Prensa de potência: definição, princípios de design e guia de seleção

O que é uma prensa elétrica

UM prensa elétrica é uma máquina de estampagem de metal sofisticada usada para moldar, cortar, formar e puncionar metal com velocidade e precisão, tornando-a uma ferramenta indispensável na produção em massa para fabricação de peças e componentes de metal. Essas prensas vêm em dois tipos principais: hidráulica e mecânica, cada uma oferecendo vantagens distintas no processo de fabricação.

Operando em princípios mecânicos, hidráulicos ou servomotores, as prensas de potência utilizam diferentes mecanismos para gerar a força necessária para moldar metais. As prensas de potência mecânica empregam um sistema de embreagens, volantes, virabrequins e êmbolos fixos e móveis para converter movimento circular em força linear. As prensas de potência hidráulica, por outro lado, utilizam a pressão do fluido hidráulico para comprimir e moldar metais de forma eficaz. As prensas de potência servo são acionadas por servomotores que controlam o movimento do cursor da prensa por meio de engrenagens excêntricas, garantindo uma operação precisa.

Em todos os três tipos de prensas, o formato final da peça de trabalho é determinado pelo encontro das metades superior e inferior de uma matriz, à medida que são pressionadas juntas sob a força exercida pela prensa.

Antes do advento da maquinaria de prensa elétrica, moldar chapas de metal era uma tarefa trabalhosa que exigia força e esforço significativos. No entanto, a introdução de prensas elétricas revolucionou o processo, introduzindo força mecânica e precisão que melhoraram muito a eficiência nas indústrias metalúrgicas.

Princípios das prensas de potência

Máquinas de prensagem elétrica trabalham com o princípio de remodelar as chapas de metal aplicando a força necessária. As principais peças usadas são um carneiro, cama, volante, embreagem e virabrequim. O carneiro e a cama são fornecidos com uma combinação de matrizes que permitem que uma chapa de metal seja moldada em uma forma específica. O movimento rotacional de um volante é alimentado por um motor elétrico.

O volante giratório é unido ao virabrequim por uma embreagem. Matrizes superiores e inferiores são unidas ao carneiro, uma peça de trabalho na base é alimentada na máquina e o processo é iniciado. Como resultado do movimento rotacional do volante, os trabalhos de prensagem e moldagem são feitos quando as matrizes superior e inferior aplicam uma força juntas. Uma vez que o processo é concluído, a peça de trabalho formada é destacada e substituída por uma nova peça de trabalho, e o mesmo processo é repetido.

Como calcular o tamanho de uma prensa elétrica

Para calcular corretamente o tamanho de uma prensa elétrica, é preciso definir a tonelagem necessária, o tamanho da mesa de trabalho e a altura de abertura da prensa.

• A tonelagem é determinada de acordo com o tipo e a espessura do material a ser processado e o formato e o tamanho da ferramenta de prensagem.
• Para definir o tamanho da mesa de trabalho, basta saber o tamanho máximo dos materiais que precisam ser manuseados.
• Para selecionar a altura de abertura de uma prensa, a escolha deve ser baseada na extensão da estampagem e na altura necessária para liberar a peça de trabalho.
• A velocidade de trabalho é um aspecto importante a ser considerado, principalmente na produção em série.

Projetos de prensa de força

As prensas elétricas variam em design com base em como geram força. Em uma prensa mecânica, o componente-chave é o volante, que acumula energia rotacional para acionar o aríete. As prensas hidráulicas, por outro lado, dependem da pressão do fluido hidráulico para fornecer força, enquanto as prensas servomotoras utilizam um motor para gerar movimento rotacional que é então convertido em movimento linear.

A escolha do tipo apropriado de prensa elétrica depende de vários fatores. Prensas mecânicas elétricas, sendo o método mais antigo, giram em torno do conceito de utilização de um volante. Prensas hidráulicas elétricas, que são amplamente utilizadas, foram desenvolvidas como substitutas para prensas mecânicas elétricas. Enquanto isso, prensas servomotoras elétricas representam o mais novo avanço na tecnologia de prensas elétricas.

Projeto de prensa hidráulica

A prensa hidráulica foi introduzida há mais de 200 anos por um engenheiro britânico. Durante a primeira revolução industrial, ela foi usada para forjamento como uma forma de substituir martelos a vapor. Ao longo dos anos, a tonelagem de prensas hidráulicas aumentou gradualmente para milhares de toneladas com a capacidade de produzir em massa uma grande variedade de peças e componentes.

Uma prensa hidráulica usa uma bomba, placas terminais e um pistão que cria pressão em um fluido para formar e moldar peças de metal. O principal componente de uma prensa hidráulica é sua bomba que bombeia óleo sob pressão para dentro de um cilindro.

Cilindro

O cilindro contém um pistão que se move para cima e para baixo para criar a força compressiva. O pistão do cilindro age como uma bomba para produzir a força. É a parte de uma prensa hidráulica que produz a energia para aplicar força à peça de trabalho.

Reservatório

O reservatório contém o fluido hidráulico, coleta contaminantes do fluido, remove ar e umidade do fluido e envia calor para o sistema. O fluido hidráulico é enviado do reservatório para o cilindro por meio de um tubo.

Válvula

A válvula ajuda a aliviar a pressão e gerencia o fluxo de fluido da bomba para o cilindro. Além disso, a válvula regula a velocidade da prensa e a quantidade de força que ela produz. Ela funciona como um limitador de pressão. Um manômetro mede a pressão do fluido hidráulico para garantir que ele esteja funcionando dentro de sua faixa de pressão.

Bomba hidráulica

A bomba hidráulica é a parte mecânica de uma prensa hidráulica que move o fluido hidráulico para o reservatório e converte energia mecânica em energia hidráulica. Ela gera um fluxo poderoso contra a pressão na saída.

Pratos

As placas de prensa mantêm a peça de trabalho no lugar e fornecem uma plataforma para a prensa dobrar, furar, estampar ou furar a peça de trabalho. Elas são a parte da prensa que faz contato com a peça de trabalho.

Mangueiras

O movimento do fluido hidráulico depende de um conjunto de mangueiras que movem o fluido da bomba para o cilindro e reservatório. As mangueiras são feitas de material durável e resistente, capaz de suportar a pressão e o calor produzidos durante a operação da prensa. Os materiais comuns de mangueiras são termoplásticos, borrachas sintéticas e politetrafluoretileno (PTFE), que são materiais capazes de resistir à corrosão e aos efeitos da exposição a produtos químicos.

Bater

O carneiro desliza dentro da estrutura e aplica pressão à matriz. Dependendo do design da prensa hidráulica, o carneiro pode se mover horizontalmente ou verticalmente, com algumas prensas hidráulicas tendo múltiplos carneiros usados para o processo de formação.

Cama

A base é uma superfície plana de suporte que suporta a matriz conforme a força é aplicada pelo cilindro.

Design de Servo-Pressão

Uma servo prensa usa precisão e um servo motor para controlar o movimento do carneiro. Elas são populares por seu posicionamento preciso do carneiro, o que é ideal para a produção de peças que exigem precisão e repetibilidade ideal. O servo motor é conectado a uma forma de atuador linear, como um parafuso de esfera, que controla o movimento para cima e para baixo do carneiro.

Com uma prensa servomecânica, o motor principal, o volante e a embreagem foram removidos e substituídos por um servo motor que torna o carneiro mais controlável. A eliminação das peças de uma prensa mecânica tradicional resulta em uma prensa servo com menos peças de acionamento e uma estrutura simplificada. Em uma prensa mecânica ou hidráulica típica, o carneiro se move para baixo com grande força e atinge a peça de trabalho para criar o formato desejado, após o qual retorna à sua posição original para cima. Com uma prensa servo, o carneiro pode ser controlado até o ponto em que pode atingir a peça de trabalho e permanecer em contato por um período prolongado.

As servoprensas são usadas para aplicações que exigem precisão e controle excepcionais, como fabricação aeroespacial e eletrônica. Elas são capazes de produzir aplicações de estampagem, puncionamento e conformação de prensas mecânicas e hidráulicas, mas com maior precisão.

Servomotor

O servo motor aciona o carneiro de uma servo prensa e fornece potência e força ao sistema de servo prensa. Acionamento direto e acionamento por servo motor com redutor são os tipos de motores usados em uma servo prensa.

Acionamento direto

Um motor de acionamento direto é conectado diretamente ao atuador e é um motor de baixa velocidade e alto torque com uma estrutura simples, alta eficiência e baixo ruído. Ele tem torque limitado, o que limita seu uso a servo-prensas de baixa tonelagem.

Servo Motor com Redutor

Um servo motor com redutor permite aceleração e desaceleração rápidas. Ele tem uma taxa de redução de velocidade que combina a inércia do motor e da caixa de engrenagens com a inércia da carga acionada, o que faz o motor funcionar de forma mais eficiente.

Servomotores com redutor usam três transmissões diferentes, que são desaceleração com uma biela de manivela, com uma haste de cotovelo de manivela ou uma haste de cotovelo de parafuso. Esse tipo de construção torna possível que um servomotor de baixo torque e alta velocidade acione prensas de alta tonelagem.

Atuador

O atuador é a parte de uma prensa servomotora que transforma o movimento rotativo em movimento linear. Os atuadores de parafuso de esferas são os mais comumente usados, que consistem em um conjunto de parafuso e porca com rolamentos de esferas para fornecer movimento suave, uniforme e eficiente. A construção de um atuador de parafuso de esferas consiste em uma porca montada em um eixo ranhurado. Conforme o parafuso gira, a porca se move para cima e para baixo no eixo, criando movimento linear e controle de precisão.

Controlador

O controlador recebe entrada de sensores, que ele usa para enviar sinais de saída para o servo motor. Algoritmos programados no controlador regulam os movimentos da prensa para garantir operação precisa e repetibilidade exata. Com prensas hidráulicas e prensas mecânicas, é difícil controlar o curso, a pressão do curso e o movimento do cursor. Uma servo prensa pode ser programada para controlar o curso, a velocidade e a pressão com precisão, permitindo que a prensa atinja a tonelagem desejada em baixa velocidade.

Sensores - Para que o controlador funcione corretamente, ele requer dados em relação à posição, força e velocidade do êmbolo. Sensores internos e externos enviam feedback ao controlador que converte os dados em sinais de comando para a prensa.

Interface Homem-Máquina (IHM) - O HMI conecta operadores à servoprensa e permite que eles monitorem, ajustem e alterem aspectos das operações da servoprensa, como velocidade, força e posicionamento. Um componente necessário das servoprensas é uma interface amigável com gráficos que são exibidos em tempo real no HMI, que pode ser programado de acordo com as necessidades da peça que está sendo fabricada.

Para sistemas complexos de HMIs, um sistema de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) é usado para fazer interface com HMIs em uma fábrica ou instalação. Informações e comandos podem ser enviados para um HMI específico ou vários HMIs usando o sistema SCADA.

Projeto de prensa mecânica

Os principais componentes para transmissão de potência em uma prensa mecânica são a embreagem, o virabrequim, o volante, o carneiro móvel e o carneiro estacionário. O slide é unido a um virabrequim com bielas (“pitmans”).

O virabrequim é acoplado ao volante, que está constantemente girando enquanto o motor está funcionando. Uma embreagem conecta o volante giratório ao virabrequim. O virabrequim converte o movimento rotacional do volante para os movimentos para cima e para baixo do slide da prensa.

