Opciones hidráulicas para alta

Algunas tecnologías de ensamblaje evolucionan demasiado rápido o demasiado lento, mientras que otras cambian a un ritmo adecuado. Según algunos proveedores, las prensas hidráulicas pertenecen a esta última categoría, lo cual es bueno.

"El mayor área de crecimiento para la tecnología de prensas hidráulicas reside en el sistema de controles", señala Josh Dixon, director de ventas y marketing de Beckwood Press Co. "Los fabricantes de automóviles, aeroespaciales y médicos quieren y necesitan avances en el control del operador y la adquisición de datos de la prensa. , seguimiento de procesos, control de calidad y programación de mantenimiento. Estos beneficios complementan muy bien la capacidad de la prensa hidráulica para generar una gran fuerza en un área pequeña y de manera uniforme a lo largo de toda la carrera”.

Todas estas capacidades son importantes para las empresas con aplicaciones de prensado hidráulico, especialmente aquellas que requieren 10 toneladas o más de fuerza. Beckwood diseña prensas hidráulicas y de otro tipo desde 1976, incluidas máquinas que superan las 5000 toneladas de fuerza.

Un usuario habitual de una prensa Beckwood de alta fuerza es Fike Corp., un proveedor global de dispositivos de protección contra incendios, alivio de presión, protección contra sobrepresión y activación de presión. Actualmente, Fike opera cinco máquinas Beckwood, incluida una prensa guiada por gib de 2500 toneladas que cuenta con una certificación de laboratorio de pruebas de terceros de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos. El acero inoxidable es el material más común utilizado para estos productos, pero Fike también utiliza otras aleaciones de alto rendimiento según las necesidades de rendimiento, como resistencia a la corrosión, ciclo de vida y temperatura.

Debido a que los productos de Fike se utilizan para la seguridad humana, requieren alta exactitud y precisión. A la empresa le gusta que la precisión de la presión y la fuerza en la prensa de 2500 toneladas se pueda controlar dentro de ±1 por ciento, y la posición se pueda controlar dentro de ±0,002 pulgadas.

Además de las hidráulicas, otros dos tipos de prensas son igualmente populares para aplicaciones de alta fuerza. Las prensas hidroneumáticas combinan la velocidad, eficiencia y bajo coste de las prensas neumáticas con la fuerza de salida de las prensas hidráulicas. Los cilindros neumohidráulicos, que están integrados en las prensas, funcionan con aire comprimido y convierten la energía neumática en energía hidráulica.

Los tres tipos no solo son lo suficientemente potentes como para usarse de manera confiable en procesos como ajuste a presión, remachado, engarzado, estampado, remachado, remachado por impacto, abocardado y punzonado. También son lo suficientemente versátiles como para enfrentar cualquier desafío de alta fuerza que los fabricantes enfrentan a diario.

Las prensas hidráulicas se utilizan en las líneas de montaje desde hace mucho tiempo. Desde que Joseph Bramah patentó la primera prensa hidráulica en 1795, ha ensamblado productos para industrias tan diversas como electrodomésticos, sistemas ferroviarios, transporte marítimo, automoción, aeroespacial, agricultura, almacenamiento de energía y electrónica de consumo.

Una prensa hidráulica cuenta con una unidad de potencia hidráulica accionada eléctricamente y un cilindro hidráulico que mueve el ariete de la prensa. La fuerza máxima está determinada por el tamaño del cilindro y la presión de funcionamiento. La fuerza de presión es constante en todo el rango de carrera y la carrera es suave porque el aceite hidráulico no es comprimible. La velocidad del ariete está limitada por las restricciones de flujo y volumen de aceite del circuito y paquete de energía hidráulica.

Tradicionalmente, los fabricantes han seleccionado prensas hidráulicas para aplicaciones de alta fuerza que requieren una configuración y cambio rápidos y un prensado muy repetitivo. Sin embargo, en los últimos años, estas prensas han evolucionado y ahora ofrecen dispositivos avanzados de control y detección, además de sellos, bombas, mangueras y acoplamientos mejorados que aumentan la confiabilidad y minimizan las fugas y el mantenimiento.

"Los sistemas hidráulicos grandes se pueden configurar con una bomba central que alimenta varios cilindros o prensas", señala Troy Waldherr, gerente de ventas en Norteamérica de TOX-Pressotechnik LLC. “Por ejemplo, se pueden colocar tres prensas de 10 toneladas en fila y accionarlas simultáneamente para engarzar algo que necesita una gran fuerza, como un extremo de una manguera sobre una manguera o un casquillo. La clave es asegurarse de que el sistema tenga la bomba hidráulica y el depósito del tamaño correcto”.

