VFDs da Siemens em forjamento e estamparia de metais: acionamentos de volante, coordenação de embreagem/freio e armazenamento de energia

Forjar e estampar metais são trabalhos difíceis que precisam de controle preciso e muita potência. Durante anos, as fábricas procuraram maneiras de tornar esses processos mais eficientes, confiáveis ​​e-econômicos. É aí que surge o VFD (drives de frequência variável) da Siemens, o divisor de águas-no controle de motores industriais. Esses dispositivos inteligentes da Siemens estão transformando as operações de conformação de metais em todo o mundo, otimizando os acionamentos dos volantes, melhorando a coordenação da embreagem/freio e permitindo soluções avançadas de armazenamento de energia. Neste blog, exploraremos como a tecnologia VFD da Siemens oferece benefícios mensuráveis ​​em operações de forjamento e estampagem de metal, com dados-reais e aplicações práticas.

Por que os VFDs da Siemens são importantes no forjamento e estamparia de metais

As máquinas de forjar e estampar metais precisam lidar com forças extremas,-muitas vezes milhares de toneladas-enquanto mantêm controle preciso sobre velocidade e posição. Os sistemas tradicionais de velocidade fixa-desperdiçam energia, criam estresse mecânico e limitam a flexibilidade operacional. A tecnologia VFD da Siemens resolve esses desafios ao:

• Ajustando a velocidade do motor para atender exatamente aos requisitos do processo
• Redução do consumo de energia em até 70% em comparação com sistemas de velocidade-fixa
• Prolongando a vida útil do equipamento minimizando o estresse mecânico durante as partidas
• Permitindo a coordenação precisa entre componentes da máquina, como volantes, embreagens e freios

Os modelos VFD da Siemens, como SINAMICS S150 e SINAMICS PERFECT HARMONY, são projetados especificamente para aplicações-de serviço pesado, proporcionando desempenho confiável mesmo nos ambientes industriais mais severos. Esses inversores podem suportar potências desde pequenos motores de 0,05 kW até sistemas massivos de 85 MW, tornando-os adequados para tudo, desde pequenas prensas de estampagem até grandes martelos de forjamento.

VFDs da Siemens para acionamentos de volante em conformação de metal

Os volantes são essenciais no forjamento e estampagem de metais, armazenando energia cinética para fornecer a alta potência necessária para as operações de conformação. No entanto, os sistemas tradicionais de volante têm limitações: são ineficientes, difíceis de controlar e causam picos de pico de demanda de energia. A tecnologia VFD da Siemens revoluciona os sistemas de acionamento por volante, adicionando controle inteligente e recursos de otimização de energia.

Como os VFDs da Siemens otimizam o desempenho do volante

Um VFD da Siemens conectado a um sistema de acionamento por volante faz mais do que apenas controlar a velocidade-ele transforma a forma como a energia é armazenada e usada:

1. Ajuste dinâmico de velocidade:Ao contrário dos sistemas-de velocidade fixa, o VFD da Siemens permite que os operadores ajustem a velocidade do volante em tempo real com base no tipo de material, espessura e requisitos de conformação. Por exemplo, uma prensa de estampagem de 300 toneladas usando um VFD da Siemens pode reduzir a velocidade do volante em 20% ao trabalhar com materiais mais finos (aço inoxidável 304 de 1,2 mm), reduzindo o consumo de energia em 35% e mantendo a qualidade.
2. Transferência suave de energia:A transmissão garante aceleração e desaceleração graduais do volante, reduzindo o estresse mecânico nas engrenagens e rolamentos em até 40% em comparação com a partida direta-on-line-. Isso prolonga a vida útil do equipamento e reduz os custos de manutenção em aproximadamente 25% ao ano.
3. Controle preciso de torque:O VFD da Siemens fornece saída de torque exata, permitindo que os volantes forneçam potência de conformação consistente mesmo durante variações de carga. Em um teste recente em uma fábrica de forja europeia, um sistema de volante-controlado por VFD da Siemens manteve o torque dentro de ±2% do ponto de ajuste, melhorando a consistência da qualidade da peça em 30%.

