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Prevenir las vibraciones en la maquinaria de forja - Consejos de expertos

Las vibraciones pueden tener un impacto significativo y causar daños en equipos industriales e instrumentos de precisión, incapacitándolos para funcionar correctamente y, en casos graves, provocando daños frecuentes.

Además, las vibraciones pueden desplazarse por el suelo y afectar a la integridad estructural de los cimientos de la planta, reduciendo su vida útil total.

La exposición prolongada a las vibraciones también puede tener efectos negativos en la salud de una persona, como alterar el sistema nervioso central y el sistema cardiovascular, contraer los vasos sanguíneos periféricos, aumentar la presión arterial y elevar la frecuencia cardiaca, así como afectar al sistema digestivo.

Además, las vibraciones pueden provocar alteraciones endocrinas, dolores articulares, falta de sueño, entumecimiento de los dedos y otros síntomas. Estos efectos negativos se conocen colectivamente como "enfermedades por vibraciones".

En el caso de los equipos de forja, las vibraciones se generan principalmente durante el proceso de forja de piezas en bruto, siendo los martillos neumáticos, la forja libre y los martillos de forja en matriz los que producen la mayor cantidad de vibraciones, seguidos de la forja en caliente en matriz. prensas mecánicas.

Este post tratará sobre las fuentes, la transmisión y la prevención sencilla de las vibraciones en los equipos de forja.

Vibraciones causadas por el mecanismo de movimiento de la maquinaria de forja

En máquina de forja tiene una estructura desequilibrada, lo que provoca vibraciones durante el funcionamiento.

(1) Los componentes de la estructura desequilibrada en la maquinaria de forja (Figura 1) incluyen el bloque deslizante, la biela, el cigüeñal, el engranaje, etc.

Estructura desequilibrada del equipo de forja

Fig. 1 Estructura desequilibrada del equipo de forja

La corredera se mueve con un movimiento ascendente y descendente, mientras que el cigüeñal, el engranaje y la cabeza de la biela giran. Estas piezas móviles no uniformes generan una fuerza vibratoria que hace vibrar la maquinaria de forja.

(2) Fuerza de arranque de componentes desequilibrados:

Debido a los factores de calidad de las piezas móviles y a la alta velocidad de movimiento, en particular la rápida velocidad de rotación de los componentes deslizantes, los puntos extremos de los componentes desequilibrados giratorios y las piezas móviles recíprocas generan una fuerza de arranque importante, lo que provoca un aumento de las vibraciones de la maquinaria de forja.

(3) Para reducir las vibraciones de funcionamiento y mejorar la precisión y estabilidad de la maquinaria de forja durante la producción de forja a alta velocidad, puede añadirse un dispositivo de equilibrado dinámico alternativo (figura 2) o puede diseñarse un dispositivo de equilibrado rotativo para reducir las vibraciones de funcionamiento de la propia maquinaria de forja.

Dispositivo de equilibrado dinámico

Fig. 2 Dispositivo de equilibrado dinámico

Sin embargo, estos dispositivos de equilibrado suelen consumir energía, lo que entra en conflicto con los principios económicos y de ahorro energético de la maquinaria de forja.

La implantación de estos dispositivos de equilibrado del funcionamiento requiere un examen exhaustivo de su necesidad, coste de fabricación, consumo de energía, entorno de funcionamiento y otros factores relevantes.

(4) En comparación con la maquinaria industrial general, la maquinaria de forja requiere operaciones de arranque y parada instantáneas de alta potencia durante el arranque y la parada.

En consecuencia, es esencial seleccionar y acoplar el embrague y el freno con una gran capacidad para permitir que las piezas móviles arranquen y se detengan al instante, pero esto también puede provocar vibraciones.

Forja en caliente y la maquinaria de estampación tienen grandes capacidades y generan importantes vibraciones durante el arranque y la parada instantáneos.

Para equilibrar el rendimiento de arranque y parada y las vibraciones, es necesario ajustar la velocidad de acción del embrague y el freno dentro de un rango que no afecte al funcionamiento de la maquinaria. Esto se conoce comúnmente como "embrague suave" y "freno suave".

Vibraciones producidas por la maquinaria de forja durante el funcionamiento

Las vibraciones producidas por la maquinaria de forja pueden variar significativamente en función del tipo de procesamiento, la capacidad de aplicación, materiales de forjavelocidad de producción y diseño mecánico.

Periodo de vibración en el proceso de forja

(1) Vibración al inicio del proceso:

El bloque deslizante de la maquinaria de forja comienza a moverse hacia abajo desde el punto muerto superior y hace que la matriz impacte contra la pieza a una velocidad fija. Este impacto provoca vibraciones.

