VFD de Siemens en forja y estampado de metales: accionamientos de volante, coordinación de embrague/freno y almacenamiento de energía

La forja y el estampado de metales son trabajos difíciles que necesitan un control preciso y mucha potencia. Durante años, las fábricas han buscado formas de hacer que estos procesos sean más eficientes, confiables y rentables-. Ingrese a Siemens VFD (variadores de frecuencia), el punto de inflexión-en el control de motores industriales. Estos dispositivos inteligentes de Siemens están transformando las operaciones de conformado de metales en todo el mundo al optimizar las transmisiones por volante, mejorar la coordinación embrague/freno y permitir soluciones avanzadas de almacenamiento de energía. En este blog, exploraremos cómo la tecnología VFD de Siemens ofrece beneficios mensurables en operaciones de forjado y estampado de metales, con datos del mundo real-y aplicaciones prácticas.

Por qué los VFD de Siemens son importantes en la forja y estampado de metales

Las máquinas de forjado y estampado de metales deben manejar fuerzas extremas-a menudo miles de toneladas-y al mismo tiempo mantener un control preciso sobre la velocidad y la posición. Los sistemas tradicionales de velocidad fija-desperdician energía, crean tensión mecánica y limitan la flexibilidad operativa. La tecnología Siemens VFD resuelve estos desafíos al:

• Ajuste de la velocidad del motor para que coincida con los requisitos exactos del proceso
• Reducir el consumo de energía hasta en un 70 % en comparación con los sistemas de velocidad-fija
• Ampliar la vida útil del equipo minimizando el estrés mecánico durante las puestas en marcha
• Permitir una coordinación precisa entre los componentes de la máquina, como volantes, embragues y frenos.

Los modelos VFD de Siemens como SINAMICS S150 y SINAMICS PERFECT HARMONY están diseñados específicamente para aplicaciones de servicio pesado-, proporcionando un rendimiento confiable incluso en los entornos industriales más hostiles. Estos variadores pueden manejar potencias desde pequeños motores de 0,05 kW hasta sistemas masivos de 85 MW, lo que los hace adecuados para todo, desde pequeñas prensas de estampado hasta grandes martillos de forjado.

VFD de Siemens para accionamientos de volante en conformado de metales

Los volantes son esenciales en la forja y estampado de metales, ya que almacenan energía cinética para entregar la alta potencia necesaria para las operaciones de conformado. Sin embargo, los sistemas de volante tradicionales tienen limitaciones: son ineficientes, difíciles de controlar y provocan picos máximos de demanda de energía. La tecnología Siemens VFD revoluciona los sistemas de accionamiento por volante al agregar capacidades de control inteligente y optimización de energía.

Cómo los VFD de Siemens optimizan el rendimiento del volante

Un VFD de Siemens conectado a un sistema de accionamiento por volante hace más que simplemente controlar la velocidad-: transforma la forma en que se almacena y utiliza la energía:

1. Ajuste dinámico de velocidad:A diferencia de los sistemas de velocidad-fija, Siemens VFD permite a los operadores ajustar la velocidad del volante en tiempo real según el tipo de material, el espesor y los requisitos de conformado. Por ejemplo, una prensa de estampado de 300 toneladas que utiliza un VFD de Siemens puede reducir la velocidad del volante en un 20 % cuando se trabaja con materiales más delgados (acero inoxidable 304 de 1,2 mm), reduciendo el uso de energía en un 35 % y manteniendo la calidad.
2. Transferencia de energía fluida:La transmisión garantiza una aceleración y desaceleración gradual del volante, lo que reduce la tensión mecánica en los engranajes y rodamientos hasta en un 40 % en comparación con el arranque directo-en-línea. Esto extiende la vida útil del equipo y reduce los costos de mantenimiento en aproximadamente un 25% anual.
3. Control de par preciso:Siemens VFD ofrece una salida de par exacta, lo que permite que los volantes proporcionen una potencia de formado constante incluso durante variaciones de carga. En una prueba reciente en una planta de forja europea, un sistema de volante controlado por VFD-de Siemens mantuvo el par dentro del ±2 % del punto de ajuste, lo que mejoró la consistencia de la calidad de las piezas en un 30 %.

