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Repositorio de la Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Proyecto Fin de Carrera Prensa oleohidráulica para estampación de chapa. Autor: Alberto Torné Pellicer Director: Antonio Serrano Nicolás. Facultad / Escuela: Escuela de Ingeniería y Arquitectura. Especialidad: Ingeniería Técnica Industrial Mecánica Convocatoria /Año: Junio / 2012 _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera ÍNDICE 1.) Objeto y resumen del proyecto ._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 1 1.1) Objeto del proyecto._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 2 1.2) Resumen del proyecto. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 2 2.) Prensa oleohidráulica. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 3 2.1) Introducción. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 4 2.2) Características técnicas de la prensa. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 4 2.3) Descripción general de la prensa._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 5 2.4) El punzón de la prensa._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 7 2.5) La matriz y el portamatrices. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 9 2.6) Unión de los cilindros a la prensa._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 11 2.7) Otras uniones existentes en la prensa._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 14 2.8) Descripción del proceso de estampado. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 16 3.) Circuito oleohidráulico. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 17 3.1) Introducción._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 18 3.2) Circuito oleohidráulico. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 18 3.3) Circuito eléctrico asociado. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 19 3.4) Panel de control de la prensa. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 19 3.5) Descripción de los elementos del circuito oleohidráulico. _ _ _ _ _ _ _ _ _ 21 3.6) Descripción de los elementos del circuito eléctrico. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 28 3.7) Descripción del funcionamiento de la prensa._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 32 3.7.1) Puesta en marcha y paro de la prensa. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 32 3.7.2) Reseteo y desbloqueo de los cilindros. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 32 3.7.3) Accionamiento de los cilindros A y B. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 33 3.7.4) Control de la velocidad del vástago del cilindro A._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 34 3.7.5) Situaciones de emergencia._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 34 3.8) Elección de los cilindros oleohidráulicos._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 36 3.8.1) Cilindro de estampación A. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 36 3.8.2) Cilindro de extracción B. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 39 _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 3.9) Cálculo de las velocidades de avance y retroceso._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 42 3.8.1) Cilindro de estampación A. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 42 3.8.2) Cilindro de extracción B. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 48 3.10) Cálculo del tiempo de fabricación de una pieza._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 49 4.) Pieza estampada en la prensa. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 50 4.1) Introducción._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 51 4.2) Descripción de la pieza obtenida en la prensa._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 51 4.3) Desarrollo geométrico de la pieza estampada._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 53 5.) Normativa Europea. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 55 5.1) Introducción._ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 56 5.2) Directiva Europea 98/37/CE. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 57 6.) Bibliografía del proyecto. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 58 6.1) Bibliografía del proyecto. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 59 7) Firma y fecha del autor. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 60 7.1) Firma y fecha del autor. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 61 ________________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa_______________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 1 1. Objeto y resumen del proyecto. _____________________________________________________________________________________________ _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 2 1.1) OBJETO DEL PROYECTO: El objeto del presente proyecto es realizar un estudio técnico sobre la construcción de una prensa oleohidráulica para estampación de chapa. El proyecto basa su contenido en las soluciones constructivas propuestas para el diseño de la máquina, en el análisis del circuito oleohidráulico y sus componentes que forman parte de la prensa y en el estudio de la pieza estampada que se obtiene a partir de una chapa de acero. 