Vibração causada pelo mecanismo de movimento de máquinas de forjamento
A máquina forjadora possui uma estrutura desequilibrada, o que resulta em vibrações durante a operação.
(1) Os componentes da estrutura desequilibrada nas máquinas de forjamento (Figura 1) incluem o bloco deslizante, biela, virabrequim, engrenagem, etc.
Fig. 1 Estrutura desequilibrada do equipamento de forjamento
O controle deslizante se move para cima e para baixo, enquanto o virabrequim, a engrenagem e a cabeça da biela giram. Essas peças móveis não uniformes geram uma força vibracional, fazendo com que a máquina de forja vibre.
(2) Força inicial de componentes desequilibrados:
Devido aos fatores de qualidade das partes móveis e à alta velocidade de movimento, particularmente à rápida velocidade de rotação dos componentes deslizantes, os pontos finais dos componentes rotativos desequilibrados e das partes móveis alternativas geram uma força inicial significativa, levando a um aumento no vibrações das máquinas de forjamento.
(3) Para reduzir as vibrações operacionais e aumentar a precisão e estabilidade das máquinas de forjamento durante a produção de forjamento em alta velocidade, um dispositivo de equilíbrio dinâmico alternativo (Figura 2) pode ser adicionado ou um dispositivo de equilíbrio rotativo pode ser projetado para reduzir as vibrações operacionais de a própria máquina de forjamento.
Fig. 2 Dispositivo de balanceamento dinâmico
No entanto, estes dispositivos de equilíbrio muitas vezes consomem energia, o que entra em conflito com os princípios económicos e de poupança de energia das máquinas de forjamento.
A implementação desses dispositivos de balanceamento operacional requer uma consideração abrangente de sua necessidade, custo de fabricação, consumo de energia, ambiente operacional e outros fatores relevantes.
(4) Em comparação com as máquinas industriais em geral, as máquinas de forjamento requerem operações de partida e parada instantâneas de alta potência durante a partida e a parada.
Como resultado, é essencial selecionar e combinar a embraiagem e o travão com uma grande capacidade para permitir que as peças móveis arranquem e parem instantaneamente, mas isso também pode resultar em vibrações.
As máquinas de forjamento e estampagem a quente têm altas capacidades e geram vibrações significativas durante partidas e paradas instantâneas.
Para equilibrar o desempenho de partida e parada e as vibrações, é necessário ajustar a velocidade de ação da embreagem e do freio dentro de uma faixa que não afete o funcionamento do maquinário. Isso é comumente referido como “embreagem suave” e “freio suave”.
Vibração produzida por máquinas de forjamento durante a operação
As vibrações produzidas pelas máquinas de forjamento podem variar significativamente dependendo do tipo de processamento, capacidade de aplicação, materiais de forjamento, velocidade de produção e projeto mecânico.
Período de vibração no processo de forjamento
(1) Vibração no início do processamento:
O bloco deslizante da máquina de forjamento começa a se mover para baixo a partir do ponto morto superior e faz com que a matriz impacte a peça a uma velocidade fixa. Este impacto resulta em vibração.
(2) Vibração Perto do Final do Processamento:
Quando o bloco deslizante da máquina de forjamento está próximo do ponto morto inferior, as matrizes superior e inferior sofrem uma pressão significativa. Neste momento, as partes tensionadas de cada componente irão deformar-se e vibrar sob o impacto desta carga.
(3) Vibração após processamento:
Uma vez concluído o processamento e a carga pressurizada removida, as peças tensionadas também vibrarão devido à recuperação da deformação. Este tipo de vibração varia dependendo do tipo de processamento, sendo o processamento de corte responsável pela maior parte da vibração geral.
Influência da tecnologia de processamento no nível de vibração
O processamento mecânico de forjamento pode ser amplamente categorizado em processamento de corte, processamento de dobra, processamento de desenho e processamento de forjamento.
Para máquinas de forjamento, os métodos de processamento acima e as combinações desses métodos resultam em vibrações diferentes devido aos diferentes métodos de processamento.
(1) Processamento de supressão:
Assim que a matriz superior entra em contato com a peça, a carga máxima é gerada e a peça quebra, liberando a carga. A deformação (flexão) dos componentes pressionados, como corpo da mesa, bloco deslizante, biela, virabrequim e engrenagem motriz, é instantaneamente aliviada com a carga de processamento. Neste momento, ocorrerão fortes vibrações na direção oposta da carga. Este fenômeno é comumente referido como “overshoot” (Figura 3).
Fig.3 Diagrama esquemático de ultrapassagem
(2) Processamento de dobra:
A vibração produzida durante o processamento de dobra variará dependendo do método de processamento, como o formato da dobra. Normalmente, o processamento começa com uma pequena carga no estágio inicial.
Na fase final do processamento, a gravação em relevo pode ser utilizada para conseguir uma dobragem precisa do produto e para produzir uma dobragem visualmente agradável. A gravação em relevo requer pressão significativa, o que pode resultar em vibrações nas máquinas de forjamento.
(3) Processamento de desenho:
A carga de formação no processo de trefilação aumenta gradualmente. Durante a estampagem profunda, a carga máxima é normalmente gerada em torno de 40% a 70% da altura da estampagem. À medida que o processo se aproxima do ponto morto inferior, a carga diminui, resultando em vibrações de formação relativamente baixas.
Para evitar indentações em materiais ou produtos durante a estampagem profunda, um dispositivo chamado matriz é comumente usado para evitar enrugamento. A posição de contato entre a base da matriz e a matriz é onde o controle deslizante está mais próximo do ponto morto inferior. Quando a peça de trabalho impacta a matriz superior, um ruído alto e uma vibração significativa são gerados.
(4) O processamento de forjamento inclui os seguintes métodos:
Forjamento a quente, forjamento a frio, processamento de extrusão, gravação em relevo, processamento de compostos, etc.
- Forjamento a quente:
Devido à alta temperatura do material, o tempo de contato entre a matriz e a peça deve ser minimizado. A velocidade do bloco deslizante deve ser rápida e o tempo de contato entre o material de alta temperatura, o produto e a matriz também deve ser reduzido. Como resultado, quando componentes grandes, como virabrequim, engrenagem e bloco deslizante, são iniciados e parados rapidamente, as vibrações de partida e parada da máquina de forjamento aumentarão. Ao mesmo tempo, como o tempo de formação do produto é curto e o impacto do processamento é alto, são produzidas vibrações significativas.
- Forjamento a frio:
Devido à lenta velocidade de deformação da estrutura metálica do material processado, não é possível formar a uma velocidade de processamento rápida. Como resultado, as máquