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INFORME TCNICO 00209/2005 1

Fora e sobrecarga em prensas excntricas

1- Fenmeno fsico da fora em uma prensa excntrica

Para entendermos de onde vem a fora em uma prensa mecnica ou prensa excntrica, vamos aqui voltar aos conceitos bsicos de fsica para explicar alguns pontos que normalmente deixamos de lado no nosso dia a dia. Na ilustrao abaixo temos dois personagens que nos ajudaro a relembrarmos velhos e esquecidos conceitos. Sugerimos uma questo simples: Ser que possvel um pequeno ratinho levantar um elefante? Se realmente existe esta possibilidade, de que maneira isto seria possvel?


Muitas alternativas podero ser sugeridas, mas se a resposta for uma alavanca, ento estamos com uma grande possibilidade de aplicao de um conceito fsico simples. Para que efetivamente o ratinho consiga levantar ou estar em equilbrio com o elefante, uma lei da fsica dever ser atendida, que o equilbrio de momentos nos dois lados da alavanca.

f

d

m = f x dF

D

M = F x DEQUILBRIO

=


Considerando que os momentos devero ser iguais, para conseguirmos o equilbrio a nica opo que temos mexermos com a distncias d e D, para que a equao se torne verdadeira. Ao ultrapassar o ponto de equilbrio teremos um momento maior do lado do ratinho e neste instante ser possvel que o elefante seja levantado.

f

f x dF

F x DEQUILBRIO

=

f

f x d F x D>F


Transportando este conceito para a uma prensa excntrica temos a seguinte situao: O momento disponvel no volante da prensa constante e transferido para o eixo excntrico da prensa atravs da embreagem. A medida que o eixo excntrico gira, o ponto de apoio do brao D modificado e a fora disponvel F aumenta pois o momento disponvel no eixo o mesmo do volante. com esta fora F disponvel que aproveitamos para executar um trabalho em uma prensa excntrica.

F

D

f

d

m = f x d

M = F x D

Fora Fdisponvel

Volante da prensa girando

LADO DO ELEFANTE (EIXO EXCNTRICO)

M= Momento F= Fora disponvel D= Distncia do brao de alavanca

LADO DO RATINHO (VOLANTE) m= Momento f= Fora disponvel d= Distncia do brao de alavanca

d

f

D

F


2- Fenmeno fsico da sobrecarga em uma prensa excntrica

Na figura abaixo notamos que podemos deslocar o ponto de apoio da alavanca, ou reduzirmos a distncia D, em cima de uma proposio que a diviso do brao por 2 e obtermos um novo valor de distncia D. Se ao mudarmos o ponto de apoio sucessivamente, sempre usando o raciocnio de diviso da distncia D por 2 para encontrar uma nova localizao do ponto de apoio e no mexermos na distncia d temos: Sem alterar a fora f e a distncia d, na medida que a distncia D est tendendo a um valor prximo de ZERO, matematicamente podemos dizer que a fora F tender a ir para o INFINITO Cabe aqui alguns questionamentos:

Qual ser o limite desta fora F? O que impediria de a fora F chegar ao INFINITO?

fF

D

Matematicamente podemos dividir D por 2 ?

D/2

F = MD

F = MD

d

fF

F = MD

d

Fazendo D se aproximar do valor

0 zero


Nas seqncias abaixo transportamos a idia de mudana de apoio da alavanca ou variao da distncia D para uma situao real em uma prensa excntrica, onde podemos observar o comportamento da fora F resultante e disponvel. Seqncia 1, posio do eixo a meio curso, distncia da face do martelo at o PMI de 60mm, se considerarmos que m = M, a fora F disponvel ser 13,5 t: Seqncia 2, distncia da face do martelo at o PMI de 8,0mm, se considerarmos que m = M, a fora F disponvel ser 27 t:

F

D

f

d m = f x d

m = 1350 x 0,6

m = 810 kgfm

F = 810/0,06

F = 13500 kgf60 mm

Considerando um curso da prensa

de 120 mm

Para uma prensa com capacidade nominal de 80t

F

D

f

d m = f x d

m = 1350 x 0,6

m = 810 kgfm

F = 810/0,03

F = 27000 kgf8,0 mm


de 120 mm



Seqncia 3, distncia da face do martelo at o PMI de 3,4mm, se considerarmos que m = M, a fora F disponvel ser 40,5 t: Seqncia 4, distncia da face do martelo at o PMI de 0,9mm, se considerarmos que m = M, a fora F disponvel ser 81 t:

F

D

f

d m = f x d

m = 1350 x 0,6

m = 810 kgfm

F = 810/0,02

F = 40500 kgf3,4 mm


de 120 mm


F

D

f

d m = f x d

m = 1350 x 0,6

m = 810 kgfm

F = 810/0,01

F = 81000 kgf0,9 mm



de 120 mm


Seqncia 5, distncia da face do martelo at o PMI de 0,2mm, se considerarmos que m = M, a fora F disponvel ser 162 t, superando as 80 t como capacidade nominal proposta para o equipamento: Podemos observar nas seqncias apresentadas a evoluo da fora F durante o giro do eixo excntrico e podemos concluir que a distncia D ao aproximar-se do valor ZERO a fora disponvel F tender a ir para o INFINITO. Tratamos a fora F como fora disponvel, j que para esta fora realmente existir ser necessrio uma fora de igual intensidade e oposta ao movimento do martelo. Esta fora oposta ser produzida pela ferramenta que ser introduzida na prensa, com o objetivo de se realizar um trabalho de conformao ou corte de materiais diversos. Obviamente se no existir a ferramenta ou material a ser conformado, no estar presente a fora resultado do movimento do eixo excntrico.

F

D

d

f

m = f x d

m = 1350 x 0,6

m = 810 kgfm

F = 810/0,005

F = 162000 kgf0,2 mm



de 120 mm

F

f

F


Entretanto se esta fora oposta superar a fora limite projetada para a prensa estaremos em uma situao de sobrecarga. O limite desta fora F s no chegar a ser infinito pois algum componente da prensa ou da ferramenta entrar em colapso, na grande maioria das vezes de forma irreversvel.

3- Ajuste de fora F em uma prensa excntrica Toda prensa excntrica possui uma forma de ajustar a fora F. Tomando-se como premissa que existe uma ferramenta instalada na prensa, e que o material a ser conformado ou cortado esteja presente na ferramenta, a fora F ser o resultado da fora oposta que este conjunto ferramenta material ir produzir contra a face do martelo e o apoio na mesa.

Uma das formas de ajuste de fora em prensas excntricas atravs do ajuste de altura do martelo


4- Fatores que podem provocar a sobrecarga em uma prensa excntrica Vrios so os fatores que levam a uma situao de sobrecarga em uma prensa excntrica, entre elas podemos citar algumas que so preponderantes:

No observncia dos limites de aplicao da fora para um determinado tipo de trabalho, onde a prensa est sub-dimensionada;

Variabilidade da matria prima que se est utilizando como: dureza, espessura, irregularidades etc;

Falta de conhecimento do uso adequado das prensas nas reas envolvidas com processo de fabricao tais como: engenharia, processos, ferramentaria, produo, manuteno etc;

Ferramentas em mau estado de conservao; Falta de procedimentos adequados de manuteno e inspeo das condies dos

ferramentais e da presa; Erro de operao ou alimentao de ferramenta, exemplo duplo blank na ferramenta

ou a introduo de novo blank sem a retirada da pea pronta; Desconhecimento dos operadores e ajustadores de ferramentas relativo aos princpios

bsicos de funcionamento de uma prensa excntrica e os cuidados necessrios para um perfeito ajuste entre prensa e ferramenta; etc..

Um fator muito importante que leva a prensa a uma situao de sobrecarga o desconhecimento da grandeza da fora que se esta tentando ajustar. Se no houver meios de leitura desta fora, o operador ou ajustador de ferramentas no ter a mnima noo da fora na qual a prensa est sendo submetida. muito comum observarmos operadores ajustando ferramentas em prensas e no momento que se gira o parafuso de regulagem, sem nenhuma preocupao, o operador chega a deslocar o martelo em grandes pores. Na ilustrao acima notamos que de volta no parafuso de regulagem pode representar um grande deslocamento na altura. Pudemos notar em tpico anterior que uma diferena de apenas 0,7mm de altura de trabalho ou de regulagem do martelo samos de uma situao de 81t para 162t, sendo que o limite da prensa supostamente seria de 80t. A probabilidade de se trabalhar fora do limite de fora em uma prensa excntrica muito grande.

