Feb 18, 2024
A máquina de formação de rolos de quilha leve é uma tecnologia inovadora usada para curvar chapas e placas de metal em formas únicas de estruturas de quilha. Este equipamento de formação avançado permite a produção eficiente, de alta qualidade e econômica de peças estruturais de quilha leves com resistência aprimorada para as indústrias de construção naval e construção.
A formação de rolos de quilha leve é um processo contínuo automatizado para a curvatura progressiva de bobinas de metal em vigas e estruturas de canal aberto personalizadas com seções transversais semelhantes a quilhas. Utiliza uma série de pares consecutivos de rolos contra-rotativos para formar incrementalmente a chapa de metal na forma estrutural desejada à medida que passa pela máquina.
Benefícios: Maior produtividade, redução de mão de obra, peças de qualidade superior e consistente, custo mais baixo, formação flexível e personalizável, eficiência energética
Aplicações: Casco e convés de navios, racks de armazenamento, estruturas de automóveis, vagões ferroviários e guindastes, suportes de telhado de edifícios
Materiais: Aços carbono, aços inoxidáveis, ligas de alumínio
Tipos de Produtos: Montantes em forma de C, U, Z, L com até 8 m de comprimento
Capacidade de Espessura: 0.5 - 3 mm
Fornecedores: Faccin, Peddinghaus, EPIC, Benko Products, Gasparini
Nas seções seguintes, exploraremos em detalhes o princípio de funcionamento, os principais componentes, processos, fatores de seleção, vantagens, limitações e aplicações das linhas de conformação de montantes leves.
Existem duas categorias principais de sistemas de formação de rolos de quilha:
Tabela 1. Tipos de formadores de rolos de quilha
| Tipo | Descrição |
|---|---|
| Moinhos de laminação de quilha fixa | Consistem em suportes de formação dispostos em um layout linear fixo para rolar formas de quadro de quilha fixa continuamente |
| Linhas de formação de rolos flexíveis | Utilizam unidades de formação modulares que podem ser rearranjadas em layouts personalizados para produzir geometrias de quilha variáveis ajustáveis |
Projetado para produção dedicada de alto volume de seções de quilha padrão. Custo mais baixo, design mais simples, operação mais fácil. Flexibilidade limitada em formas de perfil.
Permite trocas rápidas entre várias formas de quilha. Controlado por PLC. Custo inicial mais caro, mas maior adaptabilidade.
O conceito de trabalho dos formadores de rolos de quilha leve envolve a curvatura contínua e incremental de uma chapa de metal em uma viga estrutural em forma de quilha utilizando uma série de estações de rolos, conforme ilustrado passo a passo abaixo:
Figura 1. Processo de formação de rolos de quilha leve
Durante este processo de laminação, a tira de metal pré-tratada passa por dobras consecutivas e moldagem entre pares especializados de rolos acionados por engrenagens que operam em direções opostas. À medida que o material passa por cada suporte, deformações incrementais são induzidas levando à formação cumulativa do perfil da quilha.
O design correto das sequências de passagem dos rolos e o controle preciso dos parâmetros de laminação como taxa de alimentação de metal, rpm do rolo, tensões entre suportes e posicionamento lateral são críticos para alcançar quilhas de alta qualidade. Os mais recentes moinhos de rolos de quilha computadorizados permitem formação de precisão, reduzem defeitos e melhoram o desempenho em comparação com equipamentos manuais.
