ES2586661T3 - Sistema y método para el accionamiento de prensa mecánica - Google Patents

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ES2586661T3 ES06744823.3T ES06744823T ES2586661T3 ES 2586661 T3 ES2586661 T3 ES 2586661T3 ES 06744823 T ES06744823 T ES 06744823T ES 2586661 T3 ES2586661 T3 ES 2586661T3
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Abstract

Un método para hacer funcionar una prensa mecánica que comprende al menos un motor (20) de accionamiento eléctrico, un medio de control de accionamiento para controlar al menos dicho motor, un pistón (23), medios mecánicos (27, 25) para hacer funcionar dicha prensa para llevar a cabo un ciclo de prensa que incluye una parte de prensado y una o más partes sin prensado de dicho ciclo de prensa, en el que hay prevista una salida de control a dichos medios de control de accionamiento de tal manera que la velocidad (WM) de al menos dicho motor de accionamiento es variada durante al menos una parte de prensado o sin prensado de dicho ciclo de prensa y caracterizado por que dicho ciclo de prensa comprende un movimiento de más de 360 grados de rotación de ángulo de manivela.

Description

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anterior acortando el tiempo tomado para llevar a cabo partes sin prensado del ciclo de prensa entre DP y UC. En particular, el periodo de tiempo desde el último punto de carga DP al primer punto de descarga UC, indicado como T2, puede ser acortado por medio del funcionamiento del motor de accionamiento a velocidades aumentadas WM1 para accionar la excéntrica a velocidades mayores que la velocidad de prensado Wp y a continuación reduciendo a una velocidad excéntrica Wp o, al final del ciclo, reduciendo a cero. Esto se ha indicado esquemáticamente en el diagrama por la diferencia en el tiempo para T2, ∆T2 en la fig. 4 cuando es comparada con la fig. 3 (Técnica Anterior). Aunque el ciclo de prensa mejorado se ha descrito principalmente en términos de un ciclo o de ciclos separados puede ser aplicado a funcionamiento de una Sola Carrera y/o a funcionamiento Continuo. En el último caso la prensa no se detiene en absoluto entre los ciclos de producción.
La fig. 5 muestra un perfil de posición de la Técnica Anterior. Muestra un ciclo de prensa de 360 grados convencional en términos de posición del pistón en función del tiempo. El ciclo de prensa pc y el ciclo de producción PC están indicados. El ciclo de producción PC comprende fases de prensado P*, de descarga U y de carga L. T2 es esa parte del ciclo que ocurre entre DP y UC. T2 puede ser definido de diferentes maneras. Por ejemplo T2 es normalmente un tiempo durante el cual ningún cargador o descargador está dentro de la prensa. También, es durante un periodo de tiempo T2 que comienza en el ángulo DP y que termina con el ángulo UC en el que tiene lugar la etapa P del prensado real (deformación) de la pieza de trabajo. Puede verse que las etapas de Descarga U luego de Carga L del ciclo de prensa convencional requieren una cantidad significativa de tiempo, el período T1. El tiempo total para un ciclo de producción PC también puede ser expresado como T1 + T2. En realizaciones de la presente invención un período de tiempo T2 más corto es proporcionado aumentando la velocidad del motor WM (y así la velocidad excéntrica W y la velocidad del pistón) en exceso de la velocidad de prensado WMp, permitiendo así una duración del ciclo de producción más corta.
La fig. 9 es un diagrama de flujo para un método para hacer funcionar la prensa mecánica mejorada de acuerdo con una realización de la invención. El método comprende una etapa de prensado y una pluralidad de etapas sin prensado. El método puede además ser descrito como comprendiendo etapas sin prensado, una etapa de prensado, y etapas de prensado posterior. Como puede verse anteriormente en la descripción en referencia a la fig. 4 el método comienza con:
60 acelerar, por ejemplo tan rápido como sea posible, desde la puesta en marcha a WM1
61 mantener la velocidad del motor a una velocidad máxima de WM1
62 reducir la velocidad del motor desde WM1 a la velocidad de prensado WMp tan tarde como sea posible
63 establecer la velocidad objetiva del motor tal como WMp para la etapa de prensado P
64 cuarta etapa sin prensado acelerar por ejemplo tan rápido como sea posible a WM1
65 quinta etapa sin prensado mantener la velocidad del motor a una velocidad máxima tal como WM1 preferiblemente hasta cerca de UC,
66 sexta etapa sin prensado reducir a cero.
