Hirschvogel

Dos prensas transfer de 2000 ton. de forja en semicaliente para Hirschvogel, con servo expulsor y cardan electrónico

Hirschvogel se ha decantado en dos ocasiones por la tecnología de Fagor Arrasate con la implantación de dos instalaciones iguales. Las dos prensas gemelas de 2000 toneladas se adjudicaron en 2015 y en 2016. La primera prensa, está produciendo piezas en China y la segunda, en la planta de la firma Bávara en México.

Hirschvogel, con sede en Denklingen (Alemania), es uno de los mayores proveedores de pieza forjada y mecanizada en acero y aluminio y es ampliamente conocido por estar a la vanguardia de la técnica en su sector. Entre sus clientes se incluyen prácticamente todos los fabricantes de automóviles y Tier1 del mundo. Además de la sede en Denklingen, la compañía en la que trabajan unas 5.000 personas y tiene una facturación consolidada de 1.011 Millones de euros, dispone de filiales en Alemania, China, EE.UU., México, Polonia e India.

Los proyectos con Hirschvogel encajan perfectamente con la estrategia de Fagor Arrasate: mantenerse como uno de los referentes mundiales en el suministro de prensas transfer robustas, complejas y diseñadas de acuerdo a las necesidades del cliente. El proyecto, al que en esta ocasión hacemos referencia, también cumple con el objetivo del producto de Forja de continuar promocionando y desarrollando prensas transfer mecánicas, verticales, de cierto tamaño y que trabajen en continuo. Entre las prensas para forja que trabajan en continuo que ofrece Fagor Arrasate, se encuentran las prensas de cadena cinemática excéntrica (como es el caso de este proyecto), típicamente usadas en la forja de semicaliente, y las prensas de cadena cinemática de rodillera, usadas normalmente en la extrusión en frio.

Circunstancia clave para obtener los pedidos, fue, además de la experiencia y el conocimiento del producto del equipo de Fagor Arrasate, la capacidad de escuchar al equipo técnico del cliente y adaptar las soluciones técnicas ya existentes en Fagor Arrasate al proceso de forja de Hirschvogel. Resultado de este trabajo conjunto son, por ejemplo, las estaciones de trabajo descentradas sobre el centro del carro, la adaptación del expulsor servo de la base y otras soluciones que se han implementado en la máquina durante el proyecto y se describen a continuación en este mismo artículo.

Países China México

Soluciones Prensas mecánicas de forja en caliente y semi-caliente

Sectores Forja

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL PROYECTO

La instalación completa se puede dividir en cuatro subconjuntos principales: prensa, expulsor de la base, expulsor de carro y transfer.

Características técnicas principales de la prensa transfer
Designación de la máquina TSEF2-2000-2300-1100
Fuerza nominal 20.000 kN
Carrera del carro 800 mm
Carrera de la regulación del carro 25 mm
Velocidad en automático 18-34 spm
Dimensiones de mesa 2.300 x 1.100 mm2
Número de estaciones 5
Distancia entre estaciones 360 mm
Fuerza máxima (Estación) 13.000 kN
Par de vuelco máximo 4.800 kN.m


Uno de los condicionantes más importantes en el diseño de esta prensa ha sido el elevado par de vuelco y las altas fuerzas por estación que ha de soportar, en comparación con la fuerza nominal y las dimensiones del carro.

Para contrarrestar los efectos de las elevadas fuerzas mencionadas anteriormente, son varias las medidas que se han tomado durante el diseño, entre ellas, aumentar la distancia entre las guías, rigidizar el conjunto al máximo añadiendo elementos rigidizadores y priorizar la durabilidad de las zonas críticas durante el diseño.

Además de las medidas mencionadas anteriormente, para reducir las deformaciones en la máquina y aumentar la durabilidad de la misma, otra medida específica que se ha tomado frente a las cargas descentradas, ha sido la de desplazar todas las estaciones acercando las estaciones 4. y 5. hacia el centro.

Esta decisión, que se tomó en la primera etapa de diseño de la máquina y que supuso el desplazamiento de los sistemas de expulsión de la base y del carro, fue el resultado del estudio realizado por Hirschvogel, concluyendo que la mayoría de las piezas críticas que se iban a procesar en esta máquina requerían esfuerzos superiores en las últimas estaciones.

