Piegatura delle sbarre, oleodinamica o servo

Chieda a un fornitore di macchine se debba comprare oleodinamico o servo e le tornerà indietro la descrizione di quello che costruisce lui. Non è utile a nessuno.

Noi costruiamo entrambi. La EMAC-BB-H12 è una testa oleodinamica ibrida e la EMAC-BB-S12 è una testa servo puro. Sono dichiarate in modo identico: 400 kN, ±0,1° di precisione di piega, capacità 200 × 16 mm, compensazione elettronica del ritorno elastico, 6,25 kW installati. Stesso ingombro, stessa scheda tecnica, catena cinematica diversa. Quindi la scelta fra le due è una scelta su come gestisce la sua officina e non su quale macchina sia migliore, e non abbiamo alcuna ragione commerciale per fingere il contrario.

Tre architetture, non due

Il confronto viene di solito posto come due opzioni. Sono tre, ed è in quella di mezzo che vive gran parte della confusione attuale.

Su una testa oleodinamica convenzionale, una pompa a cilindrata fissa su motore asincrono gira in continuo a piena velocità. La portata che la macchina non usa passa da una valvola di massima e diventa calore nell'olio. Il moto della slitta è controllato da valvole direzionali e proporzionali, e il gruppo porta un accumulatore, un serbatoio di dimensioni non trascurabili e di solito uno scambiatore.

Su una testa ibrida, o a servopompa, un servomotore trascina la pompa e la velocità della pompa viene comandata per seguire la richiesta. La posizione della slitta si controlla facendo girare la pompa anziché laminando la portata su una valvola, quindi la via di scarico smette di essere l'elemento di controllo primario. Poiché le perdite sono molto minori, il serbatoio si rimpicciolisce e lo scambiatore spesso sparisce. Sul piano oleodinamico resta comunque una macchina oleodinamica: cilindro, olio, guarnizioni, filtro.

Su una testa servo puro, un servomotore trascina una vite a ricircolo di sfere, una vite a rulli o una cremagliera, e non c'è alcun fluido di lavoro. L'unico olio nella macchina è quello del riduttore e il lubrificante delle guide.

Quando si dice «piegatrice servo» a volte si intende la seconda e a volte la terza, e le due si comportano in modo molto diverso su forza e manutenzione. Chieda quale delle due stia descrivendo un'offerta.

Forza a fine corsa

È questo il vantaggio strutturale dell'oleodinamica e se ne parla troppo poco.

Un cilindro oleodinamico produce una forza pari alla pressione per l'area del pistone, e quella relazione non si cura di dove sia la slitta. La piena forza nominale è disponibile all'inizio della corsa, alla fine e ovunque nel mezzo. Ed è disponibile anche staticamente: si può mantenere in pressione, a tempo indefinito, senza penalità termica nell'azionamento.

Un asse servo a vite produce forza dalla coppia del motore attraverso il passo della vite e, sebbene anche questa sia nominalmente costante con la posizione, i limiti pratici sono diversi. Mantenere forza elevata a velocità nulla fa passare corrente negli avvolgimenti del motore senza rotazione che aiuti a raffreddarli, quindi la forza in servizio continuo è inferiore a quella di picco. La vita di vite e chiocciola è governata da un integrale carico per distanza, quindi lavorare in continuo vicino alla forza massima consuma la catena cinematica più in fretta che lavorare a metà forza. E tutta la catena, vite, chiocciola, cuscinetti e telaio, va dimensionata sul picco: è per questo che, a parità di forza nominale, una macchina servo è in genere la più costosa delle due da costruire.

Per la piegatura di piatto su spessori sottili, da 5 a 10 mm, questo raramente morde. Per il lavoro di coltello su spessori grossi al vertice della capacità della macchina, dove la barra è a sezione piena e l'utensile è a ingaggio pieno per un lungo mantenimento, un cilindro oleodinamico sta facendo quello per cui è stato progettato e una vite sta lavorando duro.

Energia: la differenza vive nel funzionamento a vuoto

Sotto carico le due architetture non sono molto diverse. Un sistema oleodinamico perde qualcosa per rendimento di pompa e valvole e per attrito del fluido, un asse servo a vite perde qualcosa per rendimento del motore e attrito della vite, e nessuna delle due perdite domina il quadro.

È a vuoto che divergono, e la piegatura delle sbarre è un processo con molto tempo a vuoto. L'operatore riposiziona la barra fra una piega e l'altra, controlla una quota, va alla rastrelliera a prendere la lunghezza successiva. Su una macchina oleodinamica convenzionale la pompa gira a piena velocità per tutto quel tempo, scaricando portata sulla valvola di massima e scaldando l'olio. Su una servopompa il motore rallenta o si ferma. Su un asse servo puro il motore assorbe solo la corrente di mantenimento.