Teste do mundo-real: acionamento do volante VFD da Siemens em forjamento automotivo

Vejamos um teste detalhado conduzido por um grande fabricante de peças automotivas na Alemanha, com foco em uma prensa de forjamento de 500- toneladas, atualizando de um sistema tradicional de velocidade-fixa para um volante de inércia controlado por VFD da Siemens (modelo SINAMICS S150):

Configuração de teste:

• Máquina: Prensa de forjamento a quente de 500 toneladas para produção de virabrequins
• Material: tarugos de liga de aço 4140 (120 mm de diâmetro, 300 mm de comprimento)
• Sistema antigo: partida direta-on-line-com controle mecânico de velocidade
• Novo sistema: Siemens VFD SINAMICS S150 (400 kW) com pacote de aplicativos SimaPress
• Duração do teste: 8 semanas (4 semanas com sistema antigo, 4 semanas com sistema novo)

Processo de teste:

1. Medições de linha de base: consumo de energia, tempo de ciclo, qualidade das peças e problemas de manutenção foram registrados durante 4 semanas com o sistema antigo.
2. Instalação: O VFD Siemens foi integrado ao motor do volante existente, conectado ao controlador SIMATIC S7-1500 e programado com parâmetros de forjamento personalizados.
3. Otimização: o inversor foi-ajustado para corresponder ao processo de forjamento específico, incluindo a configuração de rampas de aceleração/desaceleração e limites de torque.
4. Coleta de dados: As mesmas métricas foram registradas durante 4 semanas com o novo sistema VFD da Siemens.

Resultados do teste:

Coordenação de embreagem/freio com VFDs Siemens

Em máquinas de estampagem e forjamento de metal, os sistemas de embreagem e freio controlam o movimento do aríete (a parte que pressiona o metal). A má coordenação entre esses componentes causa problemas como:

• Problemas de qualidade das peças devido a posições de parada inconsistentes
• Aumento do desgaste mecânico devido ao "arrasto do freio"
• Riscos de segurança decorrentes de movimentos inesperados
• Desperdício de energia devido a operação ineficiente

A tecnologia VFD da Siemens resolve esses problemas, fornecendo controle preciso e sincronizado dos sistemas de embreagem e freio, criando uma operação contínua que melhora o desempenho e a segurança.

Principais benefícios da coordenação de embreagem/freio Siemens VFD

1. Sincronização perfeita:O VFD da Siemens coordena o engate da embreagem e a liberação do freio com precisão de milissegundos (tempo de resposta < 10 ms), eliminando o "arrasto do freio" e reduzindo o desgaste-relacionado ao atrito em 45%. Isto é fundamental para operações que exigem altas taxas de ciclo (mais de 100 cursos por minuto).
2. Movimento suave do carneiro:Ao controlar a velocidade do motor durante o engate da embreagem, o acionamento reduz o choque mecânico em 60%, prolongando a vida útil das estruturas de prensa e dos conjuntos de matrizes. Uma fábrica de estamparia em Ohio relatou uma redução de 30% nos custos de substituição de matrizes após a instalação do controle de embreagem/freio VFD da Siemens.
3. Posições de parada ajustáveis:Os operadores podem programar pontos de parada exatos para diferentes peças, melhorando a precisão das peças em ±0,05 mm em comparação com os sistemas tradicionais. Isto é especialmente valioso para estampagens complexas, como painéis de carrocerias automotivas.
4. Economia de energia:A operação coordenada da embreagem/freio reduz o desperdício de energia durante as mudanças de direção, reduzindo o uso geral de energia da prensa em 15 a 20% adicionais além do que é alcançado apenas pelo controle de velocidade.

Estudo de caso: Sistema de embreagem/freio Siemens VFD em estamparia automotiva

Um grande fabricante automotivo dos EUA com uma fábrica em Michigan atualizou 12 prensas de estampagem para sistemas de embreagem/freio controlados-VFD da Siemens (modelo SINAMICS G120). Aqui está o que eles encontraram:

1. Configurar:Prensas de transferência de 1.200 toneladas para produção de painéis de portas e para-lamas
2. Desafio:Qualidade inconsistente da peça devido à má sincronização da embreagem/freio, levando a uma taxa de descarte de 8%
3. Solução:Instale o Siemens VFD com módulo de controle de embreagem/freio integrado, conectado ao SIMATIC S7-1200 PLC
4. Resultados:

Taxa de sucata caiu de 8% para 1,2% (melhoria de 85%)

O tempo de ciclo aumentou 12% (de 8 para 9 golpes por minuto) sem uso adicional de energia

Custos de manutenção de embreagens e freios reduzidos em 40% anualmente

Segurança do operador melhorada com redução de incidentes de “movimento não intencional”

Soluções de armazenamento de energia com VFDs da Siemens na conformação de metais

O forjamento e a estampagem de metais são operações-que consomem muita energia e com altas demandas de energia de pico, o que pode levar a:

• Custos de eletricidade mais elevados (devido a tarifas de demanda)
• Tensão nas redes elétricas locais
• Interrupções de produção durante flutuações de energia
• Energia desperdiçada durante a frenagem e desaceleração

A tecnologia VFD da Siemens aborda esses problemas, permitindo soluções avançadas de armazenamento de energia que capturam, armazenam e reutilizam energia dentro do sistema, reduzindo a dependência da energia da rede e reduzindo custos.

