Una prensa hidráulica es una máquina que utiliza el líquido como medio para transferir energía y lograr diversos procesos de forja.
La prensa hidráulica se fabrica según el principio de Pascal, y su principio de funcionamiento se muestra en la figura 1-1-1. Dos cavidades cerradas llenas de fluido de trabajo y con pistones están conectadas por tuberías. Cuando se ejerce una fuerza P 1 sobre el pistón pequeño 1, la presión del líquido es p=P 1 /A 1 donde A 1 es la sección transversal del pistón 1.
1-Pistón pequeño
2-Pistón grande
3-Pieza de trabajo
Según el principio de Pascal: En un recipiente sellado, la presión del líquido es completamente igual en todas las direcciones, y la presión p se transmitirá a todos los puntos del interior de la cavidad, generando así una fuerza ascendente P 2 en el pistón grande 2, provocando la deformación de la pieza de trabajo 3.
P2=P1A2/A1
Donde A 2 se refiere al área de la sección transversal del pistón 2.
A prensa hidráulica suele constar de dos partes: el cuerpo (bastidor principal) y el sistema hidráulico.
La estructura más común del cuerpo de una prensa hidráulica se muestra en la figura 1-1-2. Consta de un travesaño superior 1, un travesaño inferior 3, cuatro columnas 2 y 16 tuercas interiores y exteriores que forman un bastidor cerrado, que soporta toda la carga de trabajo. El cilindro de trabajo 9 está fijado en el travesaño superior 1, y contiene un pistón de trabajo 8, que está conectado al travesaño móvil 7. El travesaño móvil está guiado por cuatro columnas y se desplaza entre los travesaños superior e inferior. La superficie inferior del travesaño móvil se fija normalmente con una matriz superior (yunque superior), mientras que la matriz inferior (yunque inferior) se fija en la mesa de trabajo del travesaño inferior 3.
Cuando el fluido a alta presión entra en el cilindro de trabajo y actúa sobre el émbolo de trabajo, se genera una gran fuerza, empujando el émbolo, el travesaño móvil y el molde superior hacia abajo, provocando la deformación plástica de la pieza 5 entre los moldes superior e inferior. El cilindro de retorno 4 se fija en el travesaño inferior, y durante el retorno, el cilindro de trabajo pasa fluido a baja presión, el fluido a alta presión entra en el cilindro de retorno, empujando el émbolo de retorno 6 y el travesaño móvil hacia arriba, volviendo a la posición original, completando un ciclo de trabajo.
1 Travesaño superior
2 columnas
3 Travesaño inferior
4-Cilindro de retorno
5-Pieza de trabajo
6-Embolo de retorno
7-Movimiento del travesaño
8-Empujador de trabajo
9-Cilindro de trabajo
Muchas prensas hidráulicas pequeñas y medianas utilizan cilindros de trabajo de tipo pistón, como se muestra en la figura 1-13. Cuando las cámaras superior e inferior del cilindro de pistón admiten alternativamente fluido a alta presión, la carrera de trabajo y la carrera de retorno pueden realizarse sucesivamente sin necesidad de un cilindro de retorno separado.
1-Tanque de aceite
2-Válvula de rebose
Válvula de 3 vías
4-Válvula de mariposa
5-Cilindro hidráulico
6-Válvula de retención
7-Bomba
8-Motor
9-Depósito de combustible
El ciclo de trabajo de una prensa hidráulica incluye generalmente la parada, la carrera de llenado, la carrera de trabajo y la carrera de retorno. Las distintas carreras mencionadas se consiguen mediante la acción de varias válvulas funcionales del sistema de control hidráulico.
El sistema hidráulico de la prensa hidráulica incluye varias bombas de alta y baja presión, recipientes de alta y baja presión (depósitos de combustible, depósitos de llenado, acumuladores, etc.), válvulas y tuberías de conexión correspondientes. Sus métodos de transmisión pueden dividirse en accionamiento directo de la bomba y accionamiento bomba-acumulador.
El accionamiento directo de la bomba implica que la bomba suministra directamente fluido a alta presión al cilindro de trabajo de la prensa hidráulica y a otros dispositivos auxiliares. El sistema hidráulico más sencillo se muestra en la Figura 1-1-3, que se consigue mediante una válvula de corredera de tres posiciones y cuatro vías, a saber, la válvula direccional 3, para realizar diversas carreras.