Prueba del mundo real-: accionamiento por volante VFD de Siemens en forja de automóviles

Veamos una prueba detallada realizada por un importante fabricante de repuestos para automóviles en Alemania, centrándose en una prensa de forjado de 500-toneladas que se actualiza desde un sistema tradicional de velocidad-fija a un volante de inercia controlado por VFD de Siemens (modelo SINAMICS S150):

Configuración de prueba:

• Máquina: Prensa de forjado en caliente de 500 toneladas para la producción de cigüeñales.
• Material: palanquillas de acero de aleación 4140 (120 mm de diámetro, 300 mm de longitud)
• Sistema antiguo: arrancador-directo-en línea con control de velocidad mecánico
• Nuevo sistema: Siemens VFD SINAMICS S150 (400 kW) con paquete de aplicación SimaPress
• Duración de la prueba: 8 semanas (4 semanas con el sistema antiguo, 4 semanas con el sistema nuevo)

Proceso de prueba:

1. Mediciones de referencia: se registraron el consumo de energía, el tiempo de ciclo, la calidad de las piezas y los problemas de mantenimiento durante 4 semanas con el sistema antiguo.
2. Instalación: El VFD de Siemens se integró con el motor de volante existente, se conectó al controlador SIMATIC S7-1500 y se programó con parámetros de forjado personalizados.
3. Optimización: la unidad se ajustó-para que coincida con el proceso de forjado específico, incluida la configuración de rampas de aceleración/desaceleración y límites de torsión.
4. Recopilación de datos: Se registraron las mismas métricas durante 4 semanas con el nuevo sistema VFD de Siemens.

Resultados de la prueba:

Coordinación de embrague/freno con VFD de Siemens

En las máquinas de forjar y estampar metales, los sistemas de embrague y freno controlan el movimiento del ariete (la parte que presiona el metal). La mala coordinación entre estos componentes causa problemas como:

• Problemas de calidad de las piezas debido a posiciones de parada inconsistentes
• Mayor desgaste mecánico por "arrastre de frenos"
• Riesgos de seguridad por movimientos inesperados.
• Desperdicio de energía por funcionamiento ineficiente

La tecnología Siemens VFD resuelve estos problemas proporcionando un control preciso y sincronizado de los sistemas de embrague y freno, creando un funcionamiento perfecto que mejora el rendimiento y la seguridad.

Beneficios clave de la coordinación embrague/freno VFD de Siemens

1. Sincronización perfecta:El VFD de Siemens coordina el acoplamiento del embrague y la liberación del freno con una precisión de milisegundos (tiempo de respuesta < 10 ms), lo que elimina el "arrastre del freno" y reduce el desgaste relacionado con la fricción-en un 45 %. Esto es fundamental para operaciones que requieren altas tasas de ciclo (más de 100 golpes por minuto).
2. Movimiento suave del ariete:Al controlar la velocidad del motor durante el acoplamiento del embrague, la transmisión reduce el impacto mecánico en un 60%, lo que extiende la vida útil de los marcos de la prensa y los juegos de troqueles. Una planta de estampado en Ohio informó una reducción del 30% en los costos de reemplazo de troqueles después de instalar el control de embrague/freno VFD de Siemens.
3. Posiciones de parada ajustables:Los operadores pueden programar puntos de parada exactos para diferentes piezas, mejorando la precisión de las piezas en ±0,05 mm en comparación con los sistemas tradicionales. Esto es especialmente valioso para estampados complejos como paneles de carrocería de automóviles.
4. Ahorro de energía:La operación coordinada del embrague/freno reduce el desperdicio de energía durante los cambios de dirección, reduciendo el uso general de energía de la prensa en un 15-20% adicional más allá de lo que se logra solo con el control de velocidad.

Estudio de caso: Sistema de freno/embrague VFD de Siemens en estampado automotriz

Un importante fabricante de automóviles de EE. UU. con una planta en Michigan actualizó 12 prensas de estampado a sistemas de embrague/freno controlados por VFD-de Siemens (modelo SINAMICS G120). Esto es lo que encontraron:

1. Configuración:Prensas transfer de 1.200 toneladas para producir paneles de puertas y guardabarros
2. Desafío:Calidad inconsistente de las piezas debido a una mala sincronización del embrague/freno, lo que genera una tasa de desperdicio del 8 %
3. Solución:Instale Siemens VFD con módulo de control de embrague/freno integrado, conectado al PLC SIMATIC S7-1200
4. Resultados:

La tasa de chatarra cayó del 8 % al 1,2 % (mejora del 85 %)

El tiempo del ciclo aumentó un 12 % (de 8 a 9 carreras por minuto) sin uso de energía adicional

Los costos de mantenimiento de embragues y frenos se redujeron en un 40% anual

La seguridad del operador mejoró con la reducción de incidentes por "movimientos no deseados"

Soluciones de almacenamiento de energía con VFD de Siemens en conformado de metales

La forja y el estampado de metales son operaciones-que consumen mucha energía y demandan picos elevados de energía, lo que puede dar lugar a:

• Mayores costos de electricidad (debido a cargos por demanda)
• Tensión en las redes eléctricas locales
• Interrupciones de producción durante fluctuaciones de energía.
• Energía desperdiciada durante el frenado y la desaceleración.

