Sistema de Controle Eletrônico

Dando sequência em nossa série de artigos sobre o aquecimento por indução aplicado ao tratamento térmico de metais, vamos tratar, nesta edição, sobre os diversos tipos de posicionamento e movimentação da peça obra, assim como dos sistemas de controle eletrônico.

Na maior parte dos casos, o tratamento térmico por indução aplicado em processos de têmpera e revenimento é feito individualmente, ou seja, em ciclos peça a peça (Fig.1, 2, 3).

Deste modo, temos que aplicar um ciclo para cada peça numa sequência de carga, posicionamento, indexação, aquecimento, resfriamento, descarga.

Existem vários tipos de movimentação para atender a esse tipo de ciclo de trabalho, começando com os mais simples, alimentação e descarga manuais, até os mais sofisticados, aplicando robôs e posicionadores com controle CNC (Controle Numérico Computorizado).

Dependendo da aplicação, do tipo de peça e da produção horária necessária, determinamos qual sistema deverá ser utilizado no processo produtivo.
Os tipos mais comuns de automação são:

1. Posição fixa do aquecimento;
2. Lift rotate;
3. Single shot;
4. Walking beam;
5. Scanner horizontal;
6. Scanner vertical;
7. Centerless;
8. Mesa indexadora rotativa;
9. Pick & Place.

Independentemente da automação que se vá utilizar, o objetivo básico é movimentar a peça a ser tratada, colocando-a na bobina de aquecimento para receber a indução magnética que, por sua vez, proporcionará o aquecimento localizado, de forma precisa e repetitiva que garanta um processo homogêneo (Fig.4).

No caso da posição fixa do aquecimento, a peça é colocada ou indexada na bobina de indução manualmente. Um dispositivo ou receptáculo irá prender a peça e garantir seu posicionamento em relação ao indutor. Logo após o ciclo de tratamento térmico, a peça é retirada manualmente e uma nova peça é alimentada na máquina.

Quando o processo permite ou necessita de um certo grau de automação, é preciso escolher a melhor forma de executar essa mesma tarefa de posicionamento da peça no indutor e seus respectivos aquecimento e resfriamento conforme o processo produtivo determinar. Vamos imaginar que a peça obra seja um pequeno eixo que deve ser temperado em uma região específica. Neste caso, o primeiro passo será prover um movimento de rotação da peça para que seja garantida uma camada temperada concêntrica (Fig.5).

Este eixo será posicionado entre dois contrapontos e um sistema de giro irá proporcionar um movimento de rotação controlada e, assim, o aquecimento será homogêneo.

Se a área a ser temperada for localizada e pequena, podemos utilizar o processo chamado de single shot, ou seja, aquecemos essa região de uma só vez, com apenas um movimento de rotação. Contudo, se temos que temperar uma área maior longitudinalmente ou áreas específicas múltiplas, devemos utilizar o sistema de movimentação progressiva ou scanning, que faz com que a peça seja movimentada longitudinalmente em relação ao indutor. Esse tipo de têmpera progressiva pode ser feito no sentido vertical ou horizontal, dependendo da aplicação.

No caso em que necessitamos fazer uma têmpera progressiva em uma peça cilíndrica, mas não podemos colocá-la entre pontas, podemos utilizar um sistema de roletes que além de promover a rotação da peça também faz seu movimento longitudinal. Existem diversas configurações para esse tipo de movimentação chamado de centerless.

Em muitos casos, temos estações de trabalho com movimentos combinados, como no caso da mesa indexadora rotativa. Nela podemos ter diversas posições de acomodação das peças a serem tratadas, proporcionando, assim, em cada movimentação de rotação da mesa um posicionamento das diversas etapas de ciclo, ou seja, carga, aquecimento, resfriamento, descarga, como descrito no início deste artigo.

Do mesmo modo quando necessitamos movimentar a peça através de diferentes pontos de uma estação de trabalho, podemos utilizar movimentos lineares como um pick & place, onde um dispositivo ou pinça coleta a peça num ponto determinado e a alimenta de forma automática em outra ou múltiplas posições dando sequência ao ciclo de produção. Esse tipo de movimentação é normalmente utilizado em operações em linha ou células. Pode-se ainda utilizar um robô ou braço mecânico para fazer esses movimentos (Fig.6, 7, 8).

Existem também as máquinas automáticas dedicadas a uma determinada peça ou produto, como, por exemplo, a têmpera de lâminas de facas industriais, sapatas de freio de caminhão, eixo virabrequim, martelos e alicates, entre outros. É muito importante que todas essas operações sejam previamente estudadas, a fim de se executar toda a sequência do processo de têmpera de modo a obedecer os parâmetros metalúrgicos do processo de forma precisa e repetitiva.

Para isso, temos que utilizar um controle eletrônico da máquina através de um painel elétrico de acionamento comandado por programadores lógicos, tais como: NC (Controle Numérico), PLC (Controlador Lógico Programável), CNC, ou ainda, uma combinação CNC/PLC. Esses controles fazem, na verdade, a sequência de movimentos e operações de forma sequencial obedecendo os tempos determinados no processo. No caso do CNC, temos, ainda, a condição de determinar parâmetros de posicionamento inicial da peça, assim como sua posição ao longo do processo até o descarregamento final. Este sistema permite a programação dos ciclos de tratamento térmico para cada tipo de peça e seu armazenamento para futuras operações e rastreabilidade.

A combinação CNC/PLC/PC (Computador Pessoal) permite o controle e monitoramento de posição e movimentação da peça, sequência de ciclo e temporização e o armazenamento do programa de têmpera, assim como os parâmetros de cada ciclo de operação para controle e registro de qualidade.

Pode ainda ser integrado a esse controle um monitor de energia que é utilizado para medir a potência em KW/s aplicada a peça durante o tempo de aquecimento. Dessa forma, o sistema automaticamente compara esse parâmetro dinâmico do processo com um padrão preestabelecido e informa o grau de variação atingido. Nesse caso, um alarme ou desligamento do equipamento pode ser introduzido de forma a identificar falhas de processo, evitando, assim, a produção de peças fora de especificação. De acordo com a tolerância exigida no processo é estabelecida uma janela de variação possível para o monitoramento constante peça a peça.

Esse sistema permite ainda a gravação sequencial de um número de série para peças que exigem controle de processo individual.

Concluímos que existem diversos modos de aplicar a têmpera por indução e que é necessário um estudo detalhado de cada situação. Muito embora na prática se utilizem máquinas padrão, como os scanners ou de têmpera vertical progressiva, os parâmetros e especificações de cada peça, tais como camada de têmpera, perfil, localização e produção horária são o que vão determinar o tipo correto de equipamento. Hoje, com a maior competitividade no mercado, temos que avaliar criteriosamente o processo produtivo para que se obtenha o melhor resultado com o menor consumo de energia e insumos. O aquecimento por indução não é um processo complexo, contudo, exige conhecimento teórico e prático para se atingir resultados otimizados. Por isso, deve-se dar a mesma importância a esse processo como se dá nos casos de forjamento, usinagem e outros.
Na próxima edição, trataremos dos sistemas de água de refrigeração dos conversores e bobinas, assim como da água de ducha.