A indústria automobilística continuamente produz mais, ao mesmo tempo que encurta os intervalos de lançamento de modelos. Enquanto isso, as vendas de automóveis em todo o mundo estão crescendo, principalmente com a demanda emergente do mercado automotivo
Passar por cima de buracos e estradas difíceis a uma velocidade razoável, não causar danos e ainda dar ao motorista uma sensação de estrada lisa parecem ser objetivos mutuamente excludentes. Componentes de “powertrain” e suspensão exigem resistência para lidar com o pior da condução cotidiana e características mecânicas de alta precisão para transmitir corretamente as condições da estrada e dinâmica de condução ao motorista. Este paradoxo pode ser resolvido com modernos componentes automotivos produzidos por têmpera por indução. A fabricação destes componentes de alto desempenho é realizada por um sofisticado equipamento de têmpera por indução com a flexibilidade de se temperar uma grande variedade de peças.
Introdução
Os equipamentos de têmpera por indução da atualidade lidam com um espectro dinâmico de produtos e em constante crescimento, estabelecendo novos recordes de redução de tempos de ciclo e obtenção de maiores resultados. É fundamental que a mudança de um produto para outro ocorra de forma rápida, confiável e reprodutível e, especialmente, com os tamanhos reduzidos dos lotes e prazos flexíveis de agendamento de hoje em dia. Entre os requisitos essenciais de desempenho da máquina pode-se citar:
• Uma boa relação preço / desempenho;• Instalação rápida e confiável;• Períodos curtos de entrega de máquinas;• Instalação e comissionamento simples e rápidos no chão de fábrica;• Soluções adequadas e ideais para cada aplicação.
Projeto Modular do Equipamento
Equipamentos de têmpera por indução atendem a esses variados requisitos através da incorporação de diversos projetos de sistemas ou componentes modulares, onde um sistema base pode ser configurado com vários módulos de adaptação rápida e fácil a uma variedade de trabalhos de têmpera. As interfaces padrão de hardware e software (análogas à programação orientada a objetos) facilitam uma abordagem “plug-and-play” para o processo de configuração da máquina, agilizando a engenharia, fabricação, instalação e comissionamento das mesmas.
Variantes Básicas dos Equipamentos
Dependendo das necessidades, as máquinas estão disponíveis tanto com carga e descarga manuais ou automáticas, com uma ou mais estações de trabalho para têmpera e revenido. Estas máquinas apresentam um design elegante e moderno, que atende a todos os requisitos relativos à visibilidade do processo e acesso para manutenção. Exemplos de configurações selecionadas são descritos abaixo.
A Fig. 1 mostra uma máquina para carregamento manual com duas estações de trabalho duplas para a têmpera de eixos de transmissão (Fig. 2) com um comprimento de 1.000 mm. Em cada estação, dois eixos são tratados simultaneamente, enquanto a outra estação é descarregada e recarregada. Ambas as estações são alimentadas por uma única fonte de energia. Assim, o tempo de carga e descarga não aumenta o tempo do ciclo. Dependendo dos requisitos do cliente, profundidades de têmpera em um intervalo de 3-8 mm podem ser atingidas através do ajuste de parâmetros relevantes, tais como tensão, velocidade de alimentação e frequência (Fig. 3).
Máquinas ligadas automaticamente em linha com uma estação de trabalho são utilizadas para têmpera de cubos de esferas, peças articuladas (Fig. 4) ou peças semelhantes com uma zona de têmpera. A têmpera pode ser realizada em um único processo ou, alternativamente, no processo de escaneamento. As peças de trabalho entram na máquina por meio de um transportador com um dispositivo de separação. A partir daí, as peças são transportadas para a estação de têmpera e (se necessário) para resfriamento e / ou estações de sopro antes de serem colocadas novamente em um transportador na saída do equipamento.
A Fig. 5 mostra uma máquina ligada automaticamente em linha com duas estações de trabalho para têmpera de peças com duas zonas de têmpera (por exemplo, munhões ou hastes, Figs. 6 e 7). Para estas peças, geralmente um eixo e as pistas dos rolamentos (superfícies de contato) são endurecidos no sino e / ou na tulipa. Estas áreas podem ser endurecidas ou temperadas em um processo único ou por um processo de escaneamento. Como alternativa, as duas estações podem ser utilizadas para o têmpera e revenido subsequentes. Aqui também, as posições intermediárias estão disponíveis para o arrefecimento e sopro ou ducha.
Estrutura Modular
O sistema de têmpera é modular, o que significa que o hardware apropriado para os requisitos especiais do cliente pode ser selecionado para cada módulo individual do equipamento. Com interfaces padronizadas, módulos plug-and-play podem ser selecionados para fazer múltiplas configurações. Isto também se aplica para as estações de trabalho individuais. Assim, por exemplo, durante a têmpera de munhões ou hastes, a sequência de têmpera para o eixo e o sino / tulipa pode ser livremente escolhida. Além disso, sinos / tulipas podem ser endurecidos por baixo ou a partir de cima (com a rotação da peça de trabalho) no processo único ou de escaneamento. A direção do transporte das peças de trabalho através do equipamento de têmpera pode ser em qualquer sentido.
Diferentes opções de sistemas de transporte dentro da máquina oferecem soluções para peças curtas ou longas. Com opções para dois diferentes sistemas de controles e diferentes tamanhos de conversores múltiplos, a máquina base é rapidamente adaptada a uma dada aplicação. A Fig. 8 mostra os módulos individuais no equipamento, enfatizados em cor, que podem ser expandidos com outros módulos e diferentes pacotes opcionais.
