Como funciona uma prensa hidráulica? Um guia detalhado

Uma prensa hidráulica é uma máquina que usa 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 seu princípio de funcionamento é mostrado na Figura 1-1-1. Duas cavidades fechadas preenchidas com fluido de trabalho e com pistões são conectadas por tubos. Quando uma força P ₁ é aplicada no pistão pequeno 1, a pressão do líquido é p=P ₁ /A ₁ , onde A ₁ é a área da seção transversal do pistão 1.

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

De acordo com o princípio de Pascal: em um recipiente vedado, a pressão do líquido é completamente igual em todas as direções, e a pressão p será transmitida a todos os pontos dentro da cavidade, gerando assim uma força ascendente P ₂ no pistão grande 2, fazendo com que a peça de trabalho 3 se deforme.

P₂=P₁ A₂/A₁

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

A prensa hidráulica geralmente consiste em duas partes: o corpo (mainframe) e o sistema hidráulico.

A estrutura mais comum de um corpo de prensa hidráulica é mostrada na Figura 1-1-2. Ela consiste em uma viga transversal superior 1, uma viga transversal inferior 3, quatro colunas 2 e 16 porcas internas e externas formando uma estrutura fechada, que suporta toda a carga de trabalho. O cilindro de trabalho 9 é fixado na viga transversal superior 1 e contém um pistão de trabalho 8, que é conectado à viga transversal móvel 7. A travessa móvel é guiada por quatro colunas e alterna entre as travessas superior e inferior. A superfície inferior da travessa móvel geralmente é 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 atua no êmbolo de trabalho, uma grande força é gerada, empurrando o êmbolo, a viga transversal móvel e o molde superior para baixo, causando a deformação plástica da peça de trabalho 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 transversal superior
2 colunas
3-Viga transversal inferior
Cilindro de 4 retornos
5-Peça de trabalho
6-Embolo de retorno
7-Viga transversal móvel
8-Embolo em funcionamento
9-Cilindro de trabalho

Muitas prensas hidráulicas de pequeno e médio porte usam cilindros de trabalho do tipo pistão, conforme mostrado na Figura 1-13. Quando as câmaras superior e inferior do cilindro de pistão admitem alternadamente fluido de 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 transbordamento
Válvula tridirecional
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 geralmente inclui parada, curso de enchimento, curso de trabalho e curso de retorno. Os diferentes cursos mencionados são obtidos pela ação de várias válvulas funcionais no sistema de controle hidráulico.

O sistema hidráulico da prensa hidráulica inclui várias bombas de alta e baixa pressão, recipientes de alta e baixa pressão (tanques de combustível, tanques de enchimento, acumuladores etc.), válvulas e tubos de conexão correspondentes. 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 a bomba que fornece diretamente fluido de alta pressão ao cilindro de trabalho da prensa hidráulica e a outros dispositivos auxiliares. O sistema hidráulico mais simples é mostrado na Figura 1-1-3, que é obtido por meio de uma válvula deslizante de três posições e quatro vias, ou seja, a válvula direcional 3, para realizar vários cursos.

(1) Curso de enchimento

A válvula direcional 3 está na posição reta, a câmara inferior do cilindro hidráulico do tipo pistão 5 está conectada ao tanque de óleo de baixa pressão, a viga transversal móvel desce da posição de parada superior por seu próprio peso, o fluido na câmara inferior é descarregado de volta para o tanque de óleo e o fluido de trabalho fornecido pela bomba entra na câmara superior do cilindro do pistão por meio da válvula direcional 3. Como a resistência da viga transversal móvel é muito pequena nesse momento, a bomba trabalha sob 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 contato 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 contato com a peça de trabalho, a resistência aumenta, a velocidade de descida da viga móvel diminui e a pressão de saída da bomba (comumente chamada de pressão em engenharia, referida como pressão abaixo, a menos que especificado de outra forma) aumenta de acordo. O fluido de alta pressão entra na câmara superior do cilindro do pistão e atua no pistão, aplicando pressão à peça de trabalho por meio da viga transversal 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 do pistão, impulsionando a viga transversal móvel para cima, e o líquido na câmara superior do cilindro do pistão é descarregado de volta para o tanque.

