Fagor Arrasate revoluciona el prensado mecánico

Redacción Mu01/04/2006

Fagor Arrasate, miembro del mayor grupo cooperativo industrial español, Mondragón Corporación Cooperativa (MCC), está a la cabeza en el desarrollo de prensas servo con accionamientos directos en Europa. Ofreciendo la velocidad de las prensas mecánicas junto con la flexibilidad de las prensas hidráulicas, Fagor Arrasate está preparado para revolucionar el sector del estampado de chapas metálicas. Esta nueva tecnología se ha hecho posible gracias a la aplicación de los servomotores gigantes de GE Fanuc, que proporcionan pares máximos de hasta 5.500Nm. Las nuevas prensas servo no sólo aumentan la productividad, sino que también mejoran la calidad del producto, alargan la vida útil del troquel, simplifican el mantenimiento y, además, pueden realizar tareas no factibles con las prensas mecánicas convencionales.

Empecemos por el servomotor gigante. Fagor Arrasate fabrica un amplio abanico de productos de avanzada tecnología para el procesamiento y conformado de chapas de metal, trabajando frecuentemente con el cliente para diseñar soluciones personalizadas. El Grupo Fagor, del que Arrasate es parte integrante, dirige también cinco centros tecnológicos, en los que se llevan a cabo los nuevos desarrollos. Empleados de las empresas de producción cooperan en equipo para prestar ayuda en los nuevos diseños. Ya en 1988 se iniciaron los trabajos de un proyecto pionero de I+D en torno a la idea de una prensa servo. En aquel tiempo la empresa no pudo conseguir servomotores con la suficiente capacidad para ello. Pero cuando GE Fanuc introdujo sus servomotores gigantes de renombrada fiabilidad, Fagor Arrasate decidió desarrollar una nueva máquina de 400 toneladas. La característica principal del servomotor es su elevado par inicial.

La diferencia fundamental, en cuanto a su construcción, entre esta prensa servo y una prensa mecánica convencional es la conexión directa entre el servomotor y el mecanismo de accionamiento del carro. La posición y la velocidad del motor de accionamiento principal están controladas electrónicamente en tiempo real. El servomotor sólo está en funcionamiento durante el ciclo de prensado. Lo cual contrasta directamente con la continua rotación de los motores y la gran inercia de los volantes en las prensas convencionales, en las que la energía cinética almacenada en el volante se transmite a la prensa a través de un mecanismo de embrague cuando se realiza la embutición.

Ciclos de prensado flexibles

La primera prensa servo producida por la empresa es un desarrollo radical de una de sus prensas mecánicas convencionales. Estas prensas tradicionales están diseñadas de forma que el carro sigue una determinada curva de posición/tiempo, dependiendo del mecanismo de transmisión, por ej. accionamiento excéntrico, o excéntrico con un mecanismo link drive o con un mecanismo L-D-R2. Las diferentes prensas resultantes se adecuan a aplicaciones de prensado específicas, en las que la velocidad del movimiento a lo largo del ciclo de prensado no puede ser modificada.

Sólo las prensas hidráulicas permiten la introducción de variaciones más complejas en las curvas del carro. Cada una de estas variaciones se lleva a cabo con ajustes mecánicos, necesitándose un tiempo considerable para la preparación y prueba antes de que se pueda reanudar la producción.

Con la nueva prensa servo de Fagor, la curva del ciclo de prensado es infinitamente variable y se consigue mediante control programable. La velocidad, el desplazamiento y el tiempo de frenado del servomotor pueden determinarse con precisión a través de un PLC programable, que controla el amplificador servo. Una vez que se ha desarrollado el ciclo para una determinada tarea, el programa para ese tipo de trabajo puede almacenarse y reutilizarse nuevamente cuando se requiera, desde el Terminal de Operador. También puede conectarse a sistemas programados de manipulación por medio de robots. Para esta máquina se pueden desarrollar programas para gran diversidad de tareas de la planta de producción. Esto concede una extraordinaria versatilidad a la prensa, que puede realizar diferentes tareas en tiempos diferentes con resultados óptimos, o llevar a cabo otros posibles trabajos en el futuro. Y todo esto se ha conseguido simplemente cambiando el programa electrónico.

Nuevos campos de aplicación

Como resultado la empresa prevé, como Juanjo Colas, Director de Exportación de Fagor Arrasate, explica, que la máquina, con su versatilidad programable, abrirá nuevos campos de aplicación, como:

Prensas para pruebas de troqueles, ya que prácticamente cualquier tipo de troquel puede ser probado con esta máquina
Estampado en caliente, ya que gracias al control que se logra del perfil de la curva, éstas pueden adaptarse a cualquier proceso o modelo de estampado en caliente
Conformado semisólido, gracias a que la velocidad y posición del carro pueden controlarse con gran exactitud
Hidroconformado, ya que el tiempo de frenado puede integrarse incluso cuando se mantiene la presión.