Tabela 2. Componentes dos formadores de rolos de quilha
| Unidade | Função |
|---|---|
| Desenrolador de Bobina de Chapa | Alimentar tira de bobina de metal |
| Mesa de alimentação | Suportar e guiar tira de metal |
| Desenrolador | Desenrolar bobina de chapa com tensão controlada |
| Guia de entrada | Alinhar tira ao entrar nos primeiros rolos |
| Nivelador de chapa | Eliminar curvatura da bobina para planicidade |
| Suportes de formação | Rolo superior/inferior da casa para moldar metal |
| Rolos de formação | Trabalhar a frio progressivamente a tira em forma de quilha |
| Caixas de engrenagens de rolos | Fornecer rolos de conformação com torque de rotação |
| Extrator de quilha | Extrair a quilha formada na saída |
| Corte de tesoura | Cortar quilhas em comprimentos especificados |
| Transportadores de saída | Transporte de quilhas cortadas para descarregar |
| Gabinete elétrico | Controles, unidades PLC, instrumentos |
O suportes de formação com quilha especializada rolos de formação são as partes mais importantes responsáveis por dobrar a chapa em estoque na forma estrutural de quilha desejada.
Cilindros pneumáticos de separação de rolos ajustar precisamente as folgas entre os rolos superior e inferior. Sistemas avançados possuem controle automático da folga do rolo para definir o espaço de perfilagem.
Software de Design de Geometria de Rolos permite a modelagem de simulação e prototipagem virtual do processo de laminação de quilha para otimizar parâmetros do equipamento.
Unidades de Controle PLC permitem o controle automático de velocidades, ajustes de ferramentas e intertravamentos para qualidade, precisão e segurança.
Instrumentação como codificadores, sensores e servomotores fornecem feedback de posição e velocidade de rotação para monitoramento e controle durante a laminação da quilha.
O processo de formação de rolos de perfil leve envolve seis etapas principais para converter bobinas de metal bruto em produtos acabados com estrutura de perfil:
Figura 2. Estágios de formação de rolos de perfil leve
Durante o ciclo, um sistema automatizado de controle de velocidade define a taxa ideal de alimentação da chapa com base nas propriedades do metal, na espessura, na capacidade do equipamento e nos parâmetros da quilha para obter um perfil de qualidade.
Estações de inspeção de qualidade em linha também podem ser integradas para verificar as quilhas formadas. Uma vez extraídas e cortadas, as peças acabadas são descarregadas por meio de transportadores de saída para fabricação ou envio subsequentes.
Tabela 3. Materiais para formação de quilhas
| Materiais | Características | Desempenho |
|---|---|---|
| Aço Carbono | Baixo custo, alta resistência | Mais comum, mais fácil de moldar |
| Aço Inoxidável | Resistência à corrosão | Dificuldade de moldagem |
| Ligas de Alumínio | Leve | Alimentação desafiadora |
Intervalo de Espessura da Chapa 0,5 mm a 3 mm
Largura da Chapa - Até 1250 mm
Peso da Bobina - Máx. 10 toneladas
Para melhorar o manuseio do material e a alimentação:
Controle preciso do comprimento de alimentação permite o posicionamento exato das quilhas para precisão dimensional após o corte. As unidades de codificador fornecem feedback para correção automática de velocidade.
Tabela 4. Ferramentas de rolo para formação de quilha
| Seção | Componentes | Propósito |
|---|---|---|
| Ferramentas de guia de entrada | Roldanas de direção, placas de direção | Centragem da tira guia, ajuste da posição lateral ao entrar no primeiro suporte de perfilagem |
| Roldanas de contorno | Pares verticais de rolos superior/inferior | Principais ferramentas de perfilagem que moldam metal através de uma série de curvas |
| Roldanas de dimensionamento | Pares horizontais de rolos | Calibrar forma final e dimensões exatas da quilha formada |
| Ferramentas de extração | Roldanas extratoras, rolos endireitadores, rolos de aperto | Guia finalizada da quilha para saída, corrigir defeitos menores |
Os rolos de contorno e dimensionamento são os elementos de ferramentas mais críticos que são precisamente projetados com base em modelagem virtual para corresponder às intensidades das sequências de dobragem com a forma desejada da quilha, espessura, resistências do grau do metal e metas dimensionais.
Rolo mal projetado, fabricado ou posicionado produzirá quilhas defeituosas e inconsistentes. Reparos nos rolos, retrabalho e substituição também precisam de configuração apropriada.