Una prensa hidráulica puede estar equipada con un cilindro grande capaz de generar miles de toneladas de fuerza. Waldherr dice que los proveedores de Nivel 1 utilizan regularmente prensas que generan hasta 3.000 toneladas de fuerza para estampar láminas de metal en piezas grandes e impecables.

La desventaja es que las prensas hidráulicas no son muy eficientes energéticamente ni son adecuadas para aplicaciones, como el ensamblaje de dispositivos médicos, que no toleran la contaminación del fluido hidráulico. Estas prensas son menos precisas que otras tecnologías de prensa. A menudo se necesitan paradas bruscas para controlar la posición del ariete.

Además, las prensas hacen ruido, inevitablemente tienen fugas y requieren un mantenimiento que puede resultar algo costoso debido a la complejidad del sistema. Las prensas también requieren el uso de dispositivos para monitorear la presión y la eficiencia del aceite, y su unidad de energía hidráulica genera una buena cantidad de calor.

Beckwood fabrica prensas hidráulicas estándar y personalizadas, incluida la serie DJ de prensas de mesa con capacidades de hasta 55 toneladas. Los usuarios finales son fabricantes de las industrias aeroespacial, automotriz, de equipos de construcción, electrónica, maquinaria pesada, dispositivos médicos, plásticos, iluminación, transporte, gestión de residuos y minería.

Las prensas están diseñadas para aplicaciones de ensamblaje, punzonado, recorte, corte, sujeción, engarzado, unión y estampado. Vienen en configuraciones tradicionales y únicas, que incluyen dos y cuatro postes, guiadas por gib, marco en C, postes múltiples, de acción lateral e inclinables.

En 2015, Beckwood construyó una prensa personalizada de 50 toneladas para que un proveedor de nivel 1 insertara rodamientos en una pieza grande. El tiempo de ciclo de la máquina varía de 4 a 5 segundos, con 30 segundos adicionales para que el operador retire una pieza terminada e inserte una sin terminar.

"La prensa cuenta con un controlador de movimiento de alta velocidad que garantiza una precisión de ±0,002 pulgadas, en comparación con ±0,04 pulgadas de la prensa anterior", explica Dixon. “Nuestra prensa también tiene una función de inspección de calidad incorporada que indica si la pieza se encuentra dentro de las especificaciones requeridas. Dependiendo del resultado, 'Go' o 'No Go' parpadea en la HMI”.

Greenerd Press & Machine Co. Inc. lleva varias décadas diseñando y construyendo prensas hidráulicas personalizadas. En 2014, Greenerd desarrolló una prensa de 100 toneladas para que una empresa aeroespacial uniera pilas de material compuesto infundido con resina.

La prensa ofrece una fuerza ajustable de 0,4 a 100 toneladas, en incrementos de 0,1 toneladas. También cuenta con una carrera ajustable hasta un máximo de 14 pulgadas, un motor de 10 hp y una HMI de control de prensa electrónica Panelview de 10,5 pulgadas.

Una variación de la prensa neumática, la prensa hidroneumática o de aire sobre aceite, utiliza energía neumática e hidráulica para impulsar el ariete. La prensa consta de un cilindro hidráulico, un intensificador de aire sobre aceite y un depósito de aceite.

Al activarse, una prensa hidroneumática es accionada inicialmente únicamente por aire comprimido. En esta etapa, conocida como aproximación rápida, el ariete desciende rápidamente con poca fuerza. Cuando se encuentra resistencia, el intensificador se activa automáticamente mediante una válvula de control direccional, la energía hidráulica toma el control y se aplica toda la fuerza de la prensa. Al final del ciclo, el ariete se retrae rápidamente.

Para aplicaciones de alta fuerza que requieren carreras de potencia cortas, una prensa hidroneumática puede ser más rentable que una prensa neumática. Sin embargo, ocurre lo contrario para aplicaciones de alta fuerza que requieren carreras de potencia de 2 pulgadas o más. Normalmente, la carrera de potencia de una prensa hidroneumática es aproximadamente una quinta parte de la carrera total. Algunos sistemas de diseño dividido pueden lograr carreras de potencia de más de 4 pulgadas.