Colaboración de GE Fanuc

La primera prensa servo construida por Fagor posee una estructura de un solo bloque de lados rectos. Fue desarrollada por Fagor Arrasate en estrecha colaboración con GE Fanuc, que facilitó asistencia técnica experimentada local en las fases clave del diseño y en el proceso de construcción. Gorka Odiaga, del Departamento de Automatización de Fagor Arrasate, destaca: “La prensa servo resultó en realidad más fácil de construir de lo que habíamos previsto y la potencia de salida del motor es mucho mayor de los que esperábamos. GE Fanuc fue de gran ayuda especialmente por sus recomendaciones en cuanto a los requisitos relacionados con el servomotor. Nos sugirieron el mejor modo de enfocar la programación del PLC, nos aconsejaron en el cableado y armario de control para el motor y el servo, y nos ayudaron en la puesta a punto de la nueva máquina.”

El único servomotor de par de 3,000Nm Alpha 3000 (HV) is de GE Fanuc opera con un cambio de velocidades de reducción 50:1 convencional para accionar la corona. Un freno está disponible en esta caja de transmisión para actuar como sistema de seguridad definitivo en caso necesario. Levas excéntricas accionan dos barras de conexión acopladas al carro, que pueden crear una fuerza de hasta 400 toneladas. La mesa tiene unas dimensiones de 2,400mm x 1,200mm y posee un cojín de 40 toneladas. El recorrido máximo del carro es de 400mm, la distancia real recorrida y que es controlada hasta unos pocos micrómetros por medio del software del PLC. Las cuatro bobinas del servomotor son alimentadas por amplificadores estándar de GE Fanuc SVM1-360HVi.

“Estamos muy satisfechos con el resultado,” añade Yon Suinaga Landa, ingeniero y responsable del equipo de diseño de Fagor Arrasate. “Con la ayuda de GE Fanuc sólo fueron necesarios 4 meses para rediseñar el sistema de accionamiento basado en la estructura de una de nuestras prensas mecánicas convencionales. Ahora disponemos de una máquina con potencial para una productividad considerablemente mayor, con una cadencia de hasta 100 golpes por minuto y costes de mantenimiento y repuestos notablemente reducidos, gracias a la eliminación del volante y el embrague y a la alta fiabilidad que ofrece el servomotor de GE Fanuc.

La primera prensa servo producida por la empresa es un desarrollo radical de una de sus prensas mecánicas convencionales

Futuro desarrollo

La potencia de salida de los mayores servomotores de GE Fanuc, diseñados de forma que pueden conectarse de modo compatible en pares o en grupos de cuatro, significa que pueden utilizarse para producir una fuerza de prensado equivalente a la de las mayores prensas hidráulicas. Esto abre nuevas oportunidades a Fagor Arrasate. El uso de servomotores eliminará el consumo de fluidos hidráulicos, junto con los sistemas de refrigeración y los sistemas de volante y embrague, evitando los problemas medioambientales derivados de sus desechos y, por supuesto, el consumo de energía de los motores girando continuamente.

Fagor Arrasate

Mondragón Corporación Cooperativa (MCC) emplea a más de 75,000 personas en todo el mundo, distribuidas en más de 100 empresas que abarcan un amplio espectro de sectores industriales, así como servicios financieros y distribución. Todas estas empresas son cooperativas. Fagor Arrasate, fundada en 1957, es miembro de MCC. Consta de cinco plantas para fabricación y montaje, situadas en un entorno con una larga tradición industrial y dotadas de excelentes infraestructuras. Es líder en la industria de prensas mecánicas e hidráulicas, sistemas de estampación completos, líneas de procesamiento y corte de chapas metálicas, así como troqueles y sistemas especializados para la producción de piezas metálicas de aplicación interna. También diseña y produce instalaciones llave en mano, incorporando no sólo sus principales productos, sino también máquinas periféricas como líneas de alimentación, sistemas transfer, robots, apiladoras y troqueles. Con una extensa red de ventas y soporte, exporta aproximadamente el 80 por ciento de sus productos y sistemas a plantas de fabricación en más de 70 países de todo el mundo. Avalada por el certificado ISO 9001, la empresa ha sido también aprobada por los procedimientos de calidad internos de muchos de sus clientes en los sectores del automóvil, electrodomésticos e industrias del acero.

Ventajas de las prensas servo

La trayectoria del carro es totalmente flexible gracias al control programable
Con prensas convencionales, realizar un cambio en el recorrido es mecánicamente complejo y, además caro. Con una prensa servo, sólo se requiere un cambio en los parámetros a través del Terminal de Operador.
En una prensa servo, un cambio en la velocidad del motor es inmediato y afecta a la velocidad del carro, permitiendo una embutición muy controlada.
La eliminación del volante y el embrague, elimina costes y elementos sujetos a desgaste y mantenimiento.
Los sistemas de transmisión de energía del motor al carro son de mucha menor complejidad.
Se produce una importante reducción del ruido, ya que el motor sólo funciona durante el ciclo de estampado/embutición, la velocidad del impacto puede reducirse bajo el control del programa y se utilizan sistemas de transmisión menos ruidosos.
El tiempo de vida útil de los troqueles se alarga, ya que la trayectoria y la velocidad pueden programarse para minimizar el impacto. Este control reduce el esfuerzo en la prensa, lo que se traduce en una reducción del mantenimiento.
Eliminando la necesidad de un motor que está en constante funcionamiento para accionar el volante, se consigue una reducción del consumo de energía eléctrica.