Este método comprende operaciones para controlar la prensa mejorada de modo que consiga un ciclo de producción total que requiere tan poco tiempo como sea posible. Otras restricciones pueden ser incluidas o incluidas condicionalmente en el método anterior cuando es aplicado a una prensa independiente, por ejemplo para coordinar con los requisitos de carga/descarga para la prensa o para optimizar la potencia de pico y/o el consumo de energía para esta prensa. Esta potencia de pico y/o consumo de energía puede por ejemplo ser optimizada con respecto a la aceleración y al frenado regenerativo durante períodos de reducción de velocidad. Por ejemplo, en la industria del automóvil tales volúmenes de producción típicos significan que las características de optimización de energía de la línea de prensas mejorada pueden ser muy beneficiosas en, por ejemplo, reducir el consumo de energía. Sin embargo, la línea de prensas mejorada también puede ser utilizada en otras aplicaciones para estampar, cortar, prensar o estirar en profundidad donde las prensas mecánicas han de ser encontradas, tal como en la formación de piezas elementales o acuñación de monedas, y de ciertos muebles.
La fig. 10 muestra una variación del método descrito en relación al diagrama de flujo de la fig. 9. En ciertas operaciones, por ejemplo en el estampado en caliente, es deseable que la prensa se detenga durante la etapa de prensado y sujetar la pieza de trabajo bajo presión aplicada durante un período de tiempo, indicado como THS. Esta parada es llevada a cabo normalmente en la posición del BDC, o aproximadamente. Es una tarea simple incluir una o más operaciones funcionales adicionales para el control de la prensa mejorada de acuerdo con una o más realizaciones. La fig. 10 muestra una etapa adicional 63HS llevada a cabo durante o después de la etapa de prensado 63:
63HS reducir la velocidad desde WMp a cero y mantenerla durante un tiempo THS.
64 acelerar el motor a WM1 tan rápido como sea posible (o a una tasa o tasas de acuerdo con otro esquema).
El consumo de energía eléctrica del motor de accionamiento de una prensa puede ser mejorado o suavizado por el uso de frenado regenerativo. El motor puede ser decelerado a una velocidad reducida o a una velocidad cero por medio en
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parte de frenado regenerativo. Por ejemplo una reducción de velocidad del motor durante la primera etapa de prensado previo desde WM1 a WMp, y una reducción de velocidad del motor después del prensado desde WM1 a cero. Un sistema que comprende una prensa mejorada de acuerdo con una realización de la invención puede comprender medios de recuperación de energía para recuperar energía desde la prensa durante por ejemplo, la deceleración o el frenado. Estos pueden ser cualquier medio de recuperación tal como por ejemplo eléctrico, mecánico o químico. Esto puede implicar la utilización de uno o más condensadores, baterías, dispositivos mecánicos tal como volantes, resortes mecánicos o dispositivos que comprenden un depósito de un fluido comprimible. La energía almacenada es reutilizada principalmente durante uno o más de los siguientes períodos del ciclo de prensa: aceleración inicial en el inicio del ciclo de prensa; prensado; nueva aceleración después del prensado. La energía recuperada puede también o en su lugar ser alimentada de nuevo a la red eléctrica de alimentación. También o en lugar de la recuperación de energía durante la deceleración, la energía puede ser recuperada a partir de un movimiento de prensa que incluye un cambio en la energía cinética del sistema. Por ejemplo, la energía puede ser recuperada durante un periodo de tiempo en un ciclo de prensa que comprende un cambio en la inercia del sistema.
