Las prensas punzonadoras CNC de torreta son una categoría importante de máquinas CNC. Principalmente constan de un sistema de control, sistema de transmisión principal, sistema de alimentación, plato giratorio, moldes y software de programación periférico. Son equipos de mecanizado de alta velocidad, precisión y flexibilidad que integran mecánica, electrónica, hidráulica y neumática, capaces de realizar punzonados y otros procesos de conformado en chapa metálica. Como equipo clave en el campo del procesamiento de chapa, las prensas punzonadoras CNC de torreta tienen una historia de aplicación y desarrollo que abarca más de setenta años, convirtiéndose en uno de los equipos de proceso más importantes en industrias como la fabricación de automóviles, maquinaria de construcción, ferretería, electrodomésticos, computadoras, instrumentación, electrónica e información y maquinaria textil.

Clasificación y características de las prensas punzonadoras CNC de torreta

Según la fuente de energía del sistema de transmisión principal, las prensas punzonadoras CNC de torreta se pueden dividir en las siguientes tres categorías:

(1) Prensas punzonadoras mecánicas de torreta. Este tipo de estructura tiene características de movimiento simples, un rango de procesamiento limitado, baja frecuencia de punzonado, alto nivel de ruido, y el embrague y el freno son propensos al desgaste y tienen una vida útil corta. En gran medida ha sido eliminado del mercado.

(2) Prensas punzonadoras hidráulicas de torreta. Estas son impulsadas por cilindros hidráulicos, con el punzonado controlado por válvulas servo-hidráulicas. Este tipo de producto fue el producto principal en el mercado durante un período considerable. En comparación con las prensas mecánicas, las ventajas son una mayor capacidad de estampado, mayor frecuencia de estampado y reducción del ruido. Sin embargo, también tiene desventajas como contaminación por aceite, alto consumo de energía, baja tolerancia ambiental y de temperatura, baja fiabilidad y mantenimiento difícil.

⑶ Prensas punzonadoras servo-eléctricas de torreta. Con la mejora y promoción de motores servo de alto par y sistemas de accionamiento en los últimos años, las prensas punzonadoras servo-eléctricas han logrado grandes avances y han reemplazado gradualmente las estructuras hidráulicas, convirtiéndose en el producto principal de la industria.

En comparación con las prensas mecánicas e hidráulicas tradicionales, el accionamiento principal servo-eléctrico tiene muchas ventajas:

1) Buena versatilidad y alto nivel de inteligencia. Debido a la función servo, la curva de movimiento del punzón ya no es solo una curva sinusoidal, sino una curva arbitraria que puede optimizarse según los requisitos del proceso, mejorando significativamente el rendimiento de procesamiento y ampliando el rango de procesamiento.

2) Alta precisión. El codificador en el motor servo retroalimenta la información del ángulo de rotación del cigüeñal al sistema CNC. Al procesar los datos mediante la relación funcional entre el desplazamiento del punzón y el ángulo del cigüeñal, se obtienen datos de posición del punzón en tiempo real, formando un sistema de control semi-cerrado. Esto permite un control preciso del movimiento del punzón, con una precisión del punto muerto inferior controlada dentro de ±0.05mm.

3) Alta eficiencia productiva. Las prensas servo pueden ajustar la carrera del punzón según diferentes técnicas de procesamiento. En un ciclo de trabajo, no es necesaria una rotación de 360°; basta con una oscilación de cierto ángulo para completar el procesamiento, reduciendo aún más el tiempo del ciclo y mejorando significativamente la eficiencia productiva.

4) Ahorro de energía y protección ambiental. Las prensas punzonadoras CNC de torreta accionadas por motores servo dependen completamente del par del motor. El motor solo gira cuando el punzón se mueve, lo que resulta en un importante ahorro de energía.

5) Baja vibración y bajo ruido. Al establecer la curva característica de velocidad del punzón, la velocidad del punzón puede reducirse adecuadamente en el momento en que la matriz superior entra en contacto con la chapa metálica. En comparación con las prensas punzonadoras CNC de torreta mecánicas e hidráulicas tradicionales, el ruido puede reducirse entre 8 y 12 dB.

Actualmente, existen tres tipos principales de estructuras de accionamiento principal servo. Estos tres mecanismos son tecnológicamente maduros, cada uno con sus propias características, y todos tienen una participación significativa en el mercado.

⑴ Mecanismo de biela-manivela accionado por doble motor, representado por la prensa punzonadora CNC de torreta EM2510NT de AMADA Corporation de Japón. Los dos motores están dispuestos simétricamente a ambos lados del cuerpo de la máquina, lo que resulta en una estructura compacta y pequeña que garantiza un par de salida suficiente del cigüeñal mientras logra una alta frecuencia de punzonado.

⑵ Mecanismo de manivela-biela, representado por la prensa punzonadora CNC de torreta MOTORUM-2048LT de MURATEC Corporation de Japón. Aunque esta estructura es relativamente compleja, utiliza las características únicas de multiplicación de fuerza del mecanismo de manivela-biela para reducir el par de carga en el motor servo. Además, con la manivela girando una revolución y el deslizador moviéndose hacia arriba y hacia abajo dos veces, se puede lograr una mayor frecuencia de punzonado.

