A consequência das partes envolvidas, ele relata, foi um "aumento de 30% na velocidade". Embora ele se abstenha de dar os numeros de produção reais, Whit diz que "as peças que costumávamos a executar em nove golpes por minuto agora corremos em 12 golpes por minuto e esperamos executá-los ainda mais rápido quando começamos a usar as matrizes que foram especialmente projetadas para eles."

Dado o tamanho das máquinas, Whitted diz que a intenção da empresa é executar "todas as suas peças realmente grandes nelas". Ele dá os exemplos de "aberturas laterais da carroceria, entradas e entradas de portas duplas e innerners e saídas de capota". O seu papel no lançamento bem sucedido dos novos veículos será "crítico", diz Whitted.

Sobre o ponto das matrizes projetadas para as máquinas servo, Whit diz que uma coisa que se torna possível é torná-las "com um perfil mais baixo" do que anteriormente. Por sua vez, isso permite que partes sejam transferidas "de uma estação para outra" mais rapidamente do que seria possível. O significado é que cada uma das novas instalações de servo compreende cinco prensas imediatamente co-localizadas em sequência - que é o significado da palavra "tandem" neste contexto - com a prensa principal avaliada em 2.400 toneladas e as outras quatro em 1.200 toneladas.

A quality check is performed on a freshly stamped door at FCA’s Warren Stamping Plant, Michigan

"Nós temos algumas linhas antigas onde a mudança de dado pode demorar 40 minutos, enquanto nessas novas linhas podem levar apenas dois a três minutos" - Al Whitted, FCA US

Dado que as novas máquinas representaram uma primeira incursão em um novo tipo de tecnologia, era necessário um grande trabalho preparatório. Novamente, porém, a operação dos EUA conseguiu aproveitar a experiência em operações paralelas no antigo negócio da Fiat. "Nós tínhamos muita leitura da EMEA", diz Whitted, acrescentando que uma "grande seção transversal" de pessoal dos EUA foi implantada em todo o mundo para se familiarizar com os requisitos para o servo de operação servo bem sucedida: "Nós enviamos para a Sérvia , Itália e Japão ".

Em consequência, o processo de comissionamento para a instalação de Warren Stamping foi, sugerido por Whent, não excessivamente problemático. Foi ainda menos para os dois na Sterling, que se beneficiaram da experiência em Warren.

Whitted diz que a empresa ainda está "aprendendo todos os dias" sobre como obter o máximo da tecnologia, mas ele consegue identificar algumas das principais lições até agora. A primeira é a necessidade de inclusão de pessoas em todos os níveis e de todas as áreas tecnológicas relevantes, tanto a montante como o design de matriz e, tanto a jusante quanto a manutenção, no planejamento, bem como nos processos de implementação prática. O segundo é integrar efetivamente todas as tecnologias de suporte - "robôs, unidades de lavagem, desestabilizadores - se essas coisas não estiverem devidamente integradas, por mais sofisticadas que sejam as tecnologias de prensa, a instalação não será executada".

No entanto, o potencial da tecnologia para melhorar os processos de produção também se tornou evidente. Whitted diz que o que o impressionou na FCA nos EUA foi a capacidade que ele fornece "para colocar a tonelagem exatamente onde precisamos da peça".