“MEJORAS AL DISEÑO DE UNA PRENSA DE 1600 … · INTRODUCCIÓN Las prensas hidráulicas son muy versátiles para cualquier operación de plegado, curvado, enderezado, etc. de diversas

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA, ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

Jesús Almonaci Vallejo

Rafael Angel Rodríguez Cruz

Dr. José de Jesús Razo García

“MEJORAS AL DISEÑO DE UNA PRENSA

DE 1600 TONELADAS”

INTRODUCCIÓNLa prensa es una máquina herramienta que tiene como

finalidad lograr la deformación permanente o incluso cortar un determinado material, mediante la aplicación de una carga.

Para la producción en masa, las prensas son empleadas cada día en mayor número, sustituyendo a otras máquinas. Existe además la razón adicional de que con una buena operación y calidad de las prensas, se pueden obtener productos de mucha homogeneidad, buen acabado y con una buena tolerancia.

Principio de funcionamiento de la prensa hidráulica.

INTRODUCCIÓN

Las prensas hidráulicas son muy versátiles para cualquier operación de plegado, curvado, enderezado, etc. de diversas formas, tamaños y secciones, estas pueden ser convencionales y de CNC.

PRENSAS CON BASTIDOR DE CUELLO DE CISNE Fabricante Fuerza (kN) Superficie de la mesa (mm)

AGME 50 a 500 300 x 350 a 400 x 550 ARRIETA 200 a 2 000 625 x 480 a 1 100 x 840 LUZUAN 40 a 3 000 300 x 400 a 500 x 800 LOIRE 500 a 15 000 800 x 600 a 2 500 x 2 000

ONA PRES 200 a 15 000 800 x 600 a 2 500 x 2 000

PRENSAS DE DOS MONTANTES O DE CUATRO COLUMNAS Fabricante Fuerza (kN) Superficie de la mesa (mm)

AGME 100 a 2 000 500 x 500 a 1 000 x 1 000 ARRIETA 750 a 6 300 900 x 700 a 2 000 x 1 500

GAMEI 3 000 a 20 000 500 x 600 a 1 200 x 120 LIZUAN 200 a 2 500 500 x 500 a 1 500 x 1 500 LOIRE 500 a 25 000 1 000 x 800 a 5 000 x 3 000

ONA PRESS 800 a 25 000 3 200 x 2 500 a 5 250 x 2 700

INTRODUCCIÓN

Ejemplos de prensas hidráulicas verticales, de cuello de cisne.

Ejemplos de prensas hidráulicas verticales.

INTRODUCCIÓN

Ejemplos de prensas hidráulicas verticales, de columnas.

INTRODUCCIÓN

Ejemplos de prensas hidráulicas horizontales.

Ejemplos de prensas hidráulicas verticales, de CNC.

INTRODUCCIÓN

En lo que se refiere a la manera de actuar, lasprensas se dividen en 3 grupos principales:

•Simple acción•Doble acción•Triple acción

Los factores principales para seleccionar un tipo de prensa para una determinada producción son:

•Clase de operación por efectuarse•Forma y tamaño del artículo•Material empleado en la fabricación del artículo•Producción horaria.•Troqueles o dados, su tamaño y construcción

INTRODUCCIÓN

Las aplicaciones de las prensas hidráulicas, según el fin a las que son destinadas, son:

•Para comprimir cuerpos voluminosos.

•Para la extracción de zumos, aceites esencias.

•Para elevar cuerpos muy pesados.

•Para desarrollar esfuerzos.

•Para trabajar los metales.

•Para efectuar diversos ensayos.

•Para moldear bajo presión.

INTRODUCCIÓN

Los factores principales para seleccionar un tipo de prensa para una determinada producción son:

•Clase de operación por efectuarse.

•Forma y tamaño del artículo.

•Material empleado en la fabricación del artículo.

•Producción horaria.

•Precios límites del producto terminado.

•Troqueles o dados, su tamaño y construcción.

PRENSA HIDRÁULICA DE 1600 TON.

Los procesos de manufactura que se llevarán acabo en la prensa hidráulica entre otros, para la posición cerrada son el doblez de placas de espesores muy gruesos, el embutido y cortado de tapas para tanques. Cuando la prensa hidráulica se trabaje en las posiciones abierta e intermedia, se realizarán los mismos procesos de manufactura pero para espesores más pequeños.


Prensa hidráulica en la etapa de construcción actual.


Componentes: mesa y carro móvil.

Componente: viga telescópica.

CONSTRUCCIÓN DE LA CORTINA

CONSTRUCCIÓN DE LA CORTINA

Posición de trabajo: cerrada, intermedia y abierta.