Quantificarlo è più difficile di quanto suggerisca la comunicazione commerciale. I fornitori di azionamenti per pompe a velocità variabile dichiarano comunemente riduzioni di energia dal 30 al 60% rispetto ai gruppi a velocità fissa, e alcuni arrivano a dichiarare fino all'80%, sempre con la riserva «a seconda del ciclo di lavoro» che fa un gran lavoro. Sono valori di fornitore e qui non sono verificati in modo indipendente.

La cosa più vicina a un dato misurato in modo indipendente viene da una classe di macchine adiacente. Un programma di un'azienda elettrica statunitense ha monitorato per una settimana, affiancate e su pezzi confrontabili, una pressa a iniezione oleodinamica e una tutta elettrica, e ha riportato 0,278 kWh per libbra di plastica per la macchina oleodinamica contro 0,073 kWh per libbra per quella tutta elettrica. È un processo diverso con un ciclo di lavoro diverso e non va trasferito come numero alla piegatura delle sbarre. Sta qui solo perché la direzione e l'ordine di grandezza reggono sotto misura anziché sotto comunicazione commerciale.

Per il suo caso, faccia i conti invece di fidarsi di una percentuale. La potenza motore installata su entrambe le nostre teste è 6,25 kW. Prenda la durata del turno, sottragga il tempo in cui la slitta si muove davvero sotto carico e valorizzi il resto alla sua tariffa industriale. In un'officina su un turno con utilizzo modesto, la differenza annua è di solito abbastanza piccola da non decidere l'acquisto. In uno stabilimento di blindosbarre su tre turni è abbastanza grande da comparire in un calcolo di ritorno, e porta con sé un secondo risparmio che si dimentica: l'energia che non finisce nell'olio è energia che poi non paga per toglierla con uno scambiatore, e calore che non aggiunge all'officina d'estate.

Precisione e ripetibilità

Entrambe le teste sono specificate a ±0,1° con compensazione elettronica del ritorno elastico, e non è una coincidenza commerciale: su una macchina moderna la precisione di posizione è fissata dal sistema di misura e dall'anello di controllo, non da ciò che spinge la slitta.

Dove le architetture differiscono è in ciò che l'anello deve combattere.

Una vite servo ha una relazione rigida e quasi lineare fra posizione del motore e posizione della slitta, con gioco e torsione elastica della vite come errori principali, entrambi stabili e compensabili. Una slitta oleodinamica ha una colonna d'olio fra la pompa e il carico, e l'olio è comprimibile. La sua rigidezza cambia con la pressione, con la temperatura e con l'aria inglobata. Un anello chiuso sulla posizione della slitta gestisce benissimo la cosa, ma l'anello lavora di più e la risposta dinamica è più morbida.

La differenza pratica emerge nei movimenti brevi e rapidi, non nella precisione finale. Un asse servo si assesta più in fretta da un piccolo incremento comandato, cosa che conta quando un programma fa molte piccole correzioni d'angolo. Su una singola piega a 90° contro un arresto, con un goniometro non riuscirà a distinguerle.

La compensazione del ritorno elastico è una funzione di controllo e vive nel CNC in entrambe. Lavora su una correzione memorizzata per ogni combinazione di materiale, stato del materiale e utensile, che è un problema di materiali e non di attuatore, ed è trattata a parte in compensazione del ritorno elastico nella piegatura delle sbarre.

Rumore

Una centralina oleodinamica convenzionale è l'oggetto più rumoroso nella maggior parte delle officine di sbarre. Il rumore è dominato dalla pompa ed è continuo, il che affatica più di un rumore intermittente allo stesso livello.

Sia l'oleodinamica a velocità variabile sia il servo puro lo riducono sensibilmente, e per la stessa ragione: la pompa o rallenta o non esiste. Una macchina servo puro a vuoto è di fatto silenziosa, e il suo rumore sotto carico è meccanico, dovuto all'utensile che tocca la barra, ed è lo stesso su qualunque macchina.

Non le citeremo un valore in decibel, perché il numero dipende dall'involucro, dal fissaggio, dal serbatoio, dal locale e da dove si trova lei, e qualunque valore unico sarebbe privo di significato. Se il rumore è un vincolo per lei, chieda a qualunque fornitore una misura a una distanza dichiarata sotto un ciclo di lavoro dichiarato, e tratti un rifiuto come una risposta.

L'olio, e quanto costa davvero

L'oleodinamica porta con sé un flusso di manutenzione che non ha nulla a che fare con la piegatura. Filtri a scadenza. Analisi dell'olio, o quantomeno cambi d'olio a scadenza. Sostituzione di tubi e guarnizioni, che non è programmata e quindi è sempre inopportuna. Un serbatoio da rabboccare, da tenere pulito e alla fine da smaltire come rifiuto speciale.

C'è anche una questione di ordine e pulizia specifica di questo settore. La sbarra andrà poi isolata, rivestita per via galvanica, verniciata a polvere o incapsulata, e la nebbia d'olio idraulico su una superficie di rame è un problema di adesione del rivestimento. Le officine che tengono la piegatura oleodinamica accanto a una linea di verniciatura lo sanno già e hanno una fase di sgrassaggio. Quelle che danno per scontato che andrà bene lo scoprono al primo lotto di barre con il rivestimento bollato.