De acuerdo con la invención, el motor de accionamiento de la prensa es controlado para hacer funcionar la prensa en un ciclo de prensa mejorado que se extiende sobre un ángulo de manivela mayor de 360 grados o equivalente cuando es expresado en términos de una distancia de apertura de la prensa. Una prensa mecánica convencional tiene un ciclo de prensa de hasta 360 grados y típicamente comienza y termina en el Punto Muerto Superior (TDC). La fig. 6a muestra un ciclo de prensa estándar de la Técnica Anterior. Muestra un ciclo de 360 grados en un sentido rotacional. El ciclo se inicia y se para a 0/360 grados. Las posiciones relativas para DP y UC están indicadas esquemáticamente.
La fig. 6b muestra una realización que permite un tiempo más largo para que un motor acelere que el ciclo de prensa estándar dado. La figura muestra un ciclo de prensa que comienza y/o termina en una posición diferente a 0/360 o TDC.
La fig. 6c muestra una realización en la que la prensa funciona bidireccionalmente. Un ciclo en el sentido de las agujas del reloj SC, línea continua, comienza en el Inicio 1 aproximadamente a las 10 en punto y continua en el sentido de las agujas del reloj a DPC aproximadamente a las 2 en punto, hasta aproximadamente UCC aproximadamente a las 10 en punto y finaliza en Parada 1 aproximadamente a las 2 en punto. Dependiendo de los requisitos de proceso o de producto las posiciones de inicio/parada puede estar más cerca del TDC que las posiciones mostradas en las figuras, pero raramente más lejos que el ángulo UC. De manera similar la prensa gira a continuación en sentido inverso, línea discontinua, comenzando en el Inicio 2 de aproximadamente las 2 en punto y continuando en el sentido contrario a las agujas del reloj hasta DPAC aproximadamente a las 11 en punto, continua hasta aproximadamente UCAC aproximadamente a las 2 en punto y finaliza en el Inicio 2 aproximadamente a las 10 en punto que es la misma posición que la posición de Inicio 1 para la rotación en el sentido de las agujas del reloj.
La fig. 6d muestra una realización alternativa en la que la prensa gira en un primer sentido rotacional a través de un ciclo de prensa mayor de 360 grados. Al final del ciclo de producción la prensa se invierte luego a la posición de inicio. La fig. 6d muestra un Inicio aproximadamente a las 10 en punto que discurre en el sentido de las agujas del reloj, línea continua, a DPC aproximadamente a la 1 en punto, en el sentido de las agujas del reloj aproximadamente a UCC aproximadamente a las 10 en punto, continuando para finalizar en Parada aproximadamente a las 2 en punto. La prensa se invierte luego RAC en un sentido contrario a las agujas del reloj a la posición de inicio alrededor de las 10 en punto. La posición de inicio y de parada puede estar prevista simétricamente de forma aproximada en el TDC como se ha mostrado en los ejemplos anteriores, o no; y el inicio y la parada también pueden estar colocados más cerca del TDC de lo que las figuras indican esquemáticamente. El inicio/parada no está colocado usualmente más lejos del TDC que del ángulo UC o aproximadamente.
La fig. 7a muestra esquemáticamente el ciclo de prensa mejorado en forma de diagrama en términos de grados de ángulo de manivela. La fig. 7a muestra un ciclo de prensa 1 que comprende un ciclo SC en un primer sentido de acuerdo con las agujas del reloj, véase la flecha 3. El ciclo comienza en el punto 2 que se inicia aproximadamente a 300 grados, ángulo 4, y continúa en el sentido de las agujas del reloj a través de más de 360 grados hasta una parada aproximadamente a 60 grados, ángulo 5.