⑶ Mecanismo de biela-manivela accionado por un único motor servo de alto par refrigerado por agua, representado por las prensas punzonadoras CNC de torreta servo-eléctricas de las series EP y H de Jiangsu Yangli CNC Machine Tool Co., Ltd. Debido a que utiliza un único motor servo de alto par refrigerado por agua como fuente de energía, tiene una gran capacidad de carga de trabajo continua y elimina los problemas de control de sincronización asociados con los accionamientos de doble motor. Esto resulta en una mayor eficiencia mecánica, mejor estabilidad y fiabilidad, y una alta relación costo-beneficio.

Procesos de mecanizado típicos Los procesos de mecanizado típicos para las prensas punzonadoras CNC de torreta incluyen principalmente el corte y el conformado.

Proceso de corte El corte, también conocido como separación de material, se refiere al proceso en el que la pieza de trabajo se corta y separa a lo largo de un contorno cerrado o abierto bajo fuerza externa. El corte puede producir directamente piezas terminadas o preparar piezas en bruto para procesos posteriores como el doblado, el estirado y el conformado.

Generalmente, los procesos de corte se dividen principalmente en los siguientes cuatro modos:

⑴ Punzonado simple. El punzonado se completa en una sola pasada, incluyendo agujeros rectos, en forma de arco, circunferenciales y en forma de rejilla.

⑵ Punzonado continuo en la misma dirección. Utilizando una matriz rectangular parcialmente superpuesta, puede procesar agujeros alargados, bordes recortados, etc. Cuando se utiliza este modo de punzonado, la superposición de matrices durante el proceso de punzonado hará que la carga de punzonado se desvíe del centro de la matriz (carga descentrada), lo que causará deformación torsional en la estructura de la máquina herramienta. En casos graves, puede dañar la matriz. Por lo tanto, al punzonar agujeros de gran diámetro, placas gruesas y alta carga, la superposición de matrices debe minimizarse tanto como sea posible para reducir la carga descentrada.

(3) Punzonado continuo multidireccional. Este es un método de procesamiento que utiliza matrices pequeñas para procesar agujeros grandes, lo que puede aumentar la flexibilidad de la máquina herramienta y ampliar el rango de procesamiento de la matriz. Al utilizar este modo de punzonado, generalmente es necesario rotar el punzón en diferentes ángulos a través de una estación giratoria, junto con el movimiento de posicionamiento del mecanismo de alimentación en el plano XOY.

(4) Punzonado por pasos. Este es un modo de procesamiento común que utiliza una matriz circular pequeña para punzonar continuamente arcos o curvas de chavetero con un pequeño paso. Debido a que se utiliza un círculo pequeño para el ajuste, la precisión del contorno y la calidad de la sección transversal generalmente no son altas, y la eficiencia del punzonado es baja. Cuando el tamaño del punzonado es grande y el número es elevado, se recomienda utilizar una matriz de punzonado especial.

Procesos de conformado

Los procesos de conformado se refieren a los métodos de procesamiento en los que la chapa metálica, bajo fuerza externa y tensión que supera el punto de fluencia del material, sufre deformación plástica para obtener una forma y tamaño específicos. Estos incluyen principalmente el laminado, el estirado superficial, el rebordeado y el doblado, así como las principales características de conformado y las matrices correspondientes para algunas piezas típicas.

(1) Conformado en una sola pasada: Un método de procesamiento en el que se realiza un estirado superficial en un solo paso según la forma de la matriz. En este modo de conformado, la forma y el tamaño de la matriz deben corresponder uno a uno con la característica que se está procesando, idéntico al modo de procesamiento de las prensas ordinarias; es un modo de procesamiento completamente "rígido".

(2) Conformado continuo: Métodos de conformado en los que el tamaño del conformado es mayor que el tamaño de la matriz, como persianas de gran tamaño, laminado y conformado por pasos.

El proceso de conformado de la chapa metálica se ve afectado de manera integral por muchos factores, incluyendo las propiedades mecánicas del material, el grosor de la chapa, la temperatura de conformado y la velocidad de conformado. Involucra muchos aspectos como la deformación elástica, la deformación plástica, el endurecimiento por trabajo y la anisotropía del material, mostrando un alto grado de no linealidad. Su mecanismo de conformado es extremadamente complejo y difícil de analizar utilizando fórmulas mecánicas tradicionales en la producción real. En un entorno virtual informático, se utiliza el método de elementos finitos (MEF) para simular el proceso de conformado del material, permitiendo la predicción y evaluación del rebote elástico, las grietas y las arrugas durante el proceso de conformado. Esto facilita la investigación en profundidad del mecanismo de conformado. En la producción industrial, el análisis MEF puede guiar el diseño de matrices y optimizar los parámetros del proceso de conformado, poseyendo un valor de aplicación práctica incalculable. Actualmente, los programas comúnmente utilizados incluyen ANSYS, ABAQUS, MAC, LS-DYNA y DYNAFORM.