(2) Vibración cerca del final del proceso:

Cuando el bloque deslizante de la maquinaria de forja está cerca del punto muerto inferior, las matrices superior e inferior experimentan una presión significativa. En ese momento, las partes sometidas a tensión de cada componente se deformarán y vibrarán bajo el impacto de esta carga.

(3) Vibración después del procesamiento:

Una vez finalizado el procesamiento y retirada la carga presurizada, las piezas sometidas a tensión también vibrarán debido a la recuperación de la deformación. Este tipo de vibración varía en función del tipo de procesamiento, siendo el procesamiento por corte el que representa la mayor parte de la vibración global.

Influencia de la tecnología de transformación en el nivel de vibración

Los procesos mecánicos de forja pueden clasificarse a grandes rasgos en procesos de corte, plegado, embutición y forja.

En el caso de la maquinaria de forja, los métodos de procesamiento mencionados y las combinaciones de estos métodos dan lugar a diferentes vibraciones debidas a los distintos métodos de procesamiento.

(1) Proceso de supresión:

Una vez que la matriz superior entra en contacto con la pieza, se genera la carga máxima y la pieza se rompe, liberando la carga. La deformación (flexión) de los componentes sometidos a presión, como el cuerpo de la mesa, el bloque deslizante, la biela, el cigüeñal y el engranaje de transmisión, se alivia instantáneamente con la carga de procesamiento. En este momento, se producirán fuertes vibraciones en la dirección opuesta a la carga. Este fenómeno se denomina comúnmente "rebasamiento" (figura 3).

Diagrama esquemático del rebasamiento

Fig. 3 Diagrama esquemático del rebasamiento

(2) Proceso de doblado:

La vibración producida durante el proceso de plegado variará en función del método de procesamiento, como la forma de plegado. Normalmente, el proceso comienza con una pequeña carga en la fase inicial.

En la fase final de la transformación, puede emplearse el gofrado para lograr un doblado preciso del producto y producir una curvatura visualmente agradable. El estampado requiere una presión considerable, lo que puede provocar vibraciones en la maquinaria de forja.

(3) Procesamiento de dibujos:

La carga de conformación en el proceso de embutición aumenta gradualmente. Durante la embutición profunda, la carga máxima se genera normalmente entre 40% y 70% de la altura de embutición. A medida que el proceso se acerca al punto muerto inferior, la carga disminuye, lo que da lugar a vibraciones de conformado relativamente bajas.

Para evitar hendiduras en los materiales o productos durante la embutición profunda, se suele utilizar un dispositivo llamado almohadilla de troquel para evitar las arrugas. La posición de contacto entre la almohadilla y la matriz es aquella en la que la corredera está más cerca del punto muerto inferior. Cuando la pieza impacta contra la matriz superior, se genera un fuerte ruido y una vibración significativa.

(4) El procesamiento de la forja incluye los siguientes métodos:

Forja en caliente, forja en frío, procesamiento por extrusión, estampado, procesamiento de compuestos, etc.

  1. Forja en caliente:

Debido a la alta temperatura del material, el tiempo de contacto entre la matriz y la pieza debe reducirse al mínimo. La velocidad del bloque deslizante debe ser rápida, y también debe reducirse el tiempo de contacto entre el material a alta temperatura, el producto y la matriz. Como resultado, cuando grandes componentes como el cigüeñal, el engranaje y el bloque deslizante se ponen en marcha y se paran rápidamente, las vibraciones de arranque y parada de la maquinaria de forja aumentarán. Al mismo tiempo, debido a que el tiempo de conformación del producto es corto y el impacto del procesamiento es alto, se producen vibraciones significativas.

  1. Forja en frío:

Debido a la lenta velocidad de deformación de la estructura metálica del material procesado, no es posible conformar a una velocidad de procesamiento rápida. En consecuencia, la maquinaria de forja suele emplear un mecanismo de accionamiento de baja velocidad (articulación acodada y biela) en la zona de estampación. La velocidad de impacto entre la pieza y la matriz superior es lenta, y el tiempo de conformado es largo, por lo que la velocidad de cambio de carga de la maquinaria de forja es lenta, dando lugar a vibraciones de carga relativamente bajas.

  1. Tratamiento de la forja:

Independientemente de si se trata de forja en caliente o en frío, al final del proceso suele generarse una fuerte carga, lo que provoca vibraciones causadas por la recuperación de las piezas sometidas a tensión tras el procesamiento.