Suportes especiais de grande diâmetro com rodas minimizar a resistência por atrito para as ferramentas rotativas lidarem com cargas de formação pesadas em equipamentos de laminação de quilha leve.
Dedicado Programas de Simulação de Projeto de Rolo permitem prototipagem virtual e modelagem matemática do processo de laminação de quilha levando em conta:
O software determina o ótimo:
Isso permite a personalização precisa do designer de rolo de quilha e dos parâmetros de ferramentas para quaisquer novas formas seccionais antes dos testes físicos, economizando consideráveis esforços de desenvolvimento.
Tabela 5. Recursos do formador de rolo de quilha leve
| Recurso | Vantagens |
|---|---|
| Configurações de Rolo Flexíveis | Permitir trocas rápidas para seções de quilha variáveis |
| Ajustes de Rolo Fáceis | Permitir reinicializações rápidas de ferramentas conforme novos perfis |
| Controle Automático de Lacuna | Garantir espaços de perfilagem uniformes entre rolos |
| Conectividade Ethernet | Permite monitoramento diagnóstico e registro de dados |
| Interface HMI Touchscreen | Interface de programação amigável ao usuário |
| Deformação Pré-Dobra | Melhora a consistência de forma para metais duros |
| Design de Estrutura Modular | Permite reposicionar/adicionar suportes para novas peças |
| Ajudas de Posicionamento a Laser | Auxilia em realinhamentos mais rápidos durante as trocas de rolo |
Tabela 6. Vantagens do equipamento de laminação de perfil leve
| Benefícios | Elaboração |
|---|---|
| 1. Alta Produtividade |
Processamento contínuo de passagem única rápido
Operação automatizada com manipulação manual mínima Trocas rápidas de ferramentas através das últimas capacidades de hardware/software |
| 2. Economia de Material |
Sem perdas de usinagem ou fusão
A formação de formas quase líquidas reduz a geração de resíduos Rendimento melhorado em relação aos métodos de fundição |
| 3. Adaptabilidade |
Configurações de rolo flexíveis para criar geometrias de quilha variadas
Mudanças de rolo fáceis e ajustes de máquina para trocas rápidas Módulos de formação escaláveis para lidar com amplas faixas de tamanhos |
| 4. Qualidade aprimorada |
Precisão e repetibilidade na acurácia do perfil
O design, controle e instrumentação de rolos de precisão garantem uniformidade Estações de inspeção visual para verificação em tempo real |
| 5. Custo inferior de equipamento |
Apenas ferramentas de rolo precisam de substituição regular
A manutenção é mais simples do que prensas de estampagem grandes ou linhas de fabricação |
| 6. Segurança melhorada |
Os suportes de formação totalmente fechados protegem contra riscos
Alimentação automatizada de material sem manuseio manual nas seções de rolo |
A tecnologia de laminação de perfis leves oferece um método avançado e confiável de fabricação para os setores marítimo, de construção, mecânico e automotivo que requerem vigas de ferro em ângulo reto ou cônico em pequenos lotes ou volumes de produção em massa.
Tabela 7. Desafios nas operações de laminação de perfis leves
| Limitações | Mitigações |
|---|---|
| 1. Alto Investimento Inicial | - Otimizar o planejamento de produção e a utilização de máquinas para maximizar o ROI |
| 2. Necessidade de Pessoal Treinado | - Investir em mão de obra qualificada e manter as capacidades de pessoal por meio de programas de treinamento |
| 3. Complexidade do Design de Rolos | - Utilize ferramentas avançadas de software de geometria de rolos para modelagem precisa |
| 4. Restrições de Capacidade de Tamanho | - Construções personalizadas disponíveis, mas não são economicamente viáveis além de certas larguras e comprimentos |
| 5. Limitações de Forma | - Variantes de quilha com raios mais apertados ou curvas complexas podem exigir máquinas mais pesadas |
| 6. Capacidade de Espessura | - Espessuras de metal mais pesadas necessitam de unidades maiores e mais potentes, aumentando o custo |
Embora as atualizações recentes em automação, instrumentação e programas de simulação tenham tornado as operações de rolo de quilha mais acessíveis e consistentes, as restrições em torno das capacidades das máquinas, design de ferramentas e atributos do metal ainda requerem considerável expertise.