La fig. 7b muestra un ciclo en un segundo sentido rotacional, el ciclo SAC mostrado con una línea discontinua que se inicia en un ángulo 6 de aproximadamente 60 grados y continua en el sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de más de 360 grados a una parada 10 en un ángulo 9 que puede ser de aproximadamente 300 grados. El ciclo de prensa mejorado de la presente realización se extiende sobre más de 360 grados, y el sentido rotacional es cambiado en cada operación. Esto contrata con los métodos tradicionales con el inicio y la parada en la misma posición durante cada operación, típicamente en el TDC, como se ha hecho con las prensas mecánicas tradicionales.
Un ejemplo de puntos de aceleración y deceleración en términos de ángulos para el ciclo de la fig. 7a o 7b están mostrados en la fig. 8. Así, una primera operación en el sentido de las agujas del reloj SC es realizada por ejemplo empezando a 300 grados, acelerando hasta alcanzar 40 grados (40 grados es en este ejemplo también el ángulo DP de protección de matriz). La deceleración es iniciada a 300 grados, indicado también en este ejemplo como un ángulo de leva de descarga UC, y la prensa es parada en 60 grados. La siguiente operación es entonces iniciada a partir de 60 grados, y acelerada en el sentido de rotación opuesto, sentido contrario a las agujas del reloj, hasta 320 grados, indicado como un ángulo de protección de matriz DPm simétrico especular. La deceleración es iniciada a 60 grados lo que también
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puede ser el ángulo de leva de descarga simétrico especular hasta la parada a 300 grados. Así en las figs. 7a, 7b y 8 los ciclos de prensa sucesivos son mayores de 360 grados y los ciclos en diferentes sentidos se inician y se paran en el mismo punto, 60 grados. Obsérvese que el primer y segundo ciclos ejemplares ilustrados en las figs. 7a, 7b no tienen que pararse e iniciarse en el mismo punto.
Utilizando el método mejorado anteriormente el sistema de prensa puede ser controlado de modo que el motor acelera el pistón de prensa durante 100 grados o así (y decelera durante 120), que son magnitudes mayores en comparación con alrededor de 40 grados de aceleración en un ciclo de prensa mecánica tradicional típico (como en la fig. 6a) o un ciclo de prensa mejorado (como en la fig. 6b). Así un motor con una salida de par máximo dado será capaz de acelerar una inercia que puede ser aproximadamente dos veces mayor hasta velocidad total. Una inercia mayor hace a su vez que haya más energía (cinética) disponible para el proceso de prensado real, de modo que ha de llegar menos energía desde el motor directamente durante la parte de prensado del ciclo de prensa. Esto permite la utilización de un motor más pequeño. Las simulaciones han mostrado que el funcionamiento bidireccional permite la utilización de un motor con un 30% menos de par para una duración de ciclo dada, en comparación con operaciones con un ciclo de prensa tradicional o tradicional mejorado.
En el ejemplo anterior el valor del ángulo de leva de descarga (60 grados desde la parte superior) se utilizó como la posición de inicio y de parada para el funcionamiento bidireccional. Si este ángulo es utilizado o no dependerá también del tamaño de la maquinaria auxiliar, un cargador/descargador o dispositivo de transferencia tal como un robot, y del tamaño de la pieza frente a la profundidad de la matriz de prensa. Mientras un dispositivo de transferencia o robot sin pieza puede entrar en la prensa en este ángulo, un robot o dispositivo de transferencia con pieza puede requerir una apertura mayor de la prensa. Si es así, por ejemplo, el ángulo de protección de matriz (40 grados desde la parte superior por ejemplo) puede ser utilizado como una posición de inicio y de parada. En el ejemplo dado, el inicio de la primera operación estaría así a 320 grados, aceleración a 40, deceleración desde 320, la parada a 40. El funcionamiento bidireccional proporciona aún un gran beneficio en comparación con el funcionamiento estándar tradicional de prensas mecánicas.
También dependiendo de la prensa y de la pieza, los valores del ángulo de protección de matriz y el ángulo de leva de descarga pueden diferir de los ejemplos proporcionados aquí.