Características técnicas principales del expulsor de la base
Carrera 200 mm
Fuerza total 800 kN
Fuerza por estación disponible en todo el recorrido de elevación 400 kN
La principal característica del expulsor servo situado en la base es que su movimiento no depende del movimiento del cabezal, sino que al estar accionado por motores servo independientes, su movimiento puede ser controlado independientemente de la posición del cabezal y permite hacer ajustes desde el panel de control sobre el proceso.

Otra de las fortalezas del diseño de Fagor Arrasate es que para la elevación utiliza dos servomotores, con lo que se asegura realizar la fuerza máxima de eyección en todo el recorrido de elevación de las levas. Además de que en el inusual caso de que uno de los dos motores fallara, el sistema de expulsión podría trabajar con un único servomotor, siempre y cuando se respete la relación entre el punto de aplicación y la fuerza ejercida.

El expulsor de la base es donde Hirschvogel y Fagor Arrasate más han colaborado. Fagor Arrasate ya disponía en su portfolio de diferentes soluciones de expulsión, entre las que se encontraba el expulsor servo, sin embargo, Hirschvogel necesitaba un expulsor servo que se comportara de manera distinta.


El servo expulsor con el que se equipó la instalación que explicamos en este artículo no requiere que cada una de las levas de cada estación pueda subir independientemente o que el recorrido de cada una de las levas sea regulable automáticamente, tal y como hace el diseño original servo de Fagor Arrasate. Sí exige que la fuerza ejercida por cada leva sea efectiva en todo el recorrido de la misma y que cada una de las levas sea independiente a la hora de descender desde el pms.

La elevación de las levas del expulsor de la base se hace de forma conjunta para todas las levas y sucede gracias al empuje de dos levas montadas en un mismo eje. Al ser un sistema totalmente mecánico, los grados de elevación son constantes (80°). El punto de inicio para la elevación es configurable y puede ser seleccionado por el usuario desde el panel de mando, en un rango comprendido entre los 145°-210°.

Por otro lado, cada una de las levas de expulsión se ha equipado con un accionamiento servo independiente que permite ajustar tanto el punto de inicio como el punto final del movimiento de la leva en el descenso. Este sistema posibilita que el descenso de las levas de la base sea totalmente configurable desde el panel de mando.

Al ser el movimiento de descenso de cada una de las levas servo controlado y, además, ser independiente, se puede configurar y guardar varias curvas de expulsión.

Cada una de las levas de expulsión está asegurada, mediante un fusible mecánico controlado electrónicamente, que se rompe en el caso de que haya una interferencia con el carro y la fuerza sobre la leva sobrepase la fuerza de trabajo nominal. La situación de cada uno de estos fusibles mecánicos es controlada electrónicamente y, en el caso de que alguno se rompa, la prensa se parará y dará un aviso en la pantalla.

Características técnicas principales del expulsor del carro
Carrera 140 mm
Fuerza total 480 kN
Fuerza por estación disponible en todo el recorrido de elevación 240 kN

La finalidad del expulsor del carro, al igual que la del expulsor de la base, es expulsar la pieza una vez se ha realizado la operación de forjado y, en algunos casos, sostener la pieza mientras se eleva para ser agarrada por el transfer. A diferencia del expulsor de la base, en el expulsor del carro, el par y potencia necesarios para expulsar la pieza provienen del cabezal de la prensa.

La transmisión de la fuerza y del desplazamiento desde el cabezal al expulsor se realiza a través de un juego de palancas que conectan la cadena cinemática al sistema de expulsión y posibilitan el desplazamiento relativo del expulsor con respecto al carro.

La experiencia y las herramientas de diseño de que dispone Fagor Arrasate permiten que, durante la fase de definición del proyecto, el expulsor del carro se diseñe para que realice la curva de expulsión exacta que necesita el cliente, de tal forma que pueda elegir cuándo quiere comenzar a expulsar la pieza y en qué punto quiere que se dé el máximo recorrido.

Tradicionalmente, la tecnología utilizada para transmitir el par y potencia necesarios al expulsor de la base ha sido mediante un eje cardan que transfería la energía cinética necesaria desde el volante de inercia de la prensa hasta el eje de levas del expulsor.

Con la introducción de los motores servo en el mercado, Fagor Arrasate ha diseñado sistemas servo accionados que han permitido realizar cambios rápidos en la curva de expulsión sin tener que realizar ningún ajuste mecánico. Esta mejora en el sistema ha aumentado considerablemente la flexibilidad de la máquina, mediante la reducción del tiempo de cambio de referencia.