Tabela 8. Produtos de quilha fabricáveis em laminadores leves
| Categoria de Quilha | Formas Típicas |
|---|---|
| Quilhas de Casco de Navio |
- Quilhas de canal C para estruturação do fundo do casco
- Quilhas Z, L e personalizadas para decks |
| Racks de Armazenamento | - Vigas C de costas abertas como estruturas verticais/contraventamentos |
| Quilhas Ferroviárias | - Trilhos de seção em T invertido e ponte e membros transversais |
| Pergolas de telhado | - Estruturas de ripas de terças C e Z |
| Sistemas de Transportadores | - Trilhos de tubo fechado C ou fechados, estruturas e suportes |
Os formadores de rolos de quilha leve oferecem grande flexibilidade na produção de vigas abertas padronizadas e totalmente personalizadas em perfis como C, Z, L, U e T para suas forças estruturais inatas com pesos otimizados.
Selecionar um produtor estabelecido de formador de rolos de quilha é vital para obter um design de máquina robusto, produtivo e sem problemas. Abaixo estão os principais critérios do fornecedor:
Tabela 9. Critérios de seleção para fabricante de rolo de quilha
| Parâmetro | Aspectos de avaliação |
|---|---|
| 1. Experiência comprovada |
- Anos de experiência no negócio
- Equipamento fornecido com sucesso anteriormente - Fortes referências de clientes atestando a qualidade do produto e o serviço pós-venda |
| 2. Capacidades de personalização |
- Gama de tamanhos e formas de quilha fabricáveis
- Oferecendo soluções personalizadas para requisitos específicos |
| 3. Experiência em Design de Rolos |
- Utilize software avançado de simulação para engenharia de rolos de precisão
- Garantir geometrias de ferramentas ótimas para formação de quilha de qualidade |
| 4. Instalações de Produção |
- Equipamento interno para usinagem precisa de ferramentas de rolos de grande porte
- Infraestrutura de fabricação moderna para montagem de estruturas de moinhos pesados |
| 5. Sistemas de Controle | - Últimos PLC, HMI e instrumentação para monitoramento, controle e diagnóstico |
| 6. Garantias de Desempenho |
- Verificar produtividade da máquina, tolerâncias, e outros objetivos prometidos
- Fabricante disposto a demonstrar capacidades através de demonstrações |
Produtores renomados como Peddinghaus, EPIC e Benko empregam sólidos princípios de design aproveitando FEA e ferramentas de modelagem virtual juntamente com usinagem de precisão, fabricação e capacidades de automação para fornecer soluções de laminação de quilha de alta funcionalidade. Prepare especificações detalhadas abrangendo todos os aspectos operacionais durante a seleção do fornecedor.
Tabela 10. Faixa de preço indicativa dos formadores de rolo de quilha
| Largura da Máquina | Faixa de Preço |
|---|---|
| Até 1000 mm | $100.000 a $250.000 |
| 1000 mm a 1250 mm | $250,000 a $350,000 |
| 1300 mm a 1600 mm | $350,000 a $500,000 |
| 1700 mm a 2200 mm | $500,000 a $800,000 |
Custo Total do Equipamento = Preço da Máquina + Equipamento Auxiliar + Automação + Transporte/Instalação + Treinamento + Manuais
Custo Indicativo de Equipamentos Auxiliares - Cerca de 20-25% do preço da máquina
Custo Total do Projeto = Custo Total dos Equipamentos + Construção (ou espaço de aluguel) + Conexões de Utilidades + Mão de Obra + Testes de Produção + Capital de Giro
Discutir orçamento, obter cotações detalhadas dos fornecedores pré-selecionados. Negociar descontos na máquina, peças de reposição, contratos de serviço pós-venda.
