A máquina de corte e estampagem a quente apresenta enrolamento e desvio? O circuito fechado de tensão é rapidamente estabilizado para resolver o problema de enrolamento desde a raiz.

No pós-processamento de materiais de filme de alto valor agregado, como folhas para estampagem a quente, alumínio eletroquímico, filmes para laser, etc., a qualidade do enrolamento da máquina de corte determina diretamente o rendimento e a eficiência da estampagem a quente subsequente. No entanto, o desvio de enrolamento (comumente conhecido como "enrolamento irregular" ou "enrolamento em espiral") é um dos problemas mais comuns no setor. Quando ocorre um movimento sinuoso ou uma face final irregular, isso pode levar ao descarte de material, danos à lâmina de corte ou até mesmo à quebra do papel.

A primeira reação de muitas pessoas é ajustar o paralelismo do sensor de correção ou do rolo guia, mas, frequentemente, os sintomas não são resolvidos. O fator crucial que realmente determina a precisão da face final do enrolamento é a estabilidade dinâmica da tensão de enrolamento — ou seja, a velocidade de resposta e a precisão do controle do circuito fechado de tensão. A seguir, analisamos sistematicamente como eliminar o desvio de enrolamento por meio da "estabilização rápida do circuito fechado de tensão", desde o mecanismo físico até a prática de engenharia.

1. Por que as flutuações de tensão inevitavelmente levam ao desvio?

As características da folha de estampagem a quente são: espessura fina (6 a 20 μm), superfície lisa, baixo alongamento e baixa rigidez. Durante o processo de corte e enrolamento, a bobina é cortada em várias tiras estreitas a partir de uma única bobina grande, e cada tira estreita é enrolada independentemente.

Se a tensão de retração flutuar periodicamente (por exemplo, uma variação de 5 N a cada 10 segundos), a seguinte reação em cadeia ocorrerá:

1. Deslizamento elástico:A camada de película produz uma pequena quantidade de deslizamento axial no núcleo do enrolamento, e a direção do deslizamento de cada volta é aleatória, acumulando-se em desalinhamento da face final.

2. Desequilíbrio de força lateralAs flutuações de tensão causarão uma distribuição desigual de estresse em vários pontos na direção transversal da membrana, e a membrana automaticamente "deslizará" em direção ao lado com maior tensão.

3. Núcleo soltoA camada interna relaxa após uma tensão prolongada e não consegue se recuperar sozinha quando o enrolamento se desvia; quando a tensão é muito alta, o filme se estica e se deforma, o que também leva ao deslocamento entre as camadas.

Portanto, o circuito fechado de tensão não é um simples "controle de tensão constante", mas sim um sistema servo que precisa responder rapidamente, sem ultrapassar o limite, e resistir a perturbações.

2. Os três pontos mortos do controle de tensão tradicional

Muitas máquinas de corte longitudinal utilizam controle de torque em malha aberta ou controle PID em malha fechada, o que facilita a perda de controle nas seguintes situações:

• Troca rápida do diâmetro do rolo:Desde o cilindro vazio até o cilindro cheio, a relação entre o diâmetro do cilindro e o diâmetro total pode chegar a 5:1, e o momento de inércia rotacional muda drasticamente. Se o parâmetro PID for fixo, a vibração será intensa durante cilindros pequenos e a resposta será lenta durante cilindros grandes.

• Processo de aceleração e desaceleraçãoDurante as operações de partida e parada e em velocidade de elevação, a força inercial se sobrepõe à tensão, causando um pico de tensão instantâneo e resultando em um "salto de camada" instantâneo durante o rebobinamento.

• Juntas ou espessuras de material irregularesA folha de estampagem a quente frequentemente apresenta flutuações na espessura do papel ou revestimento, o que causa uma perturbação abrupta no circuito fechado de tensão. Um controlador PID comum leva de 2 a 3 ciclos de flutuação para se recuperar, e desvios ocorrem durante essas flutuações.

3. A estratégia de "circuito fechado em três etapas" para estabilização rápida

Para eliminar o desvio, o tempo de ajuste do circuito fechado de tensão deve ser reduzido ao que as propriedades do material permitirem (normalmente exigindo ≤ 0,5 segundos sem ultrapassagem). Veja como:

Etapa 1: Adotar arquitetura de circuito fechado duplo "velocidade + corrente"

• Anel externo (anel de velocidade): fornecido pelo codificador ou sensor de velocidade linear para evitar o deslocamento em baixa velocidade no modo de torque puro.

• Anel interno (anel de corrente/anel de torque)A resposta de alta velocidade (milissegundos) do servoacionador regula diretamente a saída do motor.

• Ponto-chaveO motor de enrolamento deve funcionar no modo de controle de torque, mas o torque de referência é calculado em tempo real pelo ponto de ajuste de tensão, e o limite de velocidade é adicionado como proteção de segurança.