L'architettura ibrida riduce il problema senza eliminarlo. Meno calore nell'olio significa vita del fluido più lunga e un serbatoio più piccolo da cambiare, ma guarnizioni, tubi e filtro restano.

Una macchina servo puro scambia tutto questo con un elenco diverso e più corto: lubrificazione di vite e guide, gioco verificato periodicamente e una catena cinematica la cui eventuale revisione è un evento singolo più grande di qualunque intervento oleodinamico, ma succede molto più di rado.

Avviamento a freddo

Una differenza sottovalutata nelle officine non riscaldate.

La viscosità dell'olio idraulico dipende fortemente dalla temperatura. L'olio freddo si muove lentamente, e una macchina avviata a 5 °C in una mattina d'inverno si comporta diversamente dalla stessa macchina alla propria temperatura di regime: i tempi ciclo sono più lunghi e, finché colonna d'olio e telaio non raggiungono l'equilibrio, i primi pezzi del turno possono andare alla deriva sull'angolo. La risposta abituale è un ciclo di riscaldamento, che costa tempo di turno ed energia, ed è una delle ragioni per cui un'officina oleodinamica tende a lasciare le macchine accese durante le pause.

Un asse servo non ha un equivalente. La viscosità del grasso cambia leggermente e il telaio si muove comunque per effetto termico come qualunque macchina utensile, ma non c'è alcun fluido di lavoro il cui modulo di comprimibilità e la cui viscosità stiano nell'anello di controllo. Il primo pezzo che esce è più vicino al corretto.

L'ibrido sta in mezzo e, su questo punto, più vicino all'oleodinamico convenzionale, perché l'olio ce l'ha ancora, sebbene in volume minore e con meno tempo passato a caldo.

Costo

Non pubblicheremo prezzi, e qualunque articolo le dia un rapporto di prezzo sta tirando a indovinare sulla sua specifica, sul suo paese e sul suo anno. Quello che possiamo darle è la forma del costo.

Il prezzo d'acquisto a parità di forza nominale vede di norma il servo puro sopra l'oleodinamico ibrido, che sta sopra l'oleodinamico convenzionale, perché una catena a vite dimensionata per la forza piena è metallo caro.

Il costo dell'energia va nel senso opposto e scala con l'utilizzo e con la sua tariffa. A utilizzo basso è rumore nei conti; a utilizzo su tre turni e con prezzi dell'elettricità europei o giapponesi non lo è.

Il costo di manutenzione è un importo programmato, piccolo e ricorrente sull'oleodinamica contro un importo non programmato, più grande e più raro sul servo. Quale dei due preferisca è in parte una questione finanziaria e in parte una questione di avere o no un reparto manutenzione.

Il fermo macchina è dove di solito stanno i soldi, e non favorisce in modo costante nessuna delle due architetture. Una macchina oleodinamica ha più elementi che si guastano gradualmente e che si possono intercettare. Una macchina servo ha meno modi di guasto ma un tempo di approvvigionamento ricambi più lungo quando un azionamento o una vite cedono davvero.

La regola di decisione

Compri la testa servo puro se le corrisponde una qualsiasi di queste condizioni: utilizzo elevato su due o tre turni; mix di prodotto dominato da pieghe piccole e medie ripetitive dove contano tempo ciclo e tempo di assestamento; ambiente pulito o adiacente a una linea di verniciatura dove l'olio è un fastidio; rumore come vincolo; oppure lavoro all'estremo sottile del campo di capacità, senza mai portare la macchina vicino al proprio limite di forza.

Compri la testa oleodinamica ibrida se: lavora regolarmente al vertice della capacità, in particolare pieghe di coltello su spessori grossi e mantenimenti lunghi; il suo ciclo di lavoro è intermittente, con periodi di lavoro pesante separati da tempo a vuoto, che è esattamente ciò per cui la servopompa è progettata; ha già una squadra di manutenzione competente in oleodinamica; oppure vuole il comportamento in forza dell'oleodinamica senza il consumo permanente di una centralina convenzionale.

Compri l'oleodinamico convenzionale se la macchina sarà usata poco, il budget di investimento è il vincolo che decide e nessuna delle condizioni sopra si applica.

Il modo di sbagliare che vediamo più spesso non è la scelta dell'architettura. È scegliere sulla sola forza nominale e scoprire che la dispersione del materiale era più ampia del previsto, per cui la macchina comoda sul rame ricotto è al limite sullo stato crudo. La EN 13601 colloca il rame crudo a 290-360 N/mm² di trazione contro i 220-260 del ricotto, che è una variazione sostanziale della forza che una piega richiede. Calcoli che cosa richiederanno il materiale più duro e la sezione più spessa che compra davvero, prima di confrontare le catene cinematiche, usando il calcolatore della forza di piegatura e la sua barra di caso peggiore anziché una nominale.