MODELADO DE LA CORTINA

Configuración interna de la cortina.

Elementos utilizados: vigas simétricas y no simétricas.


Elementos utilizados: placas y contactos.

Soldadura, placas de contacto superior e inferior, y placas posicionadoras de los pistones.


Configuración final de la cortina.

Ecuaciones de restricción representan la soldadura.

CONDICIONES DE FRONTERA (cortina)

Posición abierta.


Posición intermedia.


Posición cerrada.

RESULTADOS DEL ANÁLISIS (cortina)

Posición abierta.n = 1.78


Posición abierta.n = 1.08


Posición intermedia.n = 1.34


Posición intermedia.n = 1.1


Posición cerrada.n = 1.93


Posición cerrada.n = 0.634

CONSTRUCCIÓN DE LA MESA

(a) (b)

MODELADO DE LA MESA

MODELADO DE LA MESA

Elementos utilizados: placas, vigas no simétricas (rieles de ferrocarril) y contactos.

Configuración final de la cortina.


CONDICIONES DE FRONTERA (mesa)

Posición abierta. Posición intermedia.

Posición cerrada.

RESULTADOS DEL ANÁLISIS (mesa)

Posición abierta.


Placas, n = 0.82

Rieles, n = 7.45

Posición abierta.




Placas, n = 2

Rieles, n = 11.31



Posición cerrada.


Placas, n = 1.18

Rieles, n = 7.73

Posición cerrada.

CONSTRUCCIÓN DE LA VPP

MODELADO DE LA VPP

CONDICIONES DE FRONTERA (vpp)

Elementos utilizados: placas y contactos.


RESULTADOS DEL ANÁLISIS (vpp)

n = 0.35

CONSTRUCCIÓN DE LAS COLUMNAS

Las secciones transversales de las columnas son:

ANÁLISIS DE LAS COLUMNAS

Columnas sección transversal I:Tensión: [ ] MPa

mxmmNx

mxNx

IMc

AF 7164.132

108012.8)0988.0()0114.0(10789.1

1029.1610789.1

45

6

23

6

=+=+= −−σ

86.17164.132

248===

MPaMPaS y

ση

Compresión:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+

=

AEP

kl

kec

SAP yc

2sec1 2

toneladasPP

xPx

343

100399.4)101787.7cos(

20849.016

4

=

=+ −

ANÁLISIS DE LAS COLUMNAS

Columnas sección transversal II:Tensión:

Compresión:

MPamx

NxAF 4181.66

109354.2610789.1

23

6

=== −σ

73.34181.66

248===

MPaMPaS y

ση

toneladasPCEk

lSS

AP

cr

yy

cr

564

12

2

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

π

CONSTRUCCIÓN DEL CARRO MÓVIL

MODELADO DEL CARRO MÓVIL

MODELADO DEL CARRO MÓVIL

CONDICIONES DE FRONTERA (carro)

Elementos utilizados: vigas simétricas, no simétricas, placas y contactos.

RESULTADOS DEL ANÁLISIS (carro)

n = 1.37

RESULTADOS DEL ANÁLISIS (carro)

n = 1.69

CONCLUSIONES1. La cortina trabaja con factores de seguridad mayores a la

unidad en algunos casos, por lo que es necesario modificar su geometría, hasta obtener el modelo deseado que trabaje con un factor de seguridad mayor o igual a dos.

2. La mesa al igual que la cortina trabaja con factores de seguridad para algunos casos mayores a la unidad, siendo necesario modificar la configuración de éste componente con el propósito de aumentar el factor de seguridad con el que trabaja.

3. La VPP trabaja con un factor de seguridad menor que la unidad, para mejorarlo, es necesario rigidizar dicho componente hasta cumplir el factor de seguridad objetivo.

4. Cada carro móvil trabaja con un factor de seguridad mayor a la unidad, ya que se requiere que la prensa en general trabaje con un factor de seguridad mayor a dos, es necesario modificar su estructura interna hasta obtener el factor de seguridad objetivo.

PENDIENTES1. Actualmente se está trabajando en encontrar la manera eficaz

de reforzar la cortina y la mesa, para cumplir el factor de seguridad mínimo especificado.

2. La manera de reforzar la VPP y cada carro móvil debe ser muy cuidadosa, para lograr que la distribución de esfuerzos sea homogénea en toda la estructura, y evitar que solo algunos elementos soporten la mayor carga.

3. Cuando los análisis de los componentes de la prensa hidráulica resulten satisfactorios, se procederá a instrumentar los componentes que intervienen en el acabado del producto terminado que es la cortina y la mesa, con el fin de tener un control en el comportamiento estructural y predecir el grado de tolerancia del producto final.

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