Otro beneficio de las prensas hidroneumáticas es que requieren sistemas de tuberías y componentes menos costosos porque el aire comprimido es su principal fuente de energía. Una cámara dentro del cilindro hidráulico contiene una cantidad preestablecida de líquido, lo que elimina la necesidad de rellenarlo.

Las prensas hidroneumáticas son más ligeras, compactas y energéticamente más eficientes que las prensas hidráulicas. La desventaja es que las prensas hidroneumáticas cuestan más por adelantado y no son tan precisas como las prensas neumáticas.

"Independientemente de qué prensa o cilindro hidroneumático se utilice, es una buena práctica utilizar siempre una guía secundaria en las herramientas para proteger el vástago del cilindro contra la carga lateral", señala Dave Zabrosky, gerente de ventas en Norteamérica de Schmidt Technology Corp. "Sin esto Como guía, el único casquillo por donde sobresale el ariete se desgastará con el tiempo, permitiendo que el aceite entre en la cámara de aire”.

Los fabricantes de muchas industrias utilizan prensas equipadas con cilindros hidroneumáticos HyperCyl de Aries Engineering Inc. Disponibles en seis series, estos cilindros autónomos generan hasta 200 toneladas de fuerza de salida utilizando aire comprimido de 100 psi. El cilindro de 200 toneladas presenta un diámetro interior de 12 pulgadas y paredes de 1 pulgada de espesor.

Los cilindros funcionan de manera limpia y silenciosa y cuentan con sellos clasificados para 20 millones de ciclos antes del reemplazo recomendado. La velocidad del cilindro es de hasta 12 pulgadas por segundo en aproximación rápida y 2 pulgadas por segundo bajo alta presión. El monitoreo de la distancia de fuerza se realiza mediante el sistema IntelliCyl que cuenta con un transductor lineal y una celda de carga.

"Los mayores usuarios de nuestros cilindros son los fabricantes de automóviles, electrodomésticos y municiones para el departamento de defensa", explica Mike Brieschke, vicepresidente de ventas de Aries. “Las aplicaciones automotrices incluyen la inserción de tuercas SPAC, perforación de fascias de acero y plástico, junto con casquillos y conjuntos de rótulas. En el caso de los electrodomésticos, los cilindros perforan orificios en los recipientes del lavavajillas para insertar los cojinetes. En cuanto a las municiones, ayudamos a ensamblar más de 2 mil millones de municiones al año”.

Una aplicación de un cliente automotriz implica el uso de un cilindro HyperCyl en una prensa de 10-10 para insertar dos casquillos en una carcasa de aluminio. Después de que el ariete instala el casquillo uno, el ariete se retrae y el herramental superior recibe el casquillo dos, que luego se inserta de la misma manera. Cada casquillo se inserta por separado para obtener datos individuales de fuerza y ​​distancia que se pueden utilizar para la trazabilidad.

Si cualquiera de los casquillos no pasa la inspección de inserción, la carcasa se expulsa automáticamente a un contenedor de desechos. Sin embargo, si ambos casquillos pasan la inspección automatizada, la carcasa se traslada a la estación de grabado láser para fecharla y serializarla. Luego se devuelve a la estación de instalación de casquillos para su extracción manual. El tiempo total del ciclo es de 24 segundos.

Esta primavera, Aries presentará una nueva serie de cilindros, llamados HPX, que son lo suficientemente compactos para diversas aplicaciones de alta fuerza que normalmente se realizan en una prensa hidráulica. Brieschke dice que los cilindros tienen un perfil más pequeño que los modelos anteriores, una carrera total de hasta 28 pulgadas y una carrera de potencia de hasta 2 pulgadas (modelos estándar) o 6 pulgadas (no estándar). La capacidad de fuerza es de 30 toneladas.

SCHMIDT Technology ofrece numerosas prensas hidroneumáticas modulares, algunas de las cuales tienen una fuerza de prensado máxima de 25 toneladas. Cuando se utilizan con el control de prensa 75 (básico) o 600 (monitoreo de proceso) de la empresa, las prensas se consideran estaciones de trabajo con homologación CE y conformidad CE en Europa. Estas prensas se pueden utilizar en ciclo único o en modo automático, afirma Zabrosky.

