Como funciona uma prensa hidráulica? Um guia detalhado

Uma prensa hidráulica é uma máquina que utiliza líquido como meio de transferência de energia para realizar vários processos de forjamento.

A prensa hidráulica é fabricada de acordo com o princípio de Pascal e o seu princípio de funcionamento é apresentado na Figura 1-1-1. Duas cavidades fechadas, cheias de fluido de trabalho e com pistões, estão ligadas por tubos. Quando uma força P ₁ é aplicada no pequeno pistão 1, a pressão do líquido é p=P ₁ /A ₁ , em que A ₁ é a área da secção transversal do pistão 1.

1-Pistão pequeno
2-Pistão grande
3-Peça de trabalho

De acordo com o princípio de Pascal: Num recipiente fechado, a pressão do líquido é completamente igual em todas as direcções, e a pressão p será transmitida a todos os pontos no interior da cavidade, gerando assim uma força ascendente P ₂ no pistão grande 2, provocando a deformação da peça 3.

P₂=P₁ A₂/A₁

Onde A ₂ refere-se à área da secção transversal do pistão 2.

A prensa hidráulica é geralmente constituído por duas partes: o corpo (estrutura principal) e o sistema hidráulico.

A estrutura mais comum do corpo de uma prensa hidráulica é mostrada na Figura 1-1-2. É constituído por uma viga transversal superior 1, uma viga transversal inferior 3, quatro colunas 2 e 16 porcas internas e externas que formam uma estrutura fechada, que suporta toda a carga de trabalho. O cilindro de trabalho 9 está fixado na travessa superior 1 e contém um pistão de trabalho 8, que está ligado à travessa móvel 7. A travessa móvel é guiada por quatro colunas e alterna entre as travessas superior e inferior. A superfície inferior da travessa móvel é geralmente fixada com uma matriz superior (bigorna superior), enquanto a matriz inferior (bigorna inferior) é fixada na mesa de trabalho da travessa inferior 3.

Quando o fluido de alta pressão entra no cilindro de trabalho e actua no êmbolo de trabalho, é gerada uma grande força, empurrando o êmbolo, a viga transversal móvel e o molde superior para baixo, causando a deformação plástica da peça 5 entre os moldes superior e inferior. O cilindro de retorno 4 é fixado na viga transversal inferior e, durante o retorno, o cilindro de trabalho passa o fluido de baixa pressão, o fluido de alta pressão entra no cilindro de retorno, empurrando o êmbolo de retorno 6 e a viga transversal móvel para cima, retornando à posição original, completando um ciclo de trabalho.

1-Viga superior
2-Coluna
3-Viga transversal inferior
4-Cilindro de retorno
5-Peça de trabalho
6-Embolo de retorno
7-Viga transversal móvel
8-Embolo de funcionamento
9-Cilindro de trabalho

Muitas prensas hidráulicas de pequena e média dimensão utilizam cilindros de trabalho do tipo pistão, como se mostra na Figura 1-13. Quando as câmaras superior e inferior do cilindro de pistão admitem alternadamente fluido a alta pressão, o curso de trabalho e o curso de retorno podem ser alcançados sucessivamente sem a necessidade de um cilindro de retorno separado.

1-Tanque de óleo
2-Válvula de transbordo
Válvula 3-Direcional
4-Válvula do acelerador
5-Cilindro hidráulico
6-Válvula de retenção
7-Bomba
8-Motor
9-Tanque de combustível

O ciclo de trabalho de uma prensa hidráulica inclui geralmente paragem, curso de enchimento, curso de trabalho e curso de retorno. Os diferentes cursos mencionados são alcançados através da ação de várias válvulas funcionais no sistema de controlo hidráulico.

O sistema hidráulico da prensa hidráulica inclui várias bombas de alta e baixa pressão, recipientes de alta e baixa pressão (depósitos de combustível, depósitos de enchimento, acumuladores, etc.), válvulas e tubagens de ligação correspondentes. Os seus métodos de transmissão podem ser divididos em acionamento direto da bomba e acionamento da bomba-acumulador.

1. Acionamento direto da bomba

O acionamento direto da bomba envolve o fornecimento direto de fluido a alta pressão pela bomba ao cilindro de trabalho da prensa hidráulica e a outros dispositivos auxiliares. O sistema hidráulico mais simples é mostrado na Figura 1-1-3, o que é conseguido através de uma válvula deslizante de três posições e quatro vias, nomeadamente a válvula direcional 3, para realizar vários cursos.