Tabela 11. Diretrizes de Instalação do Formador de Rolos de Quilha
| Parâmetro | Especificações Preferenciais |
|---|---|
| 1. Localização |
- Piso de fábrica coberto e nivelado
- Longe de obstáculos que causam vibrações |
| 2. Fundação |
- Fundação de concreto com 200-300 mm de espessura
- Parafusos de ancoragem embutidos no piso |
| 3. Fornecimento de Energia |
- Capacidade adequada do transformador em kVA
- Energia estável para acionamentos/controles |
| 4. Elétrica | - Cabos dimensionados adequadamente para painéis de controle/acionamentos |
| 5. Segurança |
- Iluminação adequada
- Marcar a área de pegada do equipamento |
| 6. Manuais | - Manuais de equipamentos, desenhos elétricos, diagramas P&I |
| 7. Instalação | - Máquinas posicionadas corretamente, niveladas, alinhadas aos layouts |
| 8. Comissionamento |
- Calibrar sensores/instrumentos
- Testes iniciais com material de configuração |
Inspeccione cuidadosamente o local de instalação, projete as fundações conforme os desenhos fornecidos e prepare as conexões de energia, ar comprimido e outras utilidades a tempo.
Certifique-se de que os técnicos do fornecedor alinhem corretamente os componentes. Observe os testes iniciais e valide o desempenho da máquina antes de aceitar a entrega.
Tabela 12. Diretrizes de operação para formadores de rolos de quilha
| Estágio | Procedimento |
|---|---|
| 1. Iniciar Máquina |
- Ligar a energia principal
- Iniciar os sistemas de energia hidráulica/refrigeração |
| 2. Seleção de IHM |
- Selecionar receita do produto na lista
- Verificar pré-requisitos selecionados |
| 3. Modo de Jog | - Avançar material através de blocos intertravados no modo de jog |
| 4. Iniciar Modo Automático | - Iniciar ciclo de execução automática |
| 5. Primeira Peça Produzida |
- Verificar dimensões da primeira peça formada
- Fazer ajustes menores na máquina, se necessário |
| 6. Operação de Monitoramento | - Verificar periodicamente a qualidade do produto, ou seja, tolerâncias, acabamento |
| 7. Parada Temporária | - Retrair o material para longe da ferramenta antes de parar |
| 8. Desligamento |
- Parar os motores de acionamento/alimentação
- Desligar o sistema de controle e a energia principal |
Fazer e Não Fazer:
Dicas:
Procedimentos operacionais adequados são essenciais para maximizar o tempo de atividade da máquina, atendendo às normas de segurança e qualidade. Verifique se os números de produção correspondem às especificações técnicas classificadas durante seus testes.
Um regime de manutenção abrangente reduz as perdas de tempo não planejadas e mantém a saúde do formador de perfil leve de aço.
Tabela 13. Programação de manutenção para equipamento de laminação de quilha
| Atividade | Frequência | Ferramentas Necessárias |
|---|---|---|
| Inspeção de rolo de formação | Semanalmente | Localizador de borda, micrômetro, comparadores ópticos |
| Limpeza da superfície do rolo | Quinzenalmente | Escova de nylon resistente, pano, solução de limpeza |
| Verificação de alinhamento de rolos | Mensalmente | Laser, indicadores de discagem |
| Lubrificação de rolamentos | Mensalmente ou conforme especificado | Pistola de graxa preenchida com graxa de lítio/polímero |
| Aperto de fixadores | Trimestralmente | Chaves hexagonais, chaves de torque, soquetes |
| Troca de Óleo da Caixa de Velocidades | Anualmente ou conforme especificações do OEM | Bandeja de drenagem, pano de filtro, óleo para engrenagens, vedantes |
Aspectos Adicionais de Manutenção
A manutenção interna versus contratos de serviço de terceiros têm seus próprios prós e contras em termos de conveniência e custo. Ter pessoal treinado em solução de problemas de máquinas permite uma resolução mais rápida dos problemas.