Bater

O carneiro é o principal componente operacional de uma prensa mecânica, que opera diretamente durante a reforma de uma peça de trabalho. O carneiro se move para frente e para trás dentro de suas guias, que prescrevem um comprimento de curso e potência. O comprimento de curso transferido e a potência podem ser ajustados de acordo com os requisitos da operação. A extremidade inferior do carneiro carrega o punção para processar a peça de trabalho.

Volante

Uma polia acionada ou engrenagem acionada é feita no formato de um volante (que é usado para armazenar a reserva de energia) para manter uma velocidade de aríete constante quando o punção é pressionado na peça de trabalho. O volante é fixado na borda do eixo de acionamento e é preso a ele por meio de uma embreagem.

A energia é armazenada no volante quando ele está ocioso. Se a máquina tiver energia insuficiente no volante, ela irá parar e não conseguirá terminar a operação. Essencialmente, ao empregar um volante, o motor pode trabalhar com menos capacidade. Ao mesmo tempo, a tonelagem máxima é fornecida na necessidade necessária da operação.

Para um espaço de trabalho maior (no caso de um processo de trefilação) e para um processamento mais rápido (no caso de um processo automático de perfuração ou corte), mais potência e energia devem ser fornecidas.

No processo de blanking, o trabalho é concluído em uma porção muito curta do curso. Então, nisso, a energia deve ser retirada do volante, que então fornece instantaneamente toda a energia necessária para a operação. O mesmo se aplica ao período de ciclo restante. O processo de desenho ocupa uma porção significativa do ciclo. Como o tempo é adequado, o excesso de energia pode ser retirado do motor e a energia faltante fornecida pelo volante.

Redução de velocidade permitida do volante:

Seu valor para operação descontínua = 20%

Para operação contínua = 10%

• E = energia
• D = diâmetro do volante
• W = peso do volante.
• N = velocidade, R = raio de giração.

Da operação E = P x K x L

• P = força média, L = comprimento do curso.
• K é perda por atrito (constante).

Se a energia do volante for menor que P x K x L, a velocidade N deve ser aumentada.

Embreagem

A embreagem mecânica é usada para conectar e desconectar o eixo de acionamento do volante quando é essencial parar ou iniciar o movimento do carneiro. Uma embreagem move o torque gerado pelo volante e aciona o eixo de engrenagem. Dois tipos diferentes de embreagens são usados em prensas de potência: embreagens de revolução completa e de revolução parcial.

Embreagem de revolução completa

Conforme definido pela OSHA, uma embreagem de revolução completa é um tipo de embreagem que, quando acionada, não pode ser desengatada até que o virabrequim tenha feito quase uma revolução completa e a prensa deslize um curso completo. Prensas com embreagens de revolução completa são geralmente mais antigas e mais perigosas devido à sua operação cíclica.

Embreagem de revolução parcial

Uma embreagem de revolução parcial, também definida pela OSHA, é um tipo de embreagem que pode ser desengatada a qualquer momento antes que o virabrequim tenha feito uma revolução completa e o slide da prensa tenha feito um curso completo. A maioria das prensas de potência de revolução parcial são embreagem e freio a ar. Quando o ar é preso e comprimido em compartimentos, a embreagem engata e o freio desengata. Para parar a prensagem, ocorre o inverso.

Freios

Os freios são utilizados para interromper o movimento do eixo de transmissão imediatamente após ele se desconectar do volante.

Os freios são muito cruciais em qualquer sistema móvel. Normalmente, dois tipos de freios são usados. O primeiro tipo é um freio normal que pode parar o eixo acionado rapidamente após desengatar do volante. O outro é um freio de emergência que é oferecido como um freio de pé para qualquer máquina de prensa elétrica. Esses freios têm um interruptor de desligamento com frenagem forte normal para fazer todos os movimentos pararem rapidamente.