De acuerdo con otra realización de la presente invención se ha previsto una mejora de los métodos para hacer funcionar una prensa mecánica que comprende un motor de accionamiento eléctrico en el que la prensa es movida hacia atrás entre operaciones de ciclos de producción de prensa sucesivos en lugar de cambiar el sentido de rotación de funcionamiento de la prensa para cada ciclo alternativo. Esta realización es particularmente ventajosa para prensas que, debido al diseño o a otras razones, no pueden ser accionadas en marcha atrás para un ciclo de prensa completo.
La fig. 7a muestra esquemáticamente un ciclo de prensa SC con un punto de inicio 2 para, en este ejemplo, una rotación en el sentido de las agujas del reloj desde un punto 2, que es un ángulo 4 de aproximadamente 300 grados. El primer ciclo atraviesa el sentido de las agujas del reloj a través de aproximadamente 480 grados a una parada de ciclo 11 con un ángulo 5 de aproximadamente 60 grados. En el final 11 del primer ciclo la prensa es hecha girar a continuación en un sentido rotacional inverso RAC de nuevo al mismo punto de inicio SC que el ciclo de prensado anterior.
El control y la aceleración y/o deceleración del ciclo de prensa mejorado con el mismo sentido rotacional por ciclo de prensa e inversión entre cada ciclo de prensa puede ser variado. Por ejemplo las posiciones inicial y final de un ciclo de prensa puede ser variadas. Un ciclo de prensa puede por ejemplo iniciarse en 300 grados, acelerar en el sentido de las agujas del reloj a través de 100 grados a 40 grados y girar a través de una fase de formación. Después del prensado o formación, la deceleración puede comenzar a 300 grados y puede discurrir a través de 100 grados hasta una parada que ocurre a 60 grados. Luego, en un periodo de tiempo durante el cual por ejemplo, máquinas son descargar/cargar la prensa, la prensa es movida hacia atrás RAC desde 60 grados a 300 grados, de modo que la siguiente operación está entonces lista para ser iniciada de nuevo desde 300 grados, y una vez más en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido hacia delante. Este método es más eficaz cuando hay disponible suficiente tiempo para el movimiento hacia atrás durante un tiempo muerto tal como descargar/cargar, así la aplicación puede estar algo más limitada que para el funcionamiento bidireccional, dependiendo de las demandas de la operación de formación específica que se ha planificado. Sin embargo, es posibilitada una reducción similar de par de pico.
Uno o más microprocesadores (o procesadores u ordenadores) comprenden una unidad de procesamiento central CPU que realiza las operaciones de los métodos de acuerdo con uno o más aspectos de la invención, como se ha descrito por ejemplo con referencia a las figs. 9 o 10. El método o métodos son realizados con ayuda de uno o más programas informáticos, que son almacenados al menos en parte en la memoria accesible por los uno o más procesadores. Debe comprenderse que los programas informáticos para llevar a cabo métodos de acuerdo con la invención también pueden ser ejecutados en uno o más microprocesadores u ordenadores industriales de propósito más general en lugar de uno o más procesadores u ordenadores adaptados especialmente.
El programa informático comprende elementos de código de programa informático o partes de código de software que hacen que el ordenador o procesador realice los métodos utilizando ecuaciones, algoritmos, datos, valores almacenados, cálculos y similares para los métodos descritos previamente, por ejemplo en relación con la fig. 9, 10 y en relación con el
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perfil de velocidad de la fig. 4 y con los métodos descritos en relación con las figs. 6b-d, 7, 8 en relación con el accionamiento de la prensa en más de un sentido rotacional. Una parte del programa puede ser almacenada en un procesador como anteriormente, pero también en un chip o similar de ROM, RAM, PROM, EPROM o EEPROM u otros medios de memoria adecuados. El programa o alguno de los programas también pueden ser almacenados localmente (o centralmente) en parte o en su totalidad sobre, o en, otro medio legible por ordenador adecuado tal como un disco magnético, un disco de CD-ROM o de DVD, un disco duro, medios de almacenamiento de memoria magneto-ópticos, en una memoria volátil, en una memoria flash, como firmware, o almacenados en un servidor de datos. También se pueden utilizar otros medios conocidos y adecuados, que incluyen medios de memoria extraíbles tales como un "pincho" o tarjeta de memoria Sony (TM) y otras memorias flash extraíbles, discos duros, etc. El programa también puede en parte ser suministrado desde una red de datos, incluyendo una red pública tal como la Internet. Los programas informáticos descritos también pueden estar previstos en parte como una aplicación distribuida capaz de ser ejecutada en varios ordenadores o sistemas informáticos más o menos al mismo tiempo.