Tabela 14. Critérios de compra para linha de laminação de montantes leves
| Fator | Aspectos de avaliação |
|---|---|
| 1. Parâmetros de Produção |
- Larguras de bobina, espessuras de metal provavelmente necessárias
- Comprimentos de montante necessários; tamanhos de lote - Quantidades anuais projetadas |
| 2. Necessidades de Desempenho da Peça |
- Solicitar tolerâncias, acabamentos de superfície viáveis
- Velocidades de operação possíveis; Capacidade de troca rápida |
| 3. Facilidade de Operação |
- Simplicidade de controle, capacidades de diagnóstico
- Disposições de segurança otimizadas |
| 4. Expansibilidade | - Quão conveniente é adaptar a máquina posteriormente para capacidade extra ou novas peças |
| 5. Suporte Técnico |
- Instalação, manutenção e treinamento de operadores oferecidos
- Tempo de resposta do serviço |
| 6. Custos Totais |
- Preço da máquina, preços de peças sobressalentes, custos pós-venda
- Avalie o CTO ao longo da vida útil, não apenas o preço inicial |
Detalhe cuidadosamente seus requisitos de produção, expectativas de qualidade, orçamento disponível e quaisquer necessidades futuras previsíveis durante discussões preliminares com fornecedores.
Solicite testes de equipamentos em seus materiais representativos nos locais dos fabricantes durante a diligência prévia. Certificados de desempenho independentes também aumentam a confiança.
Priorize o suporte pós-venda confiável em relação às ofertas de menor preço para minimizar dores de cabeça posteriormente. Discuta planos de pagamento, contratos de manutenção etc. para negociar termos flexíveis estendidos para alívio do fluxo de caixa.
Tabela 15. Vantagens e limitações da formação de perfil de perfil leve
| Prós | Contras |
|---|---|
|
- Altas taxas de produção
- Tolerâncias apertadas - Baixos custos operacionais - Processamento secundário mínimo - Baixo custo de ferramentas de reposição |
- Alto investimento inicial em equipamentos
- Máquinas dedicadas oferecem baixa flexibilidade - Limitações de tamanho e forma - Engenharia de design de rolo complexo - Requisito de mão de obra treinada |
Ao avaliar as opções de equipamentos de formação de rolos de perfil leve, considere atributos técnicos-chave como:
Discuta expectativas realistas em torno da flexibilidade, velocidades de troca e confiabilidade em relação às capacidades declaradas pelo fabricante durante as demonstrações e verifique se a solução deles pode atender aos seus requisitos com o equilíbrio ideal entre custo e capacidade.
Q1. Quais são os custos típicos de manutenção para laminadores de perfis leves?
A1. Cerca de 2-4% do custo da máquina por ano, incluindo peças sobressalentes, reparos e encargos de serviços de terceiros. A manutenção preventiva adequada minimiza as despesas gerais.
Q2. Essas máquinas podem produzir quilhas cônicas para navios?
A2. Sim, linhas de quilha flexíveis especializadas com capacidade para mudanças rápidas de ferramentas podem produzir quilhas longitudinalmente cônicas variando as folgas dos rolos ao longo do comprimento.
Q3. Que verificações de qualificação são necessárias durante a instalação da máquina de conformação de rolos?
A3. Principalmente verificação de alinhamento dimensional entre eixos, folgas dos rolos, verificação de nível e calibrações de sensores conforme procedimentos documentados pelo fornecedor.
Q4. Como calcular as taxas de produtividade da máquina de conformação de quilhas?
A4. Produtividade = Velocidade da linha x Comprimento da quilha por minuto. Saída classificada em metros ou pés por minuto de quilhas produzidas com base na largura e espessura do material.
Q5. Que mecanismos de segurança esses laminadores de quilhas empregam?
A5. Suportes de formação totalmente fechados, botões de paragem de emergência, guardas intertravados, circuitos duplos, retração do rolo para citar algumas disposições típicas.
26 de outubro de 2016
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