Base

A base é a estrutura de suporte da prensa e oferece arranjos para prender e inclinar a estrutura em uma prensa inclinada. Ela suporta as matrizes de fixação da peça de trabalho e várias ferramentas de controle da prensa. O tamanho da mesa limita o tamanho da peça de trabalho que pode ser processada na prensa elétrica.

Mecanismo de acionamento

Diferentes tipos de mecanismos de acionamento são aplicados em vários tipos de prensas, como configuração de pistão e cilindro em uma prensa hidráulica, configuração excêntrica e virabrequim em uma prensa mecânica, etc. Esses mecanismos são utilizados para acionar o cilindro, movendo a energia do motor para o cilindro.

Mecanismo de controle

Mecanismos de controle são utilizados para executar uma prensa sob condições pré-programadas e controladas. Normalmente, dois parâmetros são configurados por mecanismos de controle: a potência do curso e o comprimento do curso do carneiro. A transferência de potência pode ser cortada com a ajuda de uma embreagem oferecida com mecanismos de acionamento conforme a necessidade. Em muitas prensas elétricas, os mecanismos de controle são inerentes aos mecanismos de acionamento. Hoje em dia, prensas controladas por computador são usadas onde o controle é guiado por um microprocessador. Essas prensas elétricas fornecem controle preciso e confiável com automação.

Placa de reforço

Esta é uma placa grossa fixada na base ou leito da prensa. Ela é utilizada para prender o conjunto de matrizes rigidamente para dar suporte à peça de trabalho. A matriz usada no trabalho de prensa pode ter mais de um componente, razão pela qual o nome “conjunto de matrizes” está sendo usado no lugar da matriz.

As prensas alimentadas manualmente são acionadas por pedal ou por dois controles manuais ou disparos. Com o controle de pedal, a prensa é acionada pressionando um pedal ou interruptor.

Ele deixa as mãos livres durante o ciclo da prensa. Esse movimento livre das mãos coloca os operadores que usam o controle de pé em um risco maior de sofrer uma lesão durante a operação. Cerca de duas vezes mais lesões de prensa vêm de prensas controladas por pé. Com dois controles de mão ou viagens, quando uma peça de trabalho é posicionada na prensa, ambas as mãos devem ser removidas do ponto de operação para pressionar os botões.

Escolha uma máquina de prensa elétrica correta

Selecionar a prensa elétrica correta é crucial para operações eficientes e evitar desperdício de investimento em equipamentos. Aqui estão as principais considerações:

Compreendendo os métodos de processamento e operação:

É preciso entender diferentes métodos de estampagem e corte para determinar o tipo de punção apropriado.

Volume de produção:

Para lotes que excedem 3000-5000 peças, a alimentação automática é mais benéfica. O processamento contínuo e de transferência deve ser considerado para grandes quantidades de produção.

Forma e tamanho do material:

É essencial entender as características do material, as taxas de utilização e os métodos de processamento.

Manuseio de materiais:

O manuseio eficiente de materiais, incluindo fornecimento de materiais, retirada de produtos e descarte de resíduos, é crucial para a produtividade geral.

Frequência de uso do buffer:

Os amortecedores de matriz devem ser considerados para operações de extensão para facilitar processos de estampagem difíceis, especialmente em punções de ação simples.

Capacidade de processamento de perfuração:

Calcule a pressão de processamento necessária e a curva de curso, considerando o processamento multiengenharia e cargas excêntricas.

Precisão dimensional:

Escolha uma prensa elétrica com base na precisão e tolerância necessárias, com prensas servo que oferecem controle de precisão superior.

Compreendendo a função Punch:

Investigue completamente as especificações do punção e selecione os acessórios apropriados para aumentar a produtividade.

Confiabilidade e Manutenção:

Escolha uma prensa elétrica com recursos de segurança, considerando o risco associado às operações de prensagem e abordando as preocupações com ruído e vibração para cumprir com as regulamentações.

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