Etapa 2: O feedforward dinâmico compensa o diâmetro e a inércia da bobina.

• Cálculo do diâmetro atual do carretel em tempo real (por meio da relação entre velocidade linear e velocidade angular ou sensor ultrassônico).

• Atualizações em tempo real de dois parâmetros com base no diâmetro do rolo:

◦ Coeficiente de compensação de torque: T = F × (D/2), onde F é a tensão definida e D é o diâmetro da bobina em tempo real.

• Compensação de inércia: Um componente de torque adicional ΔT = J × α é sobreposto durante a aceleração ou desaceleração (J é o momento de inércia da bobina de corrente, α é a aceleração angular).

• Desta forma, a flutuação real da tensão pode ser controlada com uma precisão de ±3%, mesmo em velocidade máxima e em movimentos de subida e descida.

Etapa 3: PID adaptativo + Supressão de perturbações de baixa frequência

• Para as flutuações de tensão comuns de 0,5 a 5 Hz da folha de estampagem a quente (como excentricidade dos rolos de tração, desequilíbrio dinâmico do eixo de expansão do ar), um filtro passa-banda ou filtro de rejeição de banda é incorporado ao regulador PID.

• PID difuso ou adaptação de referência de modelo: ajusta automaticamente o ganho de escala Kp e o tempo de integração Ti quando a variação do diâmetro do volume excede o limite. Por exemplo, o Kp é reduzido para evitar choques quando o volume é pequeno e o Kp é aumentado para melhorar a capacidade de resistência a perturbações quando o volume é grande.

• Os dados medidos mostram que o tempo de ajuste otimizado em malha fechada pode ser reduzido de 2 a 3 segundos para menos de 0,3 segundos no controle tradicional, sem ultrapassagem.

Quarto, os quatro "assassinos invisíveis" na implementação do projeto.

Mesmo que o algoritmo teórico seja perfeito, ainda podem ocorrer desvios no local. Os seguintes detalhes não podem ser ignorados:

1. Posição de instalação do sensor de tensãoDeve estar próximo ao último rolo guia antes do enrolamento, e a folga do rolamento do rolo deve ser ≤ 0,01 mm. O cabo de sinal do sensor deve estar bem afastado do cabo de alimentação do conversor de frequência.

2. Pressão de inflação do eixo do carretelPara tubos de 3 ou 6 polegadas, a pressão do ar deve ser uniforme e estável (recomenda-se o uso de um regulador de circuito fechado). Quando a pressão for insuficiente, a camada interna deslizará e, se a pressão for muito alta, o tubo de papel se deformará.

3. Rolos flutuantes independentes para cada tira estreita após o corte longitudinal.Para tiras extremamente estreitas com largura inferior a 20 mm, recomenda-se adicionar microrolos flutuantes a cada estação de enrolamento para proporcionar amortecimento mecânico por meio de gravidade ou cilindros de baixo atrito.

4. Sincronização da correção de borda e do circuito fechado de tensãoA ação corretiva alterará temporariamente o comprimento do percurso da membrana, interferindo assim na tensão. É necessário configurar no CLP: no momento da ação corretiva, o controlador PID de tensão congela temporariamente o termo integral e o retoma após a conclusão da correção.

5. Verificação do efeito: do "visível a olho nu" aos "dados mensuráveis"

O desvio de enrolamento otimizado pode ser avaliado quantitativamente:

• Desalinhamento da face final: ≤±0,5 mm (condições normais de trabalho) / ≤±1,0 mm (condições de trabalho com aceleração e desaceleração).

• Pico de flutuação de tensão:≤ ±5% do valor definido.

• Tempo de ajuste: ≤0,5 segundos (do momento em que a perturbação ocorre até o retorno ao estado estacionário).

Recomenda-se que os usuários realizem um "teste de resposta" na produção real: alterem artificialmente e rapidamente o valor definido para a velocidade de rebobinagem em ±10%, registrem a curva do sensor de tensão com um coletor de dados de alta velocidade e observem o sobreimpulso e o número de oscilações. Se a forma de onda convergir em um ciclo, significa que a estabilização em malha fechada está funcionando corretamente.

Epílogo

O desvio de enrolamento na máquina de corte de folhas de estampagem a quente não é essencialmente um problema de "correção", mas sim de "tensão". Somente ao garantir que o circuito fechado de tensão possua três capacidades principais: resposta rápida, adaptação à variação do diâmetro da bobina e supressão de perturbações mecânicas, é possível eliminar fundamentalmente o enrolamento serpentino. Para os fabricantes de equipamentos, isso não se resume apenas à substituição de um controlador PID, mas também a um projeto sistemático de servoacionamento, rigidez mecânica e precisão dos sensores. Quando a superfície final do enrolamento estiver tão precisa quanto uma lâmina, significa que você dominou a essência do controle de tensão.