1.2) RESUMEN DEL PROYECTO: El proyecto que se desarrolla a partir de este punto sigue el siguiente esquema: En primer lugar, se realiza una descripción de las características técnicas y constructivas de la prensa y de los elementos que la constituyen. A continuación, se procede al análisis y diseño del circuito oleohidráulico y eléctrico asociado de la máquina. Además, se describe los elementos que integran ambos circuitos así como se realiza la elección de los cilindros de acuerdo a los requisitos exigidos y se estudia las velocidades de desplazamiento de los vástagos de los cilindros en los movimiento de avance y retroceso. Posteriormente, se desarrolla un breve análisis sobre las características de la pieza obtenida en el proceso de estampación. Tras este apartado, se lleva a cabo una mención sobre la Normativa Europea que rige el sector de las máquinas industriales. Finalmente, para cerrar el proyecto se menciona la bibliografía consultada para la elaboración del mismo. ________________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa_______________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 3 2. Prensa oleohidráulica. ______________________________________________________________________ _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 4 2.1) INTRODUCCIÓN: En el presente capítulo se va a proceder a realizar un análisis descriptivo de las soluciones constructivas propuestas para el diseño de la prensa oleohidráulica y la unión de los diferentes elementos que la componen. Para ello, se ha incluido en los diversos apartados del capítulo imágenes de la prensa obtenidas a partir de un modelado 3D, además de imágenes obtenidas mediante programas de diseño gráfico. 2.2) CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA PRENSA: Antes de iniciar el diseño constructivo de la máquina es necesario conocer cuales son los requisitos técnicos que debe cumplir dicha máquina. La prensa oleohidráulica que centra el estudio de este proyecto permite obtener a partir de una chapa de acero, una pieza con una forma predeterminada mediante un proceso de estampado. Para ello, está equipada con dos cilindros oleohidráulicos: El cilindro de estampación se encarga de proporcionar la fuerza necesaria para estampar la chapa de acero obteniendo la pieza deseada. La fuerza máxima que es capaz de ejercer es de 40 Tn. Por otra parte, el cilindro de extracción permite obtener la pieza estampada que debido a las altas temperaturas que se generan en el proceso de deformación queda adherida a la matriz. Ambos cilindros son accionados por el operario que controla la máquina. Además, el proceso de estampación se realiza a dos velocidades distintas: una velocidad de aproximación a la matriz y una velocidad de trabajo, durante la cual se realiza el estampado, menor que la anterior. En cuanto a las dimensiones geométricas de la prensa, la altura aproximada es de 1800 mm mientras que la base en la que se apoya el conjunto es de unos 810 mm de largo por 800 mm de ancho. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 5 2.3) DESCRIPICIÓN GENERAL DE LA PRENSA: En la siguiente imagen se muestra a la prensa vista frontalmente y de perfil: La prensa se constituye de las siguientes partes: El cuerpo o esqueleto de la prensa está formado por chapas de acero de 5 mm de espesor que se unen mediante soldadura. En ellas se fijan los elementos que intervienen en el proceso de estampado como son los cilindros, el punzón, la mesa de trabajo, la matriz y el portamatrices, además de microrruptores eléctricos y sensores fotoeléctricos que intervienen en el circuito eléctrico asociado al circuito oleohidráulico. El cuerpo de la prensa está diseñado para resistir los esfuerzos que se realizan durante el funcionamiento de la máquina y para garantizar la estabilidad del conjunto. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 12 Es sumamente importante que el cilindro esté correctamente fijado a la prensa tanto por motivos de seguridad como para garantizar un correcto funcionamiento de la máquina. En las revisiones periódicas de mantenimiento, el análisis del estado de las fijaciones de los cilindros debe ser de obligado cumplimiento. El cilindro B es el encargado de proporcionar la fuerza para extraer la pieza estampada. Se coloca en la parte inferior de la máquina. A diferencia del cilindro A se fija mediante una brida trasera si bien la forma de unión es la misma. En la chapa en la cual se coloca el cilindro se realiza un agujero central en el cual se acomoda el cilindro y seis agujero exactamente iguales que los de la brida del cilindro. Se hacen coincidir los agujeros de brida y chapa y se colocan seis tornillos con sus respectivas tuercas fijando así el cilindro a la prensa. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 13 Al igual que en el caso anterior es de suma importancia que el cilindro esté correctamente fijado a la chapa y que la unión sea revisada durante las operaciones de mantenimiento periódicas. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 14 2.7) OTRAS UNIONES EXISTENTES EN LA PRENSA: Además de los elementos mencionados anteriormente, en la prensa existen otro tipo de uniones: Las chapas que conforman el esqueleto de la prensa se unen mediante cordones de soldadura. La mesa de trabajo donde se fija el portamatrices está unida al cuerpo de la prensa mediante cuatro tornillos. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 15 La chapa horizontal en la cual se coloca el cilindro de extracción está fijada al cuerpo de la prensa como en el caso anterior mediante cuatro tornillos. Para facilitar el montaje del cilindro de extracción, en la parte inferior frontal de la prensa existe una puerta que facilita el acceso a la zona donde se fija el cilindro. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 16 2.8) DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ESTAMPADO: En la siguiente imagen se muestra como se lleva a cabo el proceso de estampación de la chapa: Mientras el pisador fija la chapa contra la matriz, la parte superior del conjunto se desplaza junto al punzón gracias al movimiento de avance del vástago del cilindro realizando el trabajo de estampación. Los muelles que rodean a los cuatro tornillos amortiguan el movimiento para evitar un choque brusco entre la parte superior e inferior del conjunto en el que se ubica el punzón. Una vez estampada la chapa, el vástago inicia el movimiento de retroceso hasta alcanzar su posición inicial. Para obtener la pieza estampada se utiliza el cilindro de extracción. ________________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa_______________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 17 3. Circuito oleohidráulico. _________________________________________________________________________ _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 18 3.1) INTRODUCCIÓN: El capítulo que se desarrolla a continuación trata sobre el circuito oleohidráulico que permite controlar el funcionamiento de la prensa. En los diferentes apartados del capítulo se va a proceder al análisis del funcionamiento de los circuitos oleohidráulico y eléctrico asociado, a la descripción del panel de control que permite el gobierno de la máquina y de los elementos que componen dichos circuitos. Además, se realiza la elección de los cilindros de acuerdo a los requisitos exigidos y se calcula las velocidades de avance y retroceso de los vástagos. Por último, se calcula el tiempo de fabricación de una pieza. 3.2) CIRCUITO OLEOHIDRÁULICO: En la siguiente página puede observarse el circuito oleohidráulico diseñado para controlar el funcionamiento de la prensa. El objetivo del diseño de este circuito es gobernar el movimiento de los cilindros de acuerdo a las necesidades de la prensa. De este modo, el circuito permite que el cilindro de estampación regrese a su posición inicial tras realizar el trabajo sobre la pieza de forma automática y que el cilindro de extracción solo pueda accionarse cuando el cilindro de estampación está en su posición inicial. Además, el circuito también permite el bloqueo de los cilindros en situaciones determinadas. El funcionamiento del circuito es descrito con detalle en los siguiente apartados del capítulo. Los elementos del circuito se encuentran numerados puesto que en apartados posteriores se procederá a la descripción de cada uno de ellos. A los cilindros se les ha asignado una letra para designarlos, el cilindro de estampación es el cilindro A y el cilindro de extracción es el cilindro B. Esta denominación se mantiene a lo largo del capítulo. Las válvulas de regulación de caudal unidireccional (19), (20) y (21) poseen una indicación numérica en forma de porcentaje que indica cual es el grado de apertura de la válvula. La válvula (19) posee una apertura del 60 % respecto al caudal nominal y las válvulas (20) y (21) poseen un apertura del 10%. Por su parte, las electroválvulas existentes en el circuito son designadas con la letra E y el número correspondiente que permite relacionarlas con el circuito eléctrico asociado. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 19 3.3) CIRCUITO ELÉCTRICO ASOCIADO: El circuito eléctrico asociado permite controlar las electroválvulas que a su vez gobiernan el movimiento de los cilindros además de regir la puesta en marcha del motor eléctrico de la bomba oleohidráulica. En el circuito que se presenta en la siguiente hoja puede observarse: Por una parte, el circuito de potencia que se encarga de la puesta en marcha y paro del motor eléctrico. Se ubica en la parte izquierda de la hoja hasta la línea número tres. Por otra parte, en la parte derecha de la hoja se encuentra el circuito de mando que gobierna las electroválvulas del circuito oleohidráulico. Se ubica desde la línea número cuatro hasta la línea número dieciocho. Los diferentes elementos que conforman el circuito eléctrico se designan mediante una letra: relés y sus contactos (K), electroválvulas (E), pulsadores manuales (PM), microrruptores eléctricos (A), indicadores luminosos (H), detector fotoeléctrico de barrera (S). 3.4) PANEL DE CONTROL DE LA PRENSA: Justo tras la hoja que contiene el circuito eléctrico se encuentra la representación gráfica del panel de control de la prensa que el operario utiliza para gobernar la máquina. El panel de control está compuesto por pulsadores manuales e indicadores luminosos. Los primeros permiten accionar la prensa y los segundos proporcionan información al operario sobre el estado de la máquina. En la parte superior del panel se encuentran los pulsadores manuales ON, OFF y STOP, los dos primeros son rasantes y permiten poner en marcha y apagar el motor eléctrico que acciona la bomba olehidráulica mientas el tercero es una seta con enclavamiento que bloquea los cilindros, para el motor eléctrico y desconecta la máquina de la red eléctrica en caso que se produzca una situación de emergencia. Los tres indicadores luminosos ubicados, de izquierda a derecha, en esta parte indican si la prensa está conectada a la red eléctrica, si el motor eléctrico está en marcha y si hay un problema en la máquina que obliga al operario a pulsar STOP. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 20 En la parte inferior de panel existen tres pulsadores manuales rasantes, los dos primeros, PM1 y PM2, pulsados simultáneamente accionan el cilindro de estampación para que realice el movimiento de avance y retroceso automático mientras el tercero, PM3, permite extraer la pieza estampada mediante el cilindro de extracción. Los dos indicadores luminosos situados en esta parte del panel de control informan al operario sobre si el proceso de reseteo ya ha concluido y sobre si el pulsador PM3 se encuentra activo para accionar el cilindro de extracción respectivamente. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 25 Válvula 5/2 accionada por electroválvula y muelle (11) Funcionalidad Permite gobernar el movimiento del cilindro de extracción B. Posee cinco vías y dos posiciones. Una posición se acciona mediante electroválvula y la otra mediante un retorno con muelle Características técnicas - Voltaje: 220 V - Frecuencia: 50 Hz. - Presión máxima: 275 bares. Válvula 3/2 accionada por pulsador manual y muelle (12) Funcionalidad Protege al manómetro (13) permitiendo solo el paso de presión hacia él cuando se acciona el pulsador. Posee tres vías y dos posiciones. Al dejar de accionar el pulsador, la válvula vuelve a la posición de corte de presión mediante un retorno con muelle. Características técnicas - Presión máxima: 275 bares. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 26 Válvula 2/2 accionada por electroválvula y muelle (14),(15),(16),(17),(18). Funcionalidad Las válvulas (14), (15), (16) y (17) se encargan de bloquear los cilindros A y B. Solo dejan circular al fluido cuando la electroválvula recibe corriente y acciona la posición de paso de presión. La posición bloqueo se acciona mediante un retorno con muelle. En cambio, la válvula (18) bloquea el paso de presión cuando la electroválvula recibe corriente. Mientras, permite la circulación del fluido. Características técnicas - Voltaje: 220 V - Frecuencia: 50 Hz. - Presión máxima: 275 bares. Válvula de regulación de caudal unidireccional (19),(20),(21). Funcionalidad Permiten disminuir el caudal en una sola dirección del paso de presión. Se encargan de reducir la velocidad de desplazamiento del vástago de los cilindros A y B. Características técnicas - Tipo de regulación: Manual. - Rango de regulación: 0-100 % _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 27 Tuberías Funcionalidad Las tuberías unen los diversos elementos del circuito entre si. Deben estar diseñadas para soportar la presión del fluido que trasportan y la temperatura de trabajo a la que se ven sometidas. Se encuentran normalizadas de acuerdo a la norma DIN SAE 100 R2. Características técnicas - Presión de trabajo: 250 bares - Presión rotura: 1000 bares - Temperatura: (-40º, 100º) - Diámetro interior: 16 mm - Peso: 0,92 kg/m - Radio de curvatura: 200 mm - Tipo de rosca: BSP 3/8” Aceite mineral Funcionalidad El fluido utilizado es aceite mineral debido a su alta temperatura de trabajo, a su capacidad lubricante, a sus propiedades anticorrosivas, antidesgaste y antiespumantes. Su único problema es su alta inflamabilidad por lo que la instalación donde se halle la máquina deberá contar con lo elementos de protección de incendios que exige la ley. Características técnicas - Densidad: 878 kg/ 3 m (15º) - Viscosidad: 32 cst (40º) - Color: Azul _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 28 3.6) DESCRIPICIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL CIRCUITO ELÉCTRICO Al igual que en el apartado anterior se procede a realizar una descripción de los elementos conforman el circuito eléctrico: Relés (K) Funcionalidad Abren o cierran sus contactos asociados al recibir corriente. Destaca el relé KT que posee retardo a la conexión. Cada electroválvula (E n ) está asociada a un relé (K n ) cuyos contactos son los responsables de su accionamiento. El relé KM es el encargado de la puesta en marcha del motor y desbloqueo de los cilindros. El relé KT realiza la labor de reseteo de la máquina Pulsadores manuales Funcionalidad Están ubicados en el panel de control de la máquina. Abren o cierran el circuito al ser accionados permitiendo que el operario pueda controlar el trabajo de la maquina. Los pulsadores PM1, PM2 y PM3 son pulsadores rasantes. Se elige está tipología constructiva para disminuir las posibilidades de un accionamiento involuntario. El pulsador STOP es una seta de emergencia. Posee enclavamiento y al ser pulsado detiene el funcionamiento de la maquina y la desconecta de la red eléctrica. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 29 Indicadores luminosos (H) Funcionalidad Emiten una señal lumínica al recibir corriente. Están situados en el panel de control y su función es proporcionar información al operario sobre el estado de la máquina. H1 indica que la máquina está conectada a la red. H2 informa que el motor eléctrico está en funcionamiento. H3 avisa al operario de que el motor ha dejado de funcionar por un problema técnico. H4 está encendido durante el proceso de reseteo de la máquina. H5 informa al operario de cuando puede pulsar PM3 para extraer la pieza estampada. Electroválvulas (E) Funcionalidad Al recibir corriente cambian la posición de la válvula oleohidráulica a la que están asociadas. En este circuito hay un total de ocho electroválvulas. Cada una está asociada a un relé cuyos contactos son los encargados de accionarlas. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 30 Microrruptores (A) Funcionalidad Abren o cierran el circuito al ser accionados por el vástago del cilindro al alcanzar una posición determinada. Por ello, están ubicados en la máquina y deben estar preparados para soportar las condiciones de funcionamiento y el entorno que les rodea. En esta máquina hay dos, uno (A0) detecta cuando el cilindro A está completamente recogido y el otro (A1) detecta cuando el vástago del cilindro A llega al final de su carrera. Detector fotoeléctrico de barrera (S) Funcionalidad Cierra el circuito eléctrico cuando se interfiere la señal fotoeléctrica entre el emisor y el receptor. Está ubicado en la máquina en un punto determinado de la carrera del vástago del cilindro A para que cuando este alcance dicho punto se cierre el circuito y se produzca el cambio de velocidad de descenso del vástago durante el movimiento de estampación. Fusibles de potencia (F) Funcionalidad Protegen al circuito principal de corrientes en cortocircuito o sobreintensidades prolongadas. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 31 Interruptor tripolar (Q) Funcionalidad Permiten conectar o desconectar el circuito de potencia de la red general de distribución eléctrica. Relé térmico (T) Funcionalidad Protege el motor frente a sobrecargas débiles y prolongadas. Al detectar un aumento de temperatura debido a las sobrecargas, el conmutador T cambia de posición desconectando el motor y encendiendo el indicador luminoso H3 que avisa al operario del problema que ha producido la parada de la máquina. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 32 3.7) DESCRIPICIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PRENSA: El circuito consta de dos actuadores oleohidráulicos, el cilindro A y el cilindro B. El primero es el que mueve la matriz de la prensa para realizar la operación de estampado de la chapa y el segundo permite la extracción de la pieza ya estampada. El circuito se ha diseñado para permitir al operario realizar el trabajo con la mayor facilidad y el menor riesgo. A continuación se describe cual es el funcionamiento del circuito en cada una de las siguientes circunstancias: 3.7.1) PUESTA EN MARCHA Y PARO DE LA BOMBA: En primer lugar, hay conectar la máquina a la red eléctrica mediante el interruptor tripolar Q. En el panel de control de la máquina el indicador luminoso H1 informa de si la máquina está conectada a la red. Si el indicador está encendido puede procederse a pulsar el botón ON y el motor eléctrico se pondrá en funcionamiento y la bomba empezará a trabajar. También existe en el panel de control un indicador luminoso H2 que nos informa de si el motor está en marcha. Para parar la bomba simplemente hay que pulsar el botón OFF. 3.7.2) RESETEO Y DESBLOQUEO DE LOS CILINDROS: Una vez la bomba está en marcha se producen dos acciones simultaneas. Por una parte se desbloquean los cilindros A y B al activarse las electroválvulas E5, E6, E7 y E8 debido al paso de corriente en la línea 8 que alimenta a los relés K5, K6, K7 y K8. Cuando el motor no está en marcha los cilindros se encuentran bloqueados por razones de seguridad. Por otra parte se produce el reseteo de la válvula (10) en su posición E1. Esta acción es una medida de seguridad cuyo objetivo es que en caso de que el cilindro A quede bloqueado a lo largo de su carrera durante el movimiento de avance debido a una parada repentina del motor por alguna causa determinada, al volver a poner en marcha el motor el cilindro no prosiga su movimiento de avance e inicie el movimiento de retroceso que le devuelva a su posición inicial evitando así posibles situaciones de peligro. Cuando el motor se pone en marcha por el cierre de los contactos del relé KM llega corriente al relé KT en la línea 9 que cambia la posición de sus contactos con 2 segundo de retardo. Una vez pasados esos 2 segundos la válvula (10) ya ha sido reseteada y la máquina puede funcionar con normalidad. El indicador luminoso H4 del panel de control nos indica cuando el proceso de reset está en funcionamiento y cuando termina. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 33 3.7.3) ACCIONAMIENTO DE LOS CILINDROS A Y B: Con la bomba en funcionamiento, los cilindros desbloqueados y la operación de reset realizada, el operario ya puede proceder a utilizar la prensa para el trabajo de estampación. Una vez colocada la chapa en la prensa, para poner en funcionamiento el cilindro A es necesario pulsar los botones PM1 y PM2 simultáneamente. Con pulsar uno de ellos únicamente no es suficiente, esto es así para prevenir un posible accionamiento de uno de ellos de forma accidental. Al pulsar ambos botones llega corriente al relé K2 en la línea 5 que activa la electroválvula E2 y el cilindro empieza su movimiento de avance. Al llegar al final de su carrera y realizar el trabajo de estampación se acciona el microrruptor A1 que cierra el circuito en la línea 4 proporcionando corriente al relé K1 que acciona la electroválvula E1 a través de sus contactos, así el vástago inicia la carrera de retroceso que le devuelve a su posición inicial. El microrruptor A0 se encuentra activado cuando el vástago está en su posición inicial y abre el circuito en la línea 5 cuando el vástago está en movimiento evitando que una pulsación accidental de los botones PM1 y PM2 afecte el desarrollo del movimiento. Para la extracción de la pieza se utiliza el cilindro B. El cilindro B se acciona mediante el botón PM3. Únicamente puede utilizarse cuando el cilindro A se encuentra en su posición inicial por razones de seguridad. Así solo llega corriente al relé K3 en la línea 6 al pulsar PM3 si A0 está activado. El indicador luminoso H5 del panel de control indica cuando el cilindro puede ser accionado. El movimiento de este cilindro se realiza mientras se pulsa PM3, al dejar de pulsarlo el muelle devuelve a la válvula (11) a su posición inicial y en consecuencia el vástago se retrae. Esto permite al operario un mayor control del cilindro en el momento de la extracción de la pieza ya que no todas las extracciones son iguales. En algunas ocasiones se necesitará un mayor esfuerzo para extraer la pieza que en otras. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 34 3.7.4) CONTROL DE LA VELOCIDAD DEL VÁSTAGO DEL CILINDRO A: En el movimiento de avance del vástago del cilindro A se realiza a dos velocidades diferentes. Un primer tramo se realiza a una velocidad más rápida que se denomina velocidad de aproximación y un segundo tramo que incluye el trabajo de estampación se realiza a una velocidad más baja que se denomina velocidad de trabajo. Para que esto sea posible se coloca un célula fotoeléctrica de barrera S en la zona elegida para el cambio de velocidad. Cuando el vástago del cilindro alcanza dicha zona interfiere la señal entre emisor y receptor, se cierra el contacto S haciendo llegar corriente al relé K4 en la línea 7 que cierra sus contactos para activa la electroválvula E4. Esto produce el cambio de posición de la válvula (18) cerrando el paso al fluido y obligándolo a circular por una válvula de estrangulación unidireccional (19). El contacto S no se abre hasta que el vástago no vuelve a cruzar la zona en su movimiento de retroceso reestableciéndose el contacto entre emisor y receptor. Sin embargo esto no tiene ninguna influencia en el movimiento de retroceso ya que como se ha dicho la válvula de estrangulación (19) solo actúa en el sentido del flujo de avance. Así el movimiento de retroceso se realiza a la misma velocidad a lo largo de toda la carrera del vástago. 3.7.5) SITUACIONES DE EMERGENCIA: Durante el funcionamiento de la prensa pueden producirse situaciones anómalas que generen un determinado riesgo tanto para personas como para bienes materiales. Para intentar reducir ese riesgo al mínimo se ha diseñado el circuito con las siguientes premisas: Al pulsar la seta de emergencia STOP debido a una situación que requiera el paro de la máquina, el motor eléctrico dejará de funcionar y por tanto la bomba no proporcionará presión, los cilindros quedarán bloqueados y se cortará el suministro de corriente al dispositivo de mando. Una vez se haya reestablecido la normalidad se deberá desenclavar la seta de emergencia. Al realizar está acción volverá la corriente al dispositivo de mando pero el motor seguirá parado y los cilindros bloqueados. Se deberá poner en marcha el motor para que los cilindros, tras realizarse el proceso de reseteo, vuelvan a su posición inicial. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 40 La longitud libre de pandeo k L depende de la fijación del cilindro: El cilindro B posee una fijación mediante brida trasera y el vástago no se encuentra guiado por lo que se trata del caso número 3. k L = 2*L = 2*200 = 400 mm _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 41 El vástago de diámetro 28 mm cumple el requisito de resistencia al pandeo. Finalmente, el cilindro elegido posee las siguientes características específicas: Nombre Diámetro pistón (mm) Diámetro vástago (mm) Carrera (mm) Peso (kp) Forma de fijación Cilindro KZ ISO 3320 40 28 200 6,77 Brida trasera En la siguiente tabla se muestran las características técnicas generales de la gama de cilindros de la que han sido elegidos el cilindro A y el cilindro B: _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 42 3.9) CÁLCULO DE LAS VELOCIDADES DE AVANCE Y RETROCESO: El objetivo de este apartado es realizar un análisis de las velocidades de avance y retroceso de los vástagos de los cilindros. Además de las velocidades, se calcula los caudales de aceite consumidos y el tiempo que tardan los vástagos en realizar dichos movimientos. 3.9.1) CILINDRO DE ESTAMPACIÓN A: En primer lugar, se analiza el movimiento de avance del cilindro A. Posteriormente, se realiza el mismo procedimiento para el movimiento de retroceso: - Movimiento de avance del vástago del cilindro A: La carrera de avance se realiza a dos velocidades distintas. El primer tramo de la carrera se realiza a una velocidad denominada de aproximación que es más elevada que la velocidad con la que se realiza la estampación de la chapa denominada velocidad de trabajo. El cambio de velocidad se realiza cuando el vástago ha recorrido 250 mm de los 400 mm. Es en ese punto donde se encuentra el detector fotoeléctrico de barrera S cuyo accionamiento da lugar al cierre de la válvula (18) que obliga al fluido a circular por la válvula de estrangulación unidireccional (19). La válvula de estrangulación (19) reduce el caudal en un 40%. La siguiente expresión relaciona el caudal, la velocidad y el diámetro del pistón: 2cil avance Q (l/min) = 1,5 * * D (cm) * v (m/s) Π Siendo Q = 36 l/min el caudal que proporciona la bomba se procede al cálculo de las velocidades: aproximación 2 2 36 (l/min) v = 0,030 (m/s) = 30 (mm/s) 1,5 * * 16 (cm ) = Π trabajo aproximación trabajo 2 2 22 (l/min) Q = 0,60 * Q = 22 l/min v = 0,018 (m/s) = 18 (mm/s) 1,5 * * 16 (cm ) → = Π El primer tramo se realiza a una velocidad de 30 mm/s y el segundo tramo a una velocidad de 18 mm/s tras la reducción del caudal a 22 l/min. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 43 En la siguiente tabla se muestra la relación entre caudal consumido, la velocidad de avance, la carrera y tiempo transcurrido durante el movimiento de avance del vástago: A partir de esta tabla pueden obtenerse una serie de gráficas que describen el comportamiento de las diversas magnitudes durante el movimiento de avance: Carrera-Tiempo 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 tiempo (sg) carrera (mm) Velocidad de avance (mm/s) Caudal instantaneo (l/min) Carrera (mm) Tiempo (sg) 0 0 0 0,0 30 36 25 0,8 30 36 50 1,7 30 36 75 2,5 30 36 100 3,3 30 36 125 4,2 30 36 150 5,0 30 36 175 5,8 30 36 200 6,7 30 36 225 7,5 30 36 250 8,3 18 22 275 9,7 18 22 300 11,1 18 22 325 12,5 18 22 350 13,9 18 22 375 15,3 18 22 400 16,7 _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 44 Velocidad-Carrera 0 5 10 15 20 25 30 35 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 carrera (mm) velocidad (mm/s) Caudal-Carrera 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 carrera (mm) caudal (l/min) El tiempo que tarda el vástago del cilindro A en completar el movimiento de avance es de 17 segundos. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 45 - Movimiento de retroceso del vástago del cilindro A: La carrera de retroceso se realiza a una sola velocidad. Aunque el detector fotoeléctrico de barrera S no se desconecta hasta que el vástago pasa por el punto donde se encuentra colocado, la válvula de estrangulación (19) solo regula el caudal en la dirección de avance del vástago. En este caso la expresión que relaciona el caudal con la velocidad también tiene en cuenta el diámetro del vástago junto al diámetro del pistón: 2 2 cil vást retroceso Q (l/min) = 1,5 * * (D (cm) - D (cm)) * v (m/s) Π Se procede al cálculo de la velocidad de retroceso: retroceso 2 2 2 2 36 (l/min) v = 0,044 (m/s) = 44 (mm/s) 1,5 * * (16 (cm ) - 9 (cm )) = Π Como en el caso anterior, la tabla que se presenta a continuación muestra la relación entre el caudal consumido, la velocidad de retroceso, la carrera y tiempo transcurrido durante el movimiento de retroceso del vástago: A partir de esta tabla también pueden obtenerse las mismas gráficas que en el caso anterior: Velocidad de retroceso (mm/s) Caudal instantaneo (l/min) Carrera (mm) Tiempo (sg) 0 0 400 0,0 44 36 375 0,6 44 36 350 1,1 44 36 325 1,7 44 36 300 2,3 44 36 275 2,9 44 36 250 3,4 44 36 225 4,0 44 36 200 4,6 44 36 175 5,2 44 36 150 5,7 44 36 125 6,3 44 36 100 6,9 44 36 75 7,4 44 36 50 8,0 44 36 25 8,6 44 36 0 9,2 _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 46 Carrera-Tiempo 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 tiempo (sg) carrera (mm) Velocidad-Carrera 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 carrera (mm) velocidad (mm/s) _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 47 Caudal-Carrera 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 carrera (mm) caudal (l/min) El tiempo que tarda el vástago en completar el movimiento de retroceso es de 9 segundos. -Duración y consumo del ciclo de trabajo del cilindro A: En total, el tiempo empleado para realiza un ciclo de trabajo con el cilindro A es de 26 segundos. Suponiendo que desde que el vástago finaliza el movimiento de avance hasta que inicia el movimiento de retroceso transcurren unos segundos debido al cambio de posición de la válvula de gobierno del cilindro, el tiempo total del ciclo de trabajo es de unos 30 segundos. Para finalizar este apartado se calcula el caudal medio consumido en cada ciclo por el cilindro A mediante la expresión: 2 2 medio cil vást Q = * (2*D - D ) * c * f 4 Π Siendo c ≡ carrera del cilindro y Nº de ciclos realizados f = tiempo ciclo 2 2 3 medio 1 Q = * (2*16 - 9 ) * 40 * 520,78 cm /s = 31 l/min 4 26 Π = _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 48 3.9.2) CILINDRO DE EXTRACCIÓN B: Como en el caso anterior, se analiza en primer lugar el movimiento de avance del vástago del cilindro B y a continuación el movimiento de retroceso: - Movimiento de avance del vástago del cilindro B: Dada la diferencia que existe entre los diámetros de los dos cilindros es necesario colocar dos válvulas reguladoras de caudal unidireccionales, (20) y (21), con el objetivo de reducir la velocidad de desplazamiento del vástago. Está reducción de velocidad ayuda a mejorar el trabajo de extracción de la pieza ya que permite al operario tener un mayor control del vástago y además protege al propio cilindro cuyas juntas no deben verse expuestas a una velocidad de desplazamiento del vástago superior a la que indica el fabricante. La expresión que relaciona el caudal con la velocidad de desplazamiento en el movimiento de avance es: 2cil avance Q (l/min) = 1,5 * * D (cm) * v (m/s) Π Siendo Q = 36 l/min * 0,1 = 3,6 l/min el caudal que alimenta al cilindro se procede al cálculo de las velocidades: avance 2 2 3,6 (l/min) v = 0,048 (m/s) = 48 (mm/s) 1,5 * * 4 (cm ) = Π En caso que sea necesario recorrer toda la carrera del cilindro para extraer la pieza, el tiempo utilizado es: avance avance c (mm) 200 mm t = 4,2 sg v (mm/s) 48 mm/s = = - Movimiento de retroceso del vástago del cilindro B: A continuación, se realiza el mismo procedimiento para la carrera de retroceso: 2 2 cil vást retroceso Q (l/min) = 1,5 * * (D (cm) - D (cm)) * v (m/s) Π retroceso 2 2 2 2 