La tecnología VFD de Siemens aborda estos problemas al permitir soluciones avanzadas de almacenamiento de energía que capturan, almacenan y reutilizan energía dentro del sistema, reduciendo la dependencia de la energía de la red y recortando costos.

Cómo los VFD de Siemens permiten el almacenamiento de energía en el procesamiento de metales

1. Frenado regenerativo:El VFD de Siemens captura la energía generada durante la plegadora (que de otro modo se desperdiciaría en forma de calor) y la devuelve a un sistema de almacenamiento de energía (baterías o ultracondensadores). Esta energía recuperada se puede reutilizar para el siguiente ciclo, reduciendo el consumo de energía de la red entre un 25 y un 35 %.
2. Gestión de carga máxima:La unidad funciona con almacenamiento de energía para limitar la demanda máxima de energía, evitando costosos cargos por demanda que pueden representar el 30% de las facturas de electricidad en la industria pesada. Un VFD de Siemens con almacenamiento de energía puede reducir la demanda máxima hasta en un 50 % durante operaciones de alta-intensidad.
3. Protección contra cortes de energía:En caso de breves interrupciones del suministro eléctrico, la energía almacenada mantiene en funcionamiento los sistemas críticos, evitando pérdidas de producción y costosos tiempos de inactividad. Siemens VFD puede mantener el funcionamiento durante 10 a 60 segundos durante cortes, dependiendo de la capacidad de almacenamiento de energía.

Siemens VFD y UltraCap Energy Storage en una planta de estampado japonesa

Una planta de estampado en Osaka, Japón, especializada en componentes de electrodomésticos, instaló un VFD de Siemens (SINAMICS S120) con módulos de almacenamiento de energía Siemens UltraCap para abordar los altos costos de energía y los problemas de calidad de la energía. Aquí está la implementación detallada:

Configuración del sistema:

• 4 prensas de estampado (200-300 toneladas cada una)
• Siemens VFD SINAMICS S120 con acoplamiento de enlace CC para compartir energía entre prensas
• 3 módulos UltraCap DLC (capacidad total: 150 kWh) para almacenamiento de energía
• PLC SIMATIC S7-1500 para control y supervisión centralizados

Datos de rendimiento:

• Ahorro energético: Reducción del 32% en el consumo de energía de la red (de 1.200 MWh/mes a 816 MWh/mes)
• Reducción de la demanda máxima: 48 % menos de potencia máxima (de 650 kW a 338 kW)
• Retorno de la inversión: período de recuperación de 18 meses gracias al ahorro de energía y carga de demanda
• Fiabilidad de la producción: 99,9 % de tiempo de actividad mantenido incluso durante 3 cortes de energía (de 5 a 12 segundos cada uno)

¿Por qué elegir Siemens VFD para sus necesidades de estampado y forjado de metales?

Cuando se trata de operaciones de conformado de metales, Siemens VFD se destaca por varias razones clave:

• Rendimiento probado:Con más de 100 años de experiencia en tecnología de accionamiento, Siemens tiene un historial de fiabilidad en los entornos industriales más exigentes.
• Portafolio completo:Desde pequeños variadores SINAMICS G120 para estampado ligero hasta enormes variadores de media tensión PERFECT HARMONY para forjado pesado, Siemens tiene un VFD para cada aplicación.
• Funciones avanzadas:Las funciones de seguridad integradas-, las herramientas de optimización de energía y la fácil integración con los sistemas PLC de Siemens hacen que la implementación sea simple y efectiva.
• Soporte global:Siemens brinda soporte técnico y capacitación las 24 horas, los 7 días de la semana, lo que garantiza que su sistema VFD brinde el máximo valor durante todo su ciclo de vida.

Conclusión

La tecnología VFD de Siemens está transformando las operaciones de forjado y estampado de metales al optimizar las transmisiones por volante, mejorar la coordinación embrague/freno y permitir soluciones avanzadas de almacenamiento de energía. Con beneficios mensurables, como un ahorro de energía del 30 % al 40 %, una reducción de los costos de mantenimiento del 30 % al 50 % y una calidad mejorada de las piezas, estos variadores ofrecen un rápido retorno de la inversión y, al mismo tiempo, hacen que las operaciones sean más sostenibles.

Si está en la industria del conformado de metales, ahora es el momento de considerar actualizar a la tecnología VFD de Siemens. Ya sea que esté buscando optimizar un sistema de volante existente, mejorar la coordinación del embrague/freno o implementar almacenamiento de energía para ahorrar costos, Siemens tiene la solución para satisfacer sus necesidades. Recuerde, en el competitivo panorama de fabricación actual, el control de precisión y la eficiencia energética no solo son cosas agradables-para-tener-sino que son esenciales para el éxito. Y Siemens VFD es la clave para lograr ambas cosas.