(1) Curso de enchimento

A válvula direcional 3 está na posição de passagem direta, a câmara inferior do cilindro hidráulico de tipo pistão 5 está ligada ao reservatório de óleo de baixa pressão, a travessa móvel desce da posição de paragem superior pelo seu próprio peso, o fluido na câmara inferior é descarregado de volta para o reservatório de óleo, e o fluido de trabalho fornecido pela bomba entra na câmara superior do cilindro de pistão através da válvula direcional 3. Uma vez que a resistência da viga transversal móvel é muito pequena neste momento, a bomba trabalha a baixa pressão, principalmente para transportar o fluido de trabalho para a câmara superior do cilindro do pistão para compensar o volume desocupado pelo movimento descendente da viga transversal móvel, até que a matriz superior (bigorna superior) entre em contacto com a peça de trabalho, completando o curso de enchimento.

(2) Curso de trabalho

A válvula direcional 3 permanece na posição de passagem direta. Quando a bigorna superior entra em contacto com a peça de trabalho, a resistência aumenta, a velocidade de descida da viga em movimento abranda e a pressão de saída da bomba (normalmente referida como pressão em engenharia, referida como pressão abaixo, salvo indicação em contrário) aumenta em conformidade. O fluido a alta pressão entra na câmara superior do cilindro do pistão e actua sobre o pistão, aplicando pressão na peça de trabalho através da viga móvel, enquanto o fluido na câmara inferior do cilindro do pistão continua a ser descarregado de volta para o tanque de óleo.

(3) Curso de retorno

A válvula direcional 3 é comutada para a posição de comunicação cruzada, o líquido de alta pressão entra na câmara inferior do cilindro de pistão, conduzindo a viga transversal móvel para cima, e o líquido na câmara superior do cilindro de pistão é descarregado de volta para o tanque.

(4) Parar

A válvula direcional 3 está na posição intermédia, o líquido nas câmaras superior e inferior do cilindro de pistão é selado dentro do cilindro, o líquido na câmara inferior suporta o peso das partes móveis, parando em qualquer posição necessária, completando um ciclo de trabalho.

2. Bomba e acumulador Transmissão

A transmissão por bomba e acumulador acrescenta um acumulador ao sistema hidráulico, cuja principal função é armazenar líquido a alta pressão para equilibrar a carga da bomba. Geralmente, utiliza gás de alta pressão para manter a pressão do fluido de trabalho.

Quando a prensa hidráulica não necessita de uma grande quantidade de líquido a alta pressão, como durante o retorno ou a paragem, o líquido a alta pressão fornecido pela bomba pode ser parcial ou totalmente armazenado no acumulador, e quando a prensa hidráulica necessita de uma grande quantidade de líquido a alta pressão, este é fornecido tanto pela bomba como pelo acumulador.

O diagrama esquemático do sistema de controlo hidráulico da transmissão da bomba e do acumulador é mostrado na Figura 1-1-4, que é conseguido através de um distribuidor de quatro válvulas do tipo balancim para vários cursos:

1, Válvula de 3 entradas
2, 4-Válvula de drenagem

(1) Curso de carregamento

No início do ciclo de trabalho, a válvula de drenagem do cilindro de retorno 2 abre-se, a travessa móvel desce pelo seu próprio peso da posição de paragem superior e o fluido no cilindro de retorno é drenado de volta para o tanque de baixa pressão ou tanque de carga.

A pressão do fluido no interior do cilindro de trabalho diminui, e devido ao ar comprimido a (4～6)×10 ⁵ Pa na parte superior do tanque de carga, a válvula de carga é aberta pela diferença de pressão entre o cilindro de trabalho e o tanque de carga. Sob a ação do ar de baixa pressão ou da gravidade, uma grande quantidade de fluido flui para o cilindro de trabalho, realizando o curso de carga da viga transversal móvel para baixo até que a bigorna superior (molde superior) entre em contacto com a peça de trabalho, o movimento da viga móvel pára, e a diferença de pressão entre o cilindro de trabalho e o tanque de carga desaparece, a válvula de carga fecha automaticamente sob a ação da mola.

Para assegurar um curso de carga suave, perto do fim do curso de carga, a altura de abertura da válvula de drenagem do cilindro de retorno deve ser reduzida para desacelerar a viga transversal em movimento e minimizar o impacto e a vibração.