de volta= 1,5mm


5- Conseqncia da sobrecarga em uma prensa excntrica Nas ilustraes abaixo podemos notar a fadiga e ruptura de eixo, resultado de uma operao em condies de sobrecarga. Na maioria das vezes o usurio desconhece ou ignora que est utilizando a prensa de forma inadequada, pois no possui instrumento de leitura de fora acoplado prensa. Vrios componentes em uma prensa podem estar sendo submetidos a uma situao de fadiga ou sobre-esforo pois quando se oferece uma situao onde a fora de reao supera o limite de resistncia projetado para estes componentes, no h dvidas que o problema est implantado. Como pudemos comprovar em tpicos anteriores a fora disponvel F pode chegar a valores muito elevado, danificando partes importantes da prensa e podendo chegar at na prpria estrutura. muito comum encontrarmos trincas ou fissuras em corpo de prensas. Trabalhos onde se tem pouca absoro de energia por parte da pea a ser conformada, tais como: cunhagem de figuras, gravao de logomarca, inscries alfanumricas, etc., tornam-se operaes muito crticas, pois sempre teremos uma fora disponvel F elevada devido a proximidade do PMI ponto morto inferior. Normalmente a sobrecarga est presente e no perceptvel pelo operador ou ajustador se no houver instrumentos de leitura disponvel e o resultado final poder ser desastroso.

6- Como evitar a sobrecarga em uma prensa excntrica Algumas medidas abaixo so sugeridas para reduzir a probabilidade de sobrecargas em prensas excntricas:

O princpio fsico de funcionamento das prensas excntricas deve ser de conhecimento de todos envolvidos na operao, ajuste, manuteno etc.. Treinamento adequado para os profissionais envolvidos na utilizao das prensas deve ser adotado;

Especial cuidado deve ser tomado para que a matria prima a ser utilizada na confeco das peas esteja dentro do especificado e sob controle;

Deve-se ter total conhecimento do funcionamento adequado das ferramentas que sero introduzidas nas prensas, suas caractersticas dimensionais, detalhes de alimentao, limite de fora a ser aplicado etc.;


Todo ferramental deve ser submetido a um adequado e constante programa de

manuteno preventivo. Ferramental adequadamente afiado e calibrado reduzir a probabilidade de uma situao de sobrecarga;

Plano de manuteno preventivo nas prensas deve ser adotado, seguindo rigorosamente o que determina o fabricante;

Deve-se utilizar as prensas dentro dos limites de fora e de energia delimitados pelo fabricante e sempre que possvel operar as prensas com no mximo 70% da fora estipulada com limite;

Sempre que possvel adotar nas prensas sistemas de leitura de fora aplicada, para que se possa ter este item efetivamente sob controle. Algumas operaes com prensa no podem ser determinadas por modelos ou algortimos matemticos, sendo a nica sada a experimentao e a constatao da fora necessria atravs de instrumentao adequada;

Sempre que possvel adotar sistemas de proteo hidrulico contra sobrecarga.

Colocado na conexo entre biela e martelo, este sistema far uma proteo efetiva pois impedir a situao de sobrecarga


7- Concluses Em nosso mundo contemporneo existe uma infinidade de produtos que utilizam prensas excntricas no processo de fabricao. No universo de aplicao de prensas excntricas podemos encontrar desde uma operao muito simples como compactao de sabonetes at as mais sofisticadas, como a conformao de peas aeronuticas com alto grau de complexidade e de tolerncias reduzidas. Sem nenhuma exceo as operaes com prensas excntricas devem contemplar os mesmos critrios de cuidados em sua utilizao pois o princpio fsico presente o mesmo. Embora seja a prensa um equipamento de alto risco em sua utilizao, podemos observar no Brasil de uma maneira geral, um parque de mquinas antigo, com equipamentos de 30, 40 anos de idade e ainda funcionando em condies satisfatrias, porm isto no significa imunidade. Em poucos instantes pode-se condenar uma prensa, mesmo sendo uma mquina recm instalada, se critrios adequados de utilizao no forem adotados Apesar de poder aparentar robustez, uma prensa excntrica sempre ter limites que no devem ser ultrapassados e que normalmente so ignorados ou negligenciados pela grande maioria dos usurios. Todo cuidado pouco na utilizao de prensas excntricas, por esta razo devemos difundir a prtica do uso correto em prensas excntricas. Responsvel por este informe tcnico Nerino Ferrari Filho Eng. de Aplicaes

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