Dobra de barramento hidráulica ou servo

Pergunte a um fornecedor de máquinas se você deve comprar hidráulica ou servo e vai receber de volta a descrição daquela que ele fabrica. Isso não é útil para ninguém.

Nós fabricamos as duas. A EMAC-BB-H12 é um cabeçote hidráulico híbrido e a EMAC-BB-S12 é um servo puro. As duas são classificadas de forma idêntica: 400 kN, ±0.1° de precisão de dobra, capacidade de 200 × 16 mm, compensação eletrônica de retorno elástico, 6.25 kW instalados. Mesmo envelope, mesma folha de especificação, transmissão diferente. Então a escolha entre elas é uma escolha sobre como você toca a sua oficina, e não sobre qual máquina é melhor, e não temos razão comercial para fingir o contrário.

Três arquiteturas, não duas

A comparação é normalmente colocada como duas opções. São três, e a do meio é onde vive a maior parte da confusão atual.

Em um cabeçote hidráulico convencional, uma bomba de deslocamento fixo em um motor de indução roda continuamente em rotação plena. A vazão de que a máquina não precisa passa por uma válvula de alívio e vira calor no óleo. O movimento do martelo é controlado por válvulas direcionais e proporcionais, e a unidade traz um acumulador, um reservatório considerável e normalmente um trocador de calor.

Em um cabeçote híbrido, ou de bomba servo, um servomotor aciona a bomba e a rotação da bomba é comandada para acompanhar a demanda. A posição do martelo é controlada girando a bomba, e não estrangulando a vazão através de uma válvula, então o caminho de alívio deixa de ser o elemento primário de controle. Como as perdas são muito menores, o reservatório encolhe e o trocador muitas vezes desaparece. Hidraulicamente, continua sendo uma máquina hidráulica: cilindro, óleo, vedações, filtro.

Em um cabeçote servo puro, um servomotor aciona um fuso de esferas, um fuso de roletes ou uma cremalheira, e não há fluido de trabalho nenhum. O único óleo da máquina é lubrificante de redutor e de guias.

Quando se diz "dobradeira servo", às vezes se quer dizer a segunda e às vezes a terceira, e as duas se comportam de forma muito diferente em força e em manutenção. Pergunte qual delas uma proposta está descrevendo.

Força ao longo de todo o curso

Esta é a vantagem estrutural da hidráulica e não se discute o suficiente.

Um cilindro hidráulico produz força igual à pressão vezes a área do êmbolo, e essa relação não se importa com onde o martelo está. A força nominal plena está disponível no início do curso, no fim e em qualquer ponto entre eles. Ela também está disponível estaticamente: dá para manter pressão indefinidamente, sem penalidade térmica no acionamento.

Um eixo servo acionado por fuso produz força a partir do torque do motor através do passo do fuso e, embora isso também seja nominalmente constante com a posição, os limites práticos são outros. Manter força alta com velocidade zero coloca corrente nos enrolamentos do motor sem rotação para ajudar a resfriá-los, então a força em regime contínuo é menor que a de pico. A vida do fuso e da castanha é governada por uma integral de carga vezes distância, então trabalhar perto da força máxima continuamente consome a transmissão mais rápido do que trabalhar a meia força. E toda a cadeia, fuso, castanha, rolamentos e estrutura, tem de ser dimensionada para o pico, e é por isso que uma máquina servo com uma dada força nominal geralmente é a mais cara das duas de construir.

Em dobra de plano em material fino, de 5 a 10 mm, isso raramente aperta. Em trabalho de cutelo em material grosso, no topo da capacidade da máquina, em que a barra está em seção plena e o ferramental fica em engajamento pleno por uma permanência longa, um cilindro hidráulico está fazendo aquilo para que foi projetado e um fuso está trabalhando duro.

Energia: a diferença vive na espera

Sob carga, as duas arquiteturas não são muito diferentes. Um sistema hidráulico perde algo em rendimento de bomba e de válvulas e em atrito de fluido, um fuso servo perde algo em rendimento de motor e atrito de fuso, e nenhuma dessas perdas domina o quadro.

É na espera que elas divergem, e dobra de barramento é um processo com muita espera. O operador reposiciona a barra entre dobras, confere uma cota, caminha até o rack para pegar o comprimento seguinte. Em uma máquina hidráulica convencional a bomba gira em rotação plena durante tudo isso, despejando vazão pela válvula de alívio e aquecendo o óleo. Em uma bomba servo o motor desacelera ou para. Em um eixo servo puro o motor consome apenas corrente de retenção.

Quantificar isso é mais difícil do que o marketing sugere. Fornecedores de acionamentos de bomba de velocidade variável comumente afirmam de 30 a 60% de redução de energia contra unidades de velocidade fixa, e alguns afirmam até 80%, sempre com a ressalva "conforme o ciclo de trabalho" fazendo um enorme esforço. Esses são números de fornecedor e não são verificados independentemente aqui.

O que mais se aproxima de dados medidos de forma independente vem de uma classe de máquina vizinha. Um programa de concessionária nos Estados Unidos monitorou lado a lado, por uma semana, uma injetora hidráulica e uma totalmente elétrica em peças comparáveis, e relatou 0.278 kWh por libra de plástico para a máquina hidráulica contra 0.073 kWh por libra para a totalmente elétrica. É um processo diferente com um ciclo de trabalho diferente e não deve ser transferido para a dobra de barramento como número. Está aqui apenas porque a direção e a ordem de grandeza se sustentam sob medição, e não sob marketing.

Para o seu próprio caso, faça a conta em vez de confiar em um percentual. A potência instalada de motor nos nossos dois cabeçotes é 6.25 kW. Tome a duração do seu turno, subtraia o tempo em que o martelo está de fato se movendo sob carga, e precifique o restante pela sua tarifa industrial. Em uma oficina de um turno com utilização modesta, a diferença anual costuma ser pequena o bastante para não decidir a compra. Em uma planta de barramento blindado de três turnos, é grande o bastante para aparecer em um cálculo de retorno, e vem com uma segunda economia que se esquece: a energia que não entra no óleo é energia que você depois não paga para remover com um trocador, e calor que você não acrescenta à oficina no verão.

Precisão e repetibilidade

Os dois cabeçotes são especificados em ±0.1° com compensação eletrônica de retorno elástico, e isso não é coincidência de marketing: em uma máquina moderna, a precisão de posição é fixada pelo sistema de medição e pela malha de controle, não pelo que empurra o martelo.

Onde as arquiteturas diferem é no que a malha tem de enfrentar.

Um fuso servo tem uma relação rígida e quase linear entre a posição do motor e a posição do martelo, com folga e torção do fuso como erros principais, ambos estáveis e compensáveis. Um martelo hidráulico tem uma coluna de óleo entre a bomba e a carga, e óleo é compressível. A sua rigidez muda com a pressão, com a temperatura e com o ar arrastado. Uma malha fechada na posição do martelo lida com isso perfeitamente bem, mas a malha trabalha mais e a resposta dinâmica é mais macia.

A diferença prática aparece em movimentos curtos e rápidos, e não na precisão final. Um eixo servo estabiliza mais rápido a partir de um pequeno incremento comandado, o que importa quando um programa faz muitas correções angulares pequenas. Em uma única dobra de 90° contra um batente, você não vai conseguir distingui-los com um goniômetro.

A compensação de retorno elástico é uma função de controle e vive no CNC nas duas. Ela trabalha a partir de uma correção armazenada por combinação de material, têmpera e ferramenta, o que é um problema de materiais e não de atuador, e é tratado à parte em compensação do retorno elástico na dobra de barramento.

Ruído

Uma unidade hidráulica convencional é o objeto mais ruidoso da maioria das oficinas de barramento. O ruído é dominado pela bomba, e é contínuo, o que cansa mais do que ruído intermitente no mesmo nível.

Tanto a hidráulica de velocidade variável quanto o servo puro cortam isso substancialmente, e pela mesma razão: a bomba ou desacelera ou não existe. Uma máquina servo pura em espera é praticamente silenciosa, e o seu ruído sob carga é mecânico, do ferramental tocando a barra, o que é igual em qualquer máquina.

Não vamos cotar um valor em decibéis, porque o número depende do invólucro, da montagem, do reservatório, da sala e de onde você fica em pé, e qualquer valor único seria vazio. Se o ruído é uma restrição para você, peça uma medição a uma distância declarada sob um ciclo de trabalho declarado, a qualquer fornecedor, e trate uma recusa como resposta.

O óleo, e o que ele de fato custa

A hidráulica traz um fluxo de manutenção que nada tem a ver com dobrar. Filtros em cronograma. Análise de óleo, ou pelo menos trocas de óleo em cronograma. Substituição de mangueiras e vedações, que não é programada e portanto é sempre inconveniente. Um reservatório que precisa ser completado, mantido limpo e por fim descartado como resíduo controlado.

Há também uma questão de limpeza específica deste setor. O barramento segue para ser isolado, revestido, pintado a pó ou encapsulado, e névoa de óleo hidráulico em uma superfície de cobre é um problema de aderência de revestimento. Oficinas que rodam dobra hidráulica ao lado de uma linha de pintura já sabem disso e têm uma etapa de desengraxe. Oficinas que supõem que vai dar tudo certo descobrem no primeiro lote de barras com bolhas.