Para conseguir esta flexibilidad y capacidad dinámica del expulsor, es necesario instalar grandes motores servo que demandan mucha potencia en el momento de mayor fuerza del expulsor, haciendo que la potencia necesaria en ese momento aumente considerablemente.

La forma de reducir la potencia instalada en este caso ha sido tomando la energía necesaria para el expulsor desde el volante de inercia. De esta manera, cuando los motores del expulsor demandan el pico de potencia, el motor del accionamiento principal se pone en modo generador absorbiendo la energía cinética del volante de inercia, redirigiéndola a los servo motores del expulsor. En una frase, se ha desarrollado un “cardan electrónico” para el expulsor.

El trabajo de expulsión, en relación al trabajo de forjado, requiere muy poca energía. Se estima que cuando la prensa trabaja a su máxima capacidad, la energía requerida para la expulsión puede llegar a ser alrededor de un 2% de la energía máxima de forjado. Esta energía de expulsión, aunque sea poca, debe de ser instantánea, por lo que la potencia requerida es considerable.

Con el cardan electrónico, además de mantener la flexibilidad que la tecnología servo ofrece, la potencia instalada no es superior a la potencia instalada en máquinas en las que el expulsor se acciona desde el cabezal mediante un cardan mecánico.

Antes de implementar el cardan electrónico en el proyecto, los ingenieros de Fagor Arrasate confeccionaron un prototipo de cardan electrónico donde se constató que el sistema teórico que se había desarrollado funcionaba realmente.

Cabe destacar que la máquina suministrada a Hirschvogel será la primera prensa a nivel mundial en la que se utilice el sistema de cardan electrónico.

Desde el punto de vista ecológico, además de que los servomotores que controlan la elevación del expulsor reutilizan la energía acumulada en el volante de inercia, los servomotores que controlan el movimiento de descenso regeneran alrededor de 5kW por ciclo.


INTEGRACIÓN DE LA LÍNEA

Dentro de la línea de forjado, la prensa de Fagor Arrasate es la máquina que comanda al resto de la línea, es decir, es el master de la línea o el ID controller de todo el proceso.

Esta integración del Controller device se utiliza en equipos basados en autómatas programables donde el controller es capaz de gestionar módulos remotos tales como el transfer, el horno de inducción, las cintas transportadoras o los cargadores.

En el supuesto de que la prensa detecte alguna anomalía o se cambien las condiciones de trabajo, estas consignas son trasladadas a los demás periféricos adaptándose al nuevo escenario planteado.

ALTA PROTECCIÓN FRENTE A LA LUBRICACIÓN DEL PROCESO

Las complejas condiciones ambientales en las que trabaja una prensa de forja de semicaliente, en la que han de convivir de forma separada la lubricación de la máquina, el transfer y la lubricación del proceso, obligan a tomar ciertas medidas específicas que procuren el aislamiento de los distintos lubricantes y garanticen un correcto funcionamiento tanto de la máquina como del proceso de forjado.

La primera medida importante implementada en este tipo de máquinas para mantener los aceites del proceso y de la máquina separados, es la de resguardar la mayor parte de las zonas expuestas de la máquina, para así evitar una proyección directa del lubricante del proceso sobre estas zonas. Para ello se han utilizado, por un lado, distintas guardas que protegen las zonas más expuestas del cabezal y de las guías y, por otro, la máquina se ha equipado con una serie de canalizaciones que redirigen el aceite que cae sobre la base y lo reenvían al grupo de lubricación.

Otra medida que ha de tomarse, de acuerdo a la experiencia, es la de tratar el aire empleado en la prensa. Ejemplo de ello son los filtros de aire utilizados en los recogedores de guías y la centralización de los escapes de los cilindros neumáticos en las columnas.

Además, destacar que tanto la tubería como los elementos de unión hidráulicos directamente expuestos en la zona de trabajo están fabricados con materiales anticorrosión y que el cableado utilizado en esta misma zona es de alta protección.

Debido a que la neblina de la lubricación del proceso existente en el ambiente se mezcla con el aceite de la lubricación de la máquina, se ha procedido a realizar un tratamiento especial de decantación y filtrado del aceite de lubricación. Para ello se ha empleado un grupo hidráulico especial que se divide en dos tanques: el primero de ellos es de doble tabique y facilita una decantación óptima, siendo extraídas todas las partículas ferromagnéticas; tras pasar por una serie de filtros especiales, pasa al segundo tanque donde nuevamente pasa por otro proceso de filtrado.


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