Tendencias futuras de desarrollo

Con el desarrollo de la tecnología CNC, la tecnología de redes, la tecnología de control servo y los motores servo de alto par, las prensas punzonadoras CNC de torreta muestran las siguientes tendencias de desarrollo:

⑴ Alta velocidad y alta precisión.

La alta velocidad y la alta precisión son la búsqueda eterna de la industria de máquinas herramienta. Mejorar la velocidad y la precisión de las prensas punzonadoras CNC de torreta incluye principalmente los siguientes aspectos: 1) Mejorar el rendimiento dinámico del mecanismo de alimentación. Actualmente, el mecanismo de alimentación utiliza principalmente dos métodos de transmisión mecánica tradicionales: tornillos de bolas y cremalleras y piñones, y adopta control semi-cerrado, lo que resulta en una velocidad de posicionamiento, aceleración y precisión de posicionamiento generalmente bajas. Con el desarrollo y la aplicación generalizada de la tecnología de accionamiento por motor lineal en los últimos años, utilizando tecnología de accionamiento por motor lineal y retroalimentación de posición de movimiento en tiempo real a través de reglas de rejilla para formar control cerrado, es posible mejorar la velocidad de posicionamiento, la aceleración y la precisión de posicionamiento del mecanismo de alimentación de las prensas punzonadoras CNC de torreta a un nivel sin precedentes; 2) Adoptar un accionamiento principal completamente servo-eléctrico, por un lado, su precisión en el punto muerto inferior es alta, lo que puede controlarse dentro de ±0.05mm; por otro lado, este mecanismo de transmisión tiene modos de estampado ricos, como utilizar un modo de procesamiento de oscilación hacia adelante y hacia atrás del cigüeñal a alta velocidad, el tiempo requerido para completar una carrera de 4mm puede controlarse dentro de 40ms; 3) Adoptar nuevas tecnologías para minimizar el tiempo de inactividad, como la tecnología de detección automática de desgaste de matrices, la tecnología de cambio automático de matrices y la tecnología de carga y descarga automática.

⑵ Inteligencia en tiempo real.

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología hoy en día, la búsqueda del mercado de las prensas punzonadoras CNC de torreta ya no se limita a la precisión y la fiabilidad, sino que ha comenzado a centrarse en soluciones inteligentes. Tecnologías clave a promover: 1) Tecnología de monitoreo de calidad de piezas en línea; 2) Tecnología de monitoreo de desgaste de matrices en línea; 3) Tecnología de selección y cambio automático de matrices; 4) Diagnóstico y resolución de fallos inteligente remoto; 5) Tecnología de establecimiento y optimización de bases de datos de expertos en procesos.

(⑶) Ahorro de energía y protección ambiental.

Las prensas punzonadoras CNC de torreta involucran principalmente los siguientes tres aspectos: 1) Contaminación acústica, que puede abordarse adoptando modos de procesamiento silenciosos, optimizando la estructura de la máquina herramienta y utilizando materiales de aislamiento acústico para reducir vibraciones y ruido; 2) Contaminación por aceite, con el accionamiento principal servo-eléctrico reemplazando al accionamiento principal hidráulico tradicional como una tendencia inevitable en el desarrollo de la industria; 3) Concepto de diseño verde basado en la vida útil, empleando conceptos y métodos de diseño avanzados para lograr la aplicación más racional de materiales, haciendo que la máquina herramienta sea menos voluminosa y engorrosa.

(⑷) Unidad de mecanizado flexible (FMC) de una sola máquina e integración funcional.

Las pequeñas unidades de mecanizado flexible de una sola máquina, con las prensas punzonadoras CNC de torreta como cuerpo principal, tienen funciones auxiliares como el desbarbado y el roscado, y están equipadas con almacenes automatizados y sistemas de carga y descarga automática, poseyendo una flexibilidad y eficiencia de procesamiento extremadamente altas, e incluso pueden lograr operación sin personal. En comparación con los sistemas de fabricación flexible a gran escala, ocupa menos espacio, tiene costos de compra de equipos más bajos y ofrece mejor fiabilidad y estabilidad, lo que lo hace más aceptado por los clientes, especialmente adecuado para pequeñas y medianas empresas especializadas en el procesamiento de chapa metálica. La unidad de procesamiento presenta dos prensas punzonadoras CNC de torreta dispuestas simétricamente, equipadas con un almacén automatizado y mecanismos de carga/descarga automática, mejorando significativamente la automatización. Solo se requiere monitoreo periódico por parte de los operadores. Sin embargo, lograr una operación verdaderamente sin personal aún requiere avances en varias tecnologías clave, como la tecnología de monitoreo de desgaste de matrices en línea, la tecnología de selección y cambio automático de matrices, la tecnología de monitoreo de calidad de piezas en línea y la tecnología de diagnóstico y resolución de fallos inteligente.