(2) Curso de trabalho

Após o fim do curso de carga, a válvula de carga deve estar completamente fechada, e o cilindro de retorno permanece a baixa pressão. Quando a válvula de entrada do cilindro de trabalho 3 abre, o fluido de alta pressão da bomba de alta pressão ou do acumulador entra no cilindro de trabalho através da câmara da válvula de carga e actua no êmbolo, aplicando pressão na peça de trabalho através da viga transversal em movimento. Nesta altura, a válvula de drenagem do cilindro de retorno 2 continua aberta para drenagem.

(3) Curso de retorno

Após o fim do curso de trabalho, a válvula de entrada do cilindro de trabalho 3 fecha primeiro, seguida da abertura da válvula de drenagem do cilindro de trabalho 4, libertando a pressão do fluido de alta pressão no cilindro de trabalho e nos tubos. Em seguida, a válvula de drenagem do cilindro de retorno 2 fecha, a válvula de entrada do cilindro de retorno 1 abre, permitindo que o fluido de alta pressão passe através do atuador da válvula de carga, abrindo forçosamente a válvula de carga. A viga transversal móvel move-se para cima sob a ação do fluido de alta pressão no cilindro de retorno, forçando uma grande quantidade de fluido no cilindro de trabalho para o tanque de carga.

(4) Parar (Suspenso)

Quando o feixe móvel atinge a posição de paragem, a válvula de entrada de água 1 do cilindro de retorno fecha, neste momento a válvula de drenagem 2 do cilindro de retorno permanece fechada, enquanto a válvula de drenagem 4 do cilindro de trabalho continua a abrir, o cilindro de trabalho ainda passa a baixa pressão, e o feixe móvel é suportado pelo líquido selado no cilindro de retorno, pelo que o feixe móvel pode parar em qualquer posição do curso.

Durante o acionamento direto da bomba, a pressão do líquido fornecido pela bomba varia com a resistência à deformação da peça e não é constante. A velocidade de deslocação da viga móvel depende do fornecimento de líquido pela bomba e é independente da resistência à deformação da peça.

Durante o acionamento da bomba e do acumulador, a pressão do líquido fornecido pela bomba e pelo acumulador é mantida dentro do intervalo de flutuação da pressão do acumulador, que é de cerca de 10% a 15% da pressão máxima. A velocidade do curso de trabalho diminui com o aumento da resistência à deformação da peça de trabalho.

Por vezes, para abastecer a prensa hidráulica com fluido de trabalho de pressão mais elevada, é adicionado um reforço entre o cilindro de trabalho e a válvula correspondente. A estrutura esquemática do reforço é mostrada na Figura 1-1-5. O cilindro 1 e a viga inferior são fundidos como um só, formando uma estrutura de suporte de carga com a viga superior 6 através da coluna 7.

1 cilindro
2, 3-Embolo oco
4-Cilindro de retorno
5-Embolo de retorno
6-Viga superior
7-Coluna
8-Viga móvel

O cilindro 1 contém um êmbolo oco 2, que por sua vez é o cilindro de trabalho do êmbolo oco 3. Quando o fluido a alta pressão entra no cilindro 1, empurra o êmbolo oco 2 para cima, forçando o fluido pressurizado a sair do êmbolo oco 3. O retorno é efectuado pelo cilindro de retorno 4 e a relação de impulso é o quadrado da relação entre os diâmetros dos êmbolos grande e pequeno.

As prensas hidráulicas utilizam essencialmente dois tipos de meios de trabalho: as que utilizam emulsão são geralmente designadas por prensas hidráulicas e as que utilizam óleo são designadas por prensas hidráulicas a óleo, designadas coletivamente por prensas hidráulicas.

A emulsão é feita através da mistura de 2% de gordura emulsionada e 98% de água macia. Deve ter boas propriedades anti-corrosão e anti-ferrugem, e um certo efeito lubrificante. A emulsão é pouco dispendiosa, não é inflamável e não contamina facilmente o local, pelo que é muito utilizada em prensas hidráulicas com grande consumo de fluido e nas prensas utilizadas para processamento térmico.

O fluido mais utilizado nas prensas hidráulicas a óleo é o óleo hidráulico, embora por vezes seja utilizado óleo de turbina ou outros tipos de óleo de máquina. O óleo é melhor do que a emulsão em termos de propriedades anti-corrosão, anti-ferrugem e de lubrificação. O óleo tem uma viscosidade mais elevada e é mais fácil de vedar. Por conseguinte, nos últimos anos, a utilização de óleo como meio de trabalho tem vindo a aumentar, mas o óleo é inflamável, dispendioso e pode contaminar o local.