3,6 (l/min) v = 0,094 (m/s) = 94 (mm/s) 1,5 * * (4 (cm ) - 2,8 (cm )) = Π retroceso retroceso c (mm) 200 mm t = 2,1 sg v (mm/s) 94 mm/s = = ________________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa_______________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 55 5. Normativa Europea. ______________________________________________________________________ _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 56 5.1) INTRODUCCIÓN: En el siguiente capítulo se aborda la Normativa Europea que rige el sector de las máquinas industriales. Para ello, se realiza un resumen del contenido de la Directiva 98/37/CE resaltando aquellos pasajes de mayor importancia. Aunque el presente proyecto sea el estudio técnico previo a la elaboración del proyecto definitivo es necesario conocer cuales es la normativa legal vigente con la que debe convivir la máquina. 5.2) DIRECTIVA EUROPEA 98/37/CE: La directiva 98/37/CE se refiere a las máquinas y a los componentes de seguridad de las mismas, comercializados por separado. Esta directiva determina los objetivos o “requisitos esenciales” de seguridad e higiene que debe cumplir la fabricación y comercialización de las máquinas y los componentes de seguridad. Los organismos europeos elaborarán normas europeas armonizadas con arreglo a los requisitos esenciales de normalización. Dichas normas, de carácter no obligatorio, se publicarán en el Diario Oficial de las Comunidades Europeas y se transponen en normas nacionales de contenido idéntico. Toda máquina o componente de seguridad fabricados de conformidad con las normas armonizadas se considerarán conformes a los requisitos esenciales. La conformidad de las máquinas y los componentes de seguridad a los requisitos esenciales se determinará por medio de procedimientos de evaluación cuyos módulos se describen en estas Directivas. Los estados miembros no podrán prohibir, limitar o dificultar la comercialización y puesta en servicio en sus territorios de las máquinas y componentes de seguridad conformes a estas Directivas. Las máquinas deberás ir provistas, antes de su comercialización, de la marca “CE” de conformidad, de la cual se habla más adelante. En la Unión Europea cualquier producto puede circular libremente por toda su geografía. En el caso de las máquinas deben cumplir con unos requisitos mínimos de seguridad. A través de la declaración de conformidad, el fabricante declara que la máquina comercializada cumple con los requisitos de seguridad y salud correspondientes y su firma autoriza la colocación de la etiqueta CE en la máquina. _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 57 El fabricante debe garantizar y asegurarse que la siguiente documentación, estará y permanecerá disponible en los locales para un posible control eventual. Un expediente técnico de construcción debe estar constituido por: - El plano de conjunto de la máquina y los planos de los circuitos de mando. - Los planos detallados y completos, acompañados eventualmente de cálculo, resultados de pruebas, etc., que permitan comprobar que cumple los requisitos esenciales de seguridad y de salud. - La lista de los requisitos esenciales de anexo I de la Directiva del Consejo 89/392/CEE sobre máquinas de las normas y de las restantes especificaciones técnicas utilizadas para el diseño de la máquina. - La descripción de las soluciones adoptadas para prevenir los peligros presentados por la máquina. - Si se desea, cualquier informe técnico o cualquier certificado obtenido de un organismo o laboratorio competente. - Si se declara la conformidad a una norma armonizada que lo prevea, cualquier informe técnico que dé los resultados de los ensayos efectuados a su elección, bien por él mismo, bien por un organismo o laboratorio competente. - Un ejemplar del manual de instrucciones de la máquina. ________________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa_______________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 58 6. Bibliografía del proyecto. _______________________________________________________________________________ _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 59 6.1) BIBLIOGRAFÍA DEL PROYECTO: A continuación, se presenta la bibliografía consultada para la elaboración del presente proyecto: - Libros: • Oleohidráulica / Antonio Serrano Nicolás / McGraw-Hill, D. L. 2002. • Calculo y construcción de máquinas / Antonio Serrano Nicolás / Universidad de Zaragoza, D. L. 2005. • Tecnología mecánica y metrotecnia / José M. Lasheras Esteban / Donostiarra, D. L. 1987. • Manufactura, ingeniería y tecnología. / Serope Kalpakjian y Steven R. Schmid / Prentice hall Mexico, 2002. - Catálogos: • Catálogo Cilindros GLUAL. • Bombas Oleohidráulicas Bezares S. A. • Bombas Oleohidráulicas Roquet. • Centrales Oleohidráulicas HAWE HYDRAULIK. • Componentes Oleohidráulicos DICSA. - Software informático: • AutoCAD 2007 • Autodesk Inventor Profesional. • Festo FluidSim Hydraulic. ________________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa_______________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 60 7. Firma y fecha del autor. ____________________________________________________________________________ _______________Prensa oleohidráulica para estampación de chapa________________ ______________________________________________________________________ Proyecto Fin de Carrera 61 7.1) FIRMA Y FECHA DEL AUTOR: En Zaragoza a día 15 de mayo de 2012, Ingeniero Técnico Industrial, Alberto Torné Pellicer