(4) Parar

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

2. Transmissão da bomba e do acumulador

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

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

O diagrama esquemático do sistema de controle hidráulico para a transmissão da bomba e do acumulador é mostrado na Figura 1-1-4, que é obtido por meio 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 se abre, a viga transversal móvel desce com seu próprio peso da posição de parada superior e o fluido no cilindro de retorno é drenado de volta para o tanque de baixa pressão ou para o tanque de carga.

A pressão do fluido dentro 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 dentro do cilindro de trabalho, realizando o curso de carga da viga transversal móvel para baixo até que a bigorna superior (molde superior) entre em contato com a peça de trabalho, o movimento da viga móvel pare e a diferença de pressão entre o cilindro de trabalho e o tanque de carga desapareça, a válvula de carga se feche automaticamente sob a ação da mola.

Para garantir um curso de carga suave, próximo ao final 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 término do curso de carga, a válvula de carga deve estar completamente fechada e o cilindro de retorno permanece com baixa pressão. Quando a válvula de entrada do cilindro de trabalho 3 se abre, o fluido de alta pressão da bomba de alta pressão ou do acumulador entra no cilindro de trabalho por meio da câmara da válvula de carga e atua no êmbolo, aplicando pressão à peça de trabalho por meio da viga transversal móvel. Nesse momento, a válvula de drenagem do cilindro de retorno 2 continua aberta para drenagem.

(3) Curso de retorno

Depois que o curso de trabalho termina, a válvula de entrada do cilindro de trabalho 3 fecha primeiro, seguida pela abertura da válvula de drenagem do cilindro de trabalho 4, liberando 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 se fecha e a válvula de entrada do cilindro de retorno 1 se abre, permitindo que o fluido de alta pressão passe pelo atuador da válvula de carga, forçando a abertura da válvula de carga. A viga transversal móvel se move para cima sob a ação do fluido de alta pressão no cilindro de retorno, forçando uma grande quantidade de fluido do cilindro de trabalho para o tanque de carga.

(4) Parar (Suspenso)

Quando a viga móvel atinge a posição de parada, a válvula de entrada de água 1 do cilindro de retorno se fecha; nesse momento, a válvula de drenagem 2 do cilindro de retorno permanece fechada, enquanto a válvula de drenagem 4 do cilindro de trabalho continua aberta; o cilindro de trabalho ainda passa por baixa pressão, e a viga móvel é sustentada pelo líquido vedado no cilindro de retorno, de modo que a viga móvel pode parar em qualquer posição do curso.

Durante o acionamento direto da bomba, a pressão do líquido fornecida pela bomba muda com a resistência à deformação da peça de trabalho e não é constante. A velocidade de deslocamento do feixe móvel depende do suprimento de líquido da bomba e é independente da resistência à deformação da peça de trabalho.

Durante o acionamento da bomba e do acumulador, a pressão do líquido fornecido pela bomba e pelo acumulador é mantida dentro da faixa 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.

Às vezes, para abastecer a prensa hidráulica com fluido de trabalho de pressão mais alta, um booster é adicionado entre o cilindro de trabalho e a válvula correspondente. A estrutura esquemática do booster 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 por meio da coluna 7.

1 cilindro
2, 3 - êmbolo oco
Cilindro de 4 retornos
5-Embolo de retorno
6-Feixe superior
7 colunas
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 de alta pressão entra no cilindro 1, ele empurra o êmbolo oco 2 para cima, forçando o fluido pressurizado a sair do êmbolo oco 3. O retorno é feito 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 usam principalmente dois tipos de meios de trabalho: as que usam emulsão são geralmente chamadas de prensas hidráulicas e as que usam óleo são chamadas de prensas hidráulicas de óleo, coletivamente chamadas de prensas hidráulicas.

A emulsão é feita pela mistura de gordura emulsificada 2% e água mole 98%. Ela deve ter boas propriedades anticorrosivas e antiferrugem, além de um certo efeito lubrificante. A emulsão é barata, não inflamável e não contamina facilmente o local, por isso é muito usada em prensas hidráulicas com grande consumo de fluido e naquelas usadas para processamento térmico.

O fluido mais usado em prensas hidráulicas a óleo é o óleo hidráulico, embora às vezes seja usado óleo de turbina ou outros tipos de óleo de máquina. O óleo é melhor do que a emulsão em termos de propriedades anticorrosivas, antiferrugem e de lubrificação. O óleo tem uma viscosidade maior e é mais fácil de vedar. Portanto, nos últimos anos, o uso de óleo como meio de trabalho tem aumentado, mas o óleo é inflamável, caro e pode contaminar o local.