  1. Tratamiento de compuestos:

El procesamiento de materiales compuestos suele implicar una combinación de procesamiento de presión inferior, como corte (blanking), doblado y estirado. En este caso, la carga generada por el procesamiento de corte en el punto muerto inferior completa el corte antes del punto muerto inferior, provocando un rebasamiento instantáneo.

En el caso de vibraciones residuales provocadas por el rebasamiento, el proceso de prensado inferior comienza en el punto muerto inferior, lo que provoca un aumento significativo del impacto y vibraciones más potentes.

Análisis compuesto de vibraciones

Durante el funcionamiento, la máquina de forja puede producir vibraciones de operación debido a su propia rigidez y a las condiciones de funcionamiento. La vibración de carga se produce por el tipo de procesamiento y la carga, y la vibración de deformación se genera a partir de la vibración natural de la pieza de trabajo, la matriz y la máquina.

Las características de las vibraciones, como el tipo, la cantidad, el número de ciclos y el tiempo, pueden cambiar ligeramente durante el proceso de forja, unas veces aumentando y otras anulándose.

Para mejorar la precisión del producto y aumentar la vida útil de la matriz, algunos clientes exigen que la rigidez del cuerpo de la mesa sea de 5 a 6 veces superior a la de la maquinaria de forja típica, lo que también aumenta su capacidad relativa.

Estas máquinas están diseñadas no sólo para proporcionar una gran precisión, sino también para ofrecer un entorno de trabajo silencioso y con pocas vibraciones.

Propagación de las vibraciones

(1) La vibración producida por la maquinaria de forja se transmite a la cimentación de la maquinaria y sus alrededores a través del suelo y el terreno de cimentación.

(2) Para una maquinaria de forja de estirado universal vertical general, la vibración generada en la superficie de montaje es un factor significativo. Se estima que esta fuerza de arranque de la vibración es de 10% a 40% del peso de la maquinaria, lo que puede provocar que las ondas de vibración se propaguen por los cimientos.

Medidas de prevención de las vibraciones en la maquinaria de forja

(1) Prevención de estructuras mecánicas

En el diseño de maquinaria de forja, se añaden dispositivos de equilibrio dinámico a la estructura para eliminar el momento de inercia desequilibrado causado por piezas asimétricas como cigüeñales y bielas. Además, las piezas giratorias con simetría circunferencial se someten a pruebas de equilibrio dinámico para evitar las vibraciones provocadas por los momentos de inercia desequilibrados causados por errores de fabricación.

(2) Prevención de la configuración del desbloqueo del freno

Pueden producirse vibraciones durante el arranque y la parada de la maquinaria de forja. Reduciendo la velocidad de combinación del embrague y el freno o seleccionando un embrague suave y un freno suave sin afectar a la capacidad de la prensa, vibración mecánica puede reducirse eficazmente.

(3) Maquinaria de forja y prevención de matrices

Las vibraciones pueden reducirse mediante proceso de estampación y el diseño de la estructura de la matriz. Esto incluye reducir la demanda de presión de estampado y evitar una carga de estampado excesiva, seleccionar maquinaria de forja con velocidad de estampado reducida cerca del punto muerto inferior para evitar grandes impactos, y reducir la demanda de presión de estampado mediante un tratamiento térmico temprano de la pieza en bruto de estampado para el estampado de forja en caliente para reducir el impacto y la vibración.

(4) Prevención de la transmisión de vibraciones de la maquinaria de forja

Se puede reducir la transmisión de vibraciones al entorno circundante a través de los cimientos utilizando un aislante de vibraciones en la maquinaria de forja. Además, se puede diseñar una zanja de aislamiento de vibraciones alrededor de los cimientos de la maquinaria de forja para reducir la transmisión de vibraciones y garantizar la precisión de los equipos circundantes.

Conclusión

Con el crecimiento de la economía y la mejora del nivel de vida, la protección del medio ambiente y el bienestar de los trabajadores son cada vez más importantes para el Estado y los ciudadanos.

Garantizar la seguridad de los operarios frente a los riesgos medioambientales se está convirtiendo en una tendencia ineludible.

Sólo es posible adoptar medidas eficaces de prevención y control si se conocen a fondo los factores y la vía de transmisión de las vibraciones causadas por las operaciones de forja. Aunque las vibraciones son un aspecto inevitable de las operaciones de forja, su impacto en el medio ambiente puede reducirse modificando el diseño mecánico y aplicando un sistema de aislamiento de las vibraciones. Sin embargo, existe un compromiso entre el coste de la inversión y la protección del medio ambiente que debe considerarse cuidadosamente.

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