Las prensas funcionan silenciosamente (menos de 75 decibelios) y garantizan un posicionamiento preciso de la herramienta debido a la alineación precisa entre el orificio del ariete y la mesa de la prensa rectificada. El preselector de fuerza de salida permite a los operadores reducir la presión para la carrera de potencia a 15,4 psi y la fuerza de presión nominal a un sexto de la fuerza máxima. Las posiciones finales del ariete se detectan mediante interruptores de proximidad inductivos.

La profundidad de la garganta de la prensa es de 5,16 a 7,28 pulgadas y la altura de trabajo es de 2,36 a 23,62 pulgadas. Zabrosky dice que el cilindro de la prensa no tiene resorte de compresión mecánico, lo que resulta en una vida útil más larga.

Las prensas neumohidráulicas y las hidroneumáticas son tecnologías muy diferentes, afirma Waldherr. Los cilindros neumohidráulicos, como el tipo Powerpackage fabricado por TOX, convierten la energía del aire en energía del aceite y cuentan con sellos especiales que mantienen el aire y el aceite completamente separados. Por el contrario, los cilindros hidroneumáticos de aire sobre aceite utilizan aire y luego energía hidráulica. Debido a que el aire presiona directamente el aceite, el aire puede filtrarse hacia el aceite, lo que produce un efecto esponjoso cuando las burbujas de aire se comprimen durante el prensado.

Dentro del cilindro TOX-Powerpackage hay dos pistones (de trabajo e intensificador de doble guía) controlados por dos válvulas (control principal y carrera de potencia integrada). Una vez que se activa la válvula principal, el pistón de trabajo se extiende a alta velocidad durante una aproximación rápida hasta que encuentra resistencia.

En este punto, el pistón de trabajo se detiene y la válvula de carrera de potencia se activa automáticamente para que el aire fluya hacia la cámara intensificadora. Después de que se cierra una cámara de alta presión entre los pistones, el pistón intensificador aumenta la presión del aceite en la cámara intensificadora hasta 400 bar. Esta presión actúa sobre la parte trasera del pistón de trabajo y genera la carrera de potencia.

Una vez completado el ciclo, la válvula de control principal se apaga y la válvula de carrera de potencia ventila automáticamente la cámara intensificadora. El pistón intensificador vuelve a su lugar mediante la fuerza del resorte y el pistón de trabajo regresa neumáticamente a su posición original.

Según Waldherr, los cilindros funcionan limpiamente y sólo necesitan un pequeño porcentaje del aceite hidráulico utilizado por una prensa hidráulica pura para crear una fuerza comparable. Por ejemplo, el cilindro TOX puede utilizar de 12 a 16 onzas para una aplicación de prensa de 10 toneladas, en comparación con aproximadamente 1,5 galones (192 onzas) o más para una prensa hidráulica.

Hay cinco series de cilindros disponibles, algunos de los cuales permiten a los operadores controlar la posición del ariete con una precisión de ±40 micrones. Los cilindros también cuentan con amortiguación en las posiciones finales de la carrera de retorno. Esto es especialmente útil para aplicaciones que implican herramientas pesadas y altas velocidades de retracción.

Las capacidades de fuerza máxima, carrera total y carrera de potencia de cada serie de cilindros son las siguientes. Serie RP: 160 kilonewtons, 32 milímetros y 6 milímetros; Serie Q: 300 kilonewtons, 200 milímetros y 52 milímetros; Serie X: 1.700 kilonewtons, 400 milímetros y 69 milímetros; Serie S: 1.740 kilonewtons, 400 milímetros y 80 milímetros; Serie X-KT: 2.000 kilonewtons, 400 milímetros y más de 100 milímetros.

"Los usuarios habituales de los cilindros incluyen fabricantes de automóviles, aeroespaciales, médicos, electrónicos y de electrodomésticos", dice Waldherr. “Para el sector médico, los usuarios finales prensan diversas piezas, instrumentos y prótesis, tanto de metal con metal como de metal con plástico. En el sector aeroespacial, los cilindros se remachan mucho en diferentes secciones del avión”.

Hace un par de años, TOX-Pressotechnik abordó una aplicación automotriz en la que se utilizó una prensa de 100 toneladas para encajar ocho pernos simultáneamente. "Una prensa más pequeña podría funcionar más rápido, pero no hay nada mejor que poder realizar un ciclo en lugar de ocho", dice Waldherr.

Jim es editor senior de ASSEMBLY y tiene más de 30 años de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo fue editor de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal y Milling Journal. Jim tiene un título en inglés de la Universidad DePaul.