Como os VFDs da Siemens permitem o armazenamento de energia no processamento de metal

1. Frenagem regenerativa:O VFD da Siemens captura a energia gerada durante a frenagem da prensa (que de outra forma seria desperdiçada como calor) e a realimenta em um sistema de armazenamento de energia (baterias ou ultracapacitores). Esta energia recuperada pode ser reutilizada no próximo ciclo, reduzindo o consumo de energia da rede em 25-35%.
2. Gerenciamento de carga de pico:O drive funciona com armazenamento de energia para limitar a demanda de pico de energia, evitando cobranças dispendiosas que podem representar 30% das contas de eletricidade na indústria pesada. Um VFD da Siemens com armazenamento de energia pode reduzir a demanda de pico em até 50% durante operações de alta-intensidade.
3. Proteção contra queda de energia:No caso de breves interrupções de energia, a energia armazenada mantém os sistemas críticos em funcionamento, evitando perdas de produção e tempos de inatividade dispendiosos. O VFD da Siemens pode manter a operação por 10 a 60 segundos durante interrupções, dependendo da capacidade de armazenamento de energia.

Siemens VFD e UltraCap Energy Storage em uma fábrica de estamparia japonesa

Uma fábrica de estamparia em Osaka, Japão, especializada em componentes de eletrodomésticos, instalou um VFD Siemens (SINAMICS S120) com módulos de armazenamento de energia Siemens UltraCap para lidar com altos custos de energia e problemas de qualidade de energia. Aqui está a implementação detalhada:

Configuração do sistema:

• 4 prensas de estampagem (200-300 toneladas cada)
• Siemens VFD SINAMICS S120 com acoplamento de link CC para compartilhamento de energia entre prensas
• 3 módulos UltraCap DLC (capacidade total: 150 kWh) para armazenamento de energia
• PLC SIMATIC S7-1500 para controle e monitoramento centralizados

Dados de desempenho:

• Economia de energia: redução de 32% no consumo de energia da rede (de 1.200 MWh/mês para 816 MWh/mês)
• Redução da demanda de pico: potência de pico 48% menor (de 650 kW para 338 kW)
• Retorno do investimento: período de retorno de 18 meses através de poupanças de energia e encargos de consumo
• Confiabilidade de produção: 99,9% de tempo de atividade mantido mesmo durante três cortes de energia (5 a 12 segundos cada)

Por que escolher o Siemens VFD para suas necessidades de forjamento e estampagem de metal

Quando se trata de operações de conformação de metal, o VFD da Siemens se destaca por vários motivos principais:

• Desempenho comprovado:Com mais de 100 anos de experiência em tecnologia de acionamentos, a Siemens possui um histórico de confiabilidade nos ambientes industriais mais difíceis.
• Portfólio abrangente:Desde pequenos drives SINAMICS G120 para estampagem leve até enormes drives de média-tensão PERFECT HARMONY para forjamento pesado, a Siemens tem um VFD para cada aplicação.
• Recursos avançados:Funções-de segurança integradas, ferramentas de otimização de energia e fácil integração com sistemas PLC da Siemens tornam a implementação simples e eficaz.
• Suporte global:A Siemens oferece suporte técnico e treinamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, garantindo que seu sistema VFD ofereça valor máximo durante todo o seu ciclo de vida.

Conclusão

A tecnologia VFD da Siemens está transformando as operações de forjamento e estampagem de metais, otimizando os acionamentos do volante, melhorando a coordenação da embreagem/freio e permitindo soluções avançadas de armazenamento de energia. Com benefícios mensuráveis, como economia de energia de 30 a 40%, custos de manutenção reduzidos de 30 a 50% e melhor qualidade das peças, esses drives proporcionam um rápido retorno do investimento, ao mesmo tempo que tornam as operações mais sustentáveis.

Se você atua no setor de conformação de metais, agora é a hora de considerar a atualização para a tecnologia VFD da Siemens. Se você deseja otimizar um sistema de volante existente, melhorar a coordenação de embreagem/freio ou implementar armazenamento de energia para economizar custos, a Siemens tem a solução para atender às suas necessidades. Lembre-se, no competitivo cenário de fabricação atual, o controle de precisão e a eficiência energética não são apenas agradáveis-para-ter-eles são essenciais para o sucesso. E o Siemens VFD é a chave para alcançar ambos.