A arquitetura híbrida reduz isso sem eliminar. Menos calor no óleo significa vida mais longa do fluido e um reservatório menor para trocar, mas as vedações, as mangueiras e o filtro continuam lá.

Uma máquina servo pura troca isso por uma lista diferente e menor: lubrificação de fuso e de guias, folga verificada periodicamente, e uma transmissão cuja eventual reforma é um evento isolado maior do que qualquer serviço hidráulico, mas acontece muito menos vezes.

Partida a frio

Uma diferença subestimada em oficinas sem aquecimento.

A viscosidade do óleo hidráulico depende fortemente da temperatura. Óleo frio se move devagar, e uma máquina ligada a 5 °C numa manhã de inverno se comporta de forma diferente da mesma máquina na sua temperatura de regime: os tempos de ciclo são maiores e, até a coluna de óleo e a estrutura chegarem ao equilíbrio, as primeiras peças do turno podem derivar no ângulo. A resposta usual é um ciclo de aquecimento, que custa tempo de turno e energia, e é uma das razões pelas quais uma oficina hidráulica tende a deixar as máquinas ligadas durante as pausas.

Um eixo servo não tem equivalente. A viscosidade da graxa muda ligeiramente e a estrutura ainda se move termicamente como qualquer máquina-ferramenta, mas não há fluido de trabalho cujo módulo volumétrico e viscosidade estejam dentro da malha de controle. A primeira peça sai mais perto do correto.

A híbrida fica no meio, e mais perto da hidráulica convencional nesse ponto, porque ainda tem óleo, embora um volume menor que passa menos tempo da sua vida quente.

Custo

Não vamos publicar preços, e qualquer artigo que lhe dê uma razão de preço está chutando sobre a sua especificação, o seu país e o seu ano. O que podemos dar é o formato do custo.

O preço de compra para uma dada força nominal normalmente corre servo puro acima de hidráulica híbrida, acima de hidráulica convencional, porque uma cadeia de fuso dimensionada para a força plena é metal caro.

O custo de energia é o inverso e escala com a utilização e com a sua tarifa. Em baixa utilização é ruído na contabilidade; em utilização de três turnos e com preços de energia europeus ou japoneses, não é.

O custo de manutenção é um valor programado, pequeno e recorrente na hidráulica, contra um valor não programado, maior e mais raro no servo. Qual dos dois você prefere é em parte uma questão financeira e em parte uma questão de ter ou não um departamento de manutenção.

A parada é onde normalmente está o dinheiro, e ela não favorece consistentemente nenhuma das arquiteturas. Uma máquina hidráulica tem mais coisas que falham gradualmente e podem ser pegas. Uma máquina servo tem menos modos de falha, mas um prazo de peças mais longo quando um acionamento ou um fuso de fato vai.

A regra de decisão

Compre o cabeçote servo puro se qualquer uma destas coisas o descreve: você roda alta utilização em dois ou três turnos; o seu mix de produtos é dominado por dobras pequenas e médias repetitivas em que tempo de ciclo e tempo de estabilização importam; você está em um ambiente limpo ou vizinho a uma linha de pintura em que óleo é um estorvo; o ruído é uma restrição; ou você está na ponta fina da faixa de capacidade e nunca vai trabalhar a máquina perto do seu limite de força.

Compre o cabeçote hidráulico híbrido se: você trabalha regularmente no topo da capacidade, em especial dobras de cutelo em material grosso e permanências longas; o seu ciclo de trabalho é em rajadas, com períodos de trabalho pesado separados por tempo de espera, que é exatamente para o que a bomba servo foi projetada; você já tem uma equipe de manutenção competente em hidráulica; ou quer o comportamento de força hidráulico sem a conta de energia permanente de uma unidade convencional.

Compre hidráulica convencional se a máquina vai ser pouco usada, o orçamento de capital é a restrição que aperta, e nada do que está acima se aplica.

O modo de falha que mais vemos não é escolher errado a arquitetura. É escolher só pela força nominal e descobrir que a dispersão de material era maior do que se esperava, de modo que a máquina que estava folgada em cobre recozido fica no limite em têmpera dura. A EN 13601 põe o cobre duro em 290 a 360 N/mm² de tração contra 220 a 260 do recozido mole, o que é uma mudança substancial na força que uma dobra exige. Descubra o que o material mais duro e a seção mais espessa que você de fato compra vão exigir antes de comparar transmissões, usando a calculadora de força de dobra e a sua própria barra de pior caso, e não uma nominal.