Know-How do Processo e Eficiência Energética<
As sinergias são realizadas por meio de uma abordagem de engenharia de sistemas para o desenvolvimento da máquina e do processo. Isso inicia com a tecnologia do conversor para ótimo e eficiente aquecimento em termos energéticos de peças de trabalho, a aplicação seletiva da corrente exatamente no ponto na peça de trabalho a ser aquecido por indutores precisamente ajustados e por ajuste exato dos parâmetros para todo o processo.
A atual geração dos conversores de frequência controlados digitalmente (alimentação) tem como características:
• Algoritmos de controle para o conversor patenteados para uma adaptação automática do conversor a várias cargas, e para reduzir as perdas no conversor [1];• Rápidos tempos de reação para tempos de aquecimento extremamente curtos <1 segundo;• Capacidade de rodar continuamente a 100% da potência nominal;• Uma gama de frequência flexível;• Equipamentos resistentes a curto-circuito devido à proteção integrada a sobrecorrente e sobretensões;• Monitoramento robusto e diagnóstico de capacidades.
A eficiência energética foi melhorada através da otimização do equipamento de média-frequência (melhor posicionamento dos componentes individuais, melhores ligações de barramentos e cabos aos capacitores e mais precisa adequação entre o transformador e o indutor). Indutores otimizados são essenciais para um processo de têmpera reprodutível e eficiente em termos energéticos.
Para a redução adicional do consumo de energia, se não houver peças na posição de carregamento, as máquinas automaticamente entram em modo de espera, no qual todas as bombas e equipamentos auxiliares são desligados.
Acessibilidade e Manutenção Amigável
As grandes portas de vidro em sua frente permitem uma boa observação do processo e também um bom acesso para manutenção. A reduzida profundidade do espaço de trabalho melhora o acesso aos componentes. Outra porta de segurança permite o acesso pela parte posterior.
Ocupação Reduzida de Espaço
O equipamento completo – controle, conversor, transformador de rede e gabinete do capacitor – é configurado em uma estrutura de aço em base comum. A área portanto por ele é reduzida e, se completos, equipamentos totalmente montados podem ser transportados completos para a planta ou dentro da planta do cliente.
Qualidade
O monitoramento patenteado da energia da peça realiza controle de qualidade 100% on-line do processo de têmpera nestas máquinas [2]. A energia gerada pela fonte de alimentação IGBT é necessariamente sujeita a perdas de calor no conversor, barramentos, transformadores, capacitores e, finalmente, no indutor. A energia de aquecimento aplicada à peça de trabalho é menor do que a energia de saída da fonte de alimentação. Sistemas de monitoramento de energia convencionais controlam apenas a saída de potência pelo conversor e, portanto, não levam em consideração as perdas do sistema.
A patente da SMS Elotherm descreve um método com o qual as perdas dependentes da frequência são medidas e consideradas. Por último, a potência efetivamente aplicada à peça de trabalho é integrada sobre o tempo de aquecimento completo (energia), registrada como uma curva e monitorizada em tempo real. Neste caso, a energia aplicada à peça de trabalho é uma medição absolutamente confiável para a verificação da qualidade do aquecimento. As menores alterações na distância do acoplamento entre o indutor e a peça de trabalho levam a mudanças claramente mensuráveis nos valores de energia, e limites de tolerância são ajustáveis pelo usuário. As alterações da distância de acoplamento podem, por um lado, ser devidas a deformações do indutor, por outro lado, estas alterações podem ser causadas por desvios de tolerância ou fissuras na superfície da peça. Além do aquecimento (austenitização), o processo de têmpera é constituído por têmpera com um meio de arrefecimento. Durante a têmpera, outra função importante é a questão de se buscar a curva ideal e rápida de arrefecimento usando o fornecimento de meio de arrefecimento adequado, o que leva à microestrutura de têmpera desejada no material (microestrutura martensítica). O processo de têmpera é monitorado pela medição da quantidade exata de fluxo da ducha e um controle apropriado da temperatura para o meio de têmpera. Juntamente o monitor de energia líquida da peça de trabalho, o processo completo de têmpera é, por conseguinte, observado e registado para todas as peças.
Resumo
Os sistemas modulares de indução para têmpera de componentes automotivos estão definindo os atuais e futuros requisitos dos produtos dos fabricantes. Isto é verdade tanto para componentes complexos, como também para componentes simples, com alta reprodutibilidade e controle de processos utilizando tecnologias patenteadas.
Soluções de sistemas modulares são concebidas para usuários que têm mudanças frequentes nas tarefas de têmpera e têmpera e revenimento, projetadas em custo-benefício de acordo com isso. Usando a medição da energia líquida da peça de trabalho e outros sistemas de controle da qualidade, peças fora do padrão são reconhecidas e rejeitadas automaticamente, garantindo uma operação contínua, sem interrupção.
Referências
1. Patente SMS Elotherm DE 101 15 326 B4, Método para acionar um conversor e controlador de circuito ressonante;
2. Patente SMS Elotherm EP 0 427 879 B1, Dispositivo e método para aquecimento indutivo de peças de trabalho.
Para mais informações, contate: J. Machado Jr, gerente geral da SMS Elotherm Brasil, tel: 11-4191-8181; e-mail: j.machado@sms-elotherm.com.br . Jochen C. Huljus é gerente de projetos e marketing e Dirk M. Schibisch é vice presidente de vendas / marketing para a SMS Elotherm GmbH.