Un sistema de producción puede incluir una o más prensas mejoradas de acuerdo con una o más realizaciones de la invención. Por ejemplo una o más prensas pueden estar incluidas en una línea de prensas, donde una pluralidad de prensas funcionan sobre el mismo producto o productos relacionados. Una producción puede incluir una pluralidad de líneas de prensas que comprende una o más prensas mejoradas de acuerdo con una o más realizaciones de la invención. En el contexto del sistema de producción alguno de los métodos de optimización y coordinación descritos anteriormente para optimizar una única prensa autónoma puede extenderse sobre el grupo de procesos. Así la energía recuperada por ejemplo puede ser consumida por otras máquinas y no sólo por una prensa mejorada autónoma. La potencia de pico combinada, o energía utilizada por más de una máquina puede ser optimizada o coordinada, por ejemplo para reducir el consumo de potencia de pico total o para reducir potencialmente la formación de pico o de punta disruptiva en utilización de potencia. Tales consideraciones para la utilización de potencia total por una línea de prensas también pueden introducir restricciones para los tiempos de aceleración, deceleración, etc., que pueden ser factorizados en el método tal como se ha descrito en referencia a la fig. 6. Por ejemplo, para obtener la duración más corta posible para un ciclo de producción la prensa es acelerada tal como en la operación 60 de la fig. 9 tan rápido como sea posible; pero la aceleración puede ser variada a menos del máximo para evitar un pico de potencia instantáneo para la línea de prensas como un todo. La primera aceleración a WM1, operación 60, puede no ser lineal, y puede estar prevista para coincidir con un período de tiempo, la cantidad de tiempo necesaria por un cargador para insertar la pieza de trabajo y así consumir al menos un tiempo dado para alcanzar el ángulo DP, en lugar de una aceleración máxima y/o en línea recta. De manera similar, el frenado regenerativo que es llevado a cabo normalmente, tal como en conexión por ejemplo con las operaciones 62, 66 de la fig. 9, puede estar previsto con restricciones para proporcionar energía de retorno a cualquiera de entre la misma prensa, otra máquina, la línea de prensas o la red eléctrica.
Tal coordinación u optimización entre prensas puede estar prevista alrededor de otros aspectos de la prensa mejorada. Por ejemplo cuando se optimiza una línea de prensas las posiciones de inicio/parada en cada ciclo de prensa que se ejecuta en cada prensa pueden ser seleccionadas o ajustadas. Esto permite una mayor libertad para prever tiempos de producción total óptimos para una línea de prensas.
Debería observarse que aunque lo anterior describe realizaciones ejemplares del invento descritas, hay diversas variaciones y modificaciones que pueden hacerse a la solución descrita sin salirse del marco de la presente invención como se ha definido en las reivindicaciones adjuntas.
Referencias:
1. High-tech presses, Servo technology meets mechanical presses by Dennis Boerger, Stamping Journal November 2003, thefabricator.com

Claims (1)

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    imagen2
ES06744823.3T 2006-02-06 2006-06-08 Sistema y método para el accionamiento de prensa mecánica Active ES2586661T3 (es)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US76518206P 2006-02-06 2006-02-06
US76518306P 2006-02-06 2006-02-06
US765182P 2006-02-06
US765183P 2006-02-06
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