La válvula direccional 3 está en posición de paso, la cámara inferior del cilindro hidráulico de pistón 5 está conectada al depósito de aceite a baja presión, el travesaño móvil desciende desde la posición de tope superior por su propio peso, el fluido de la cámara inferior se descarga de nuevo al depósito de aceite, y el fluido de trabajo suministrado por la bomba entra en la cámara superior del cilindro de pistón a través de la válvula direccional 3. Dado que la resistencia del travesaño móvil es muy pequeña en este momento, la bomba funciona a baja presión, principalmente para transportar el fluido de trabajo a la cámara superior del cilindro de pistón para compensar el volumen desocupado por el movimiento descendente del travesaño móvil, hasta que la matriz superior (yunque superior) entra en contacto con la pieza de trabajo, completando la carrera de llenado.
La válvula direccional 3 permanece en la posición de paso recto. Cuando el yunque superior entra en contacto con la pieza de trabajo, la resistencia aumenta, la velocidad descendente del travesaño móvil disminuye y la presión de salida de la bomba (comúnmente denominada presión en ingeniería, denominada presión a continuación a menos que se especifique lo contrario) aumenta en consecuencia. El fluido a alta presión entra en la cámara superior del cilindro del pistón y actúa sobre el pistón, aplicando presión a la pieza de trabajo a través del travesaño móvil, mientras que el fluido de la cámara inferior del cilindro del pistón sigue descargándose de vuelta al depósito de aceite.
La válvula direccional 3 se conmuta a la posición de comunicación cruzada, el líquido a alta presión entra en la cámara inferior del cilindro de pistón, impulsando el travesaño móvil hacia arriba, y el líquido de la cámara superior del cilindro de pistón se descarga de nuevo al depósito.
La válvula direccional 3 está en la posición media, el líquido en las cámaras superior e inferior del cilindro de pistón está sellado dentro del cilindro, el líquido en la cámara inferior soporta el peso de las partes móviles, deteniéndose en cualquier posición requerida, completando un ciclo de trabajo.
La transmisión por bomba y acumulador añade un acumulador al sistema hidráulico, cuya función principal es almacenar líquido a alta presión para igualar la carga de la bomba. Generalmente utiliza gas a alta presión para mantener la presión del fluido de trabajo.
Cuando la prensa hidráulica no necesita una gran cantidad de líquido a alta presión, como durante el retorno o la parada, el líquido a alta presión suministrado por la bomba puede almacenarse parcial o totalmente en el acumulador, y cuando la prensa hidráulica necesita una gran cantidad de líquido a alta presión, éste es suministrado tanto por la bomba como por el acumulador.
El diagrama esquemático del sistema de control hidráulico de la transmisión de la bomba y el acumulador se muestra en la Figura 1-1-4, que se consigue mediante un distribuidor de cuatro válvulas tipo balancín para varias carreras:
1, Válvula de 3 entradas
2, 4-Válvula de drenaje
Al inicio del ciclo de trabajo, la válvula de vaciado del cilindro de retorno 2 se abre, el travesaño móvil desciende por su propio peso desde la posición de tope superior y el fluido del cilindro de retorno se drena de nuevo al depósito de baja presión o depósito de carga.
La presión del fluido dentro del cilindro de trabajo disminuye, y debido al aire comprimido en (4～6)×10 5 Pa en la parte superior del tanque de carga, la válvula de carga es empujada a abrirse por la diferencia de presión entre el cilindro de trabajo y el tanque de carga. Bajo la acción del aire a baja presión o la gravedad, una gran cantidad de fluido fluye en el cilindro de trabajo, realizando la carrera de carga del travesaño móvil hacia abajo hasta que el yunque superior (molde superior) entra en contacto con la pieza de trabajo, el movimiento del travesaño móvil se detiene, y la diferencia de presión entre el cilindro de trabajo y el tanque de carga desaparece, la válvula de carga se cierra automáticamente bajo la acción del muelle.
Para garantizar una carrera de carga suave, hacia el final de la carrera de carga, la altura de apertura de la válvula de drenaje del cilindro de retorno debe reducirse para desacelerar el travesaño en movimiento y minimizar el impacto y la vibración.
Una vez finalizada la carrera de carga, la válvula de carga debe estar completamente cerrada, y el cilindro de retorno permanece a baja presión. Cuando se abre la válvula de entrada del cilindro de trabajo 3, el fluido a alta presión procedente de la bomba o acumulador de alta presión entra en el cilindro de trabajo a través de la cámara de la válvula de carga y actúa sobre el émbolo, aplicando presión a la pieza a través del travesaño móvil. En este momento, la válvula de vaciado del cilindro de retorno 2 continúa abierta para el vaciado.
Una vez finalizada la carrera de trabajo, la válvula de entrada del cilindro de trabajo 3 se cierra en primer lugar, seguida de la apertura de la válvula de drenaje del cilindro de trabajo 4, liberando la presión del fluido a alta presión en el cilindro de trabajo y las tuberías. A continuación, la válvula de drenaje del cilindro de retorno 2 se cierra, la válvula de entrada del cilindro de retorno 1 se abre, permitiendo que el fluido a alta presión pase a través del actuador de la válvula de carga, abriendo forzosamente la válvula de carga. El travesaño móvil se mueve hacia arriba bajo la acción del fluido a alta presión en el cilindro de retorno, forzando una gran cantidad de fluido en el cilindro de trabajo hacia el tanque de carga.
Cuando la viga móvil alcanza la posición de parada, la válvula de entrada de agua 1 del cilindro de retorno se cierra, en este momento la válvula de drenaje 2 del cilindro de retorno permanece cerrada, mientras que la válvula de drenaje 4 del cilindro de trabajo continúa abierta, el cilindro de trabajo todavía pasa baja presión, y la viga móvil es soportada por el líquido sellado en el cilindro de retorno, por lo que la viga móvil puede detenerse en cualquier posición de la carrera.
Durante el accionamiento directo de la bomba, la presión del líquido suministrado por la bomba cambia con la resistencia a la deformación de la pieza y no es constante. La velocidad de desplazamiento de la viga móvil depende del suministro de líquido de la bomba y es independiente de la resistencia a la deformación de la pieza.
Durante el accionamiento de la bomba y el acumulador, la presión del líquido suministrado por la bomba y el acumulador se mantiene dentro del intervalo de fluctuación de la presión del acumulador, que es de aproximadamente 10% a 15% de la presión máxima. La velocidad de la carrera de trabajo disminuye con el aumento de la resistencia a la deformación de la pieza.
A veces, para alimentar la prensa hidráulica con fluido de trabajo a mayor presión, se añade un reforzador entre el cilindro de trabajo y la válvula correspondiente. La estructura esquemática del booster se muestra en la Figura 1-1-5. El cilindro 1 y la viga inferior están fundidos como uno solo, formando un bastidor portante con la viga superior 6 a través de la columna 7.
1 cilindro
2, 3-Pistón hueco
4-Cilindro de retorno
5-Embolo de retorno
6-Viga superior
7 columnas
Viga móvil 8
El cilindro 1 contiene un émbolo hueco 2, que a su vez es el cilindro de trabajo para el émbolo hueco 3. Cuando el fluido a alta presión entra en el cilindro 1, empuja el émbolo hueco 2 hacia arriba, forzando la salida del fluido a presión del émbolo hueco 3. El retorno se consigue mediante el cilindro de retorno 4, y la relación de impulsión es el cuadrado de la relación de los diámetros de los émbolos grande y pequeño.
Las prensas hidráulicas utilizan principalmente dos tipos de medios de trabajo: las que utilizan emulsión se denominan generalmente prensas hidráulicas, y las que utilizan aceite se denominan prensas oleohidráulicas, denominadas colectivamente prensas hidráulicas.
La emulsión se elabora mezclando grasa emulsionada 2% y agua blanda 98%. Debe tener buenas propiedades anticorrosión y antioxidantes, y un cierto efecto lubricante. La emulsión es barata, no inflamable y no contamina fácilmente el lugar, por lo que se utiliza mucho en prensas hidráulicas con gran consumo de fluido y en las utilizadas para tratamiento térmico.
El fluido más utilizado en las prensas oleohidráulicas es el aceite hidráulico, aunque a veces se emplea aceite de turbina u otros tipos de aceite para máquinas. El aceite es mejor que la emulsión en cuanto a propiedades anticorrosivas, antioxidantes y de lubricación. El aceite tiene mayor viscosidad y es más fácil de sellar. Por ello, en los últimos años ha aumentado el uso del aceite como medio de trabajo, pero el aceite es inflamable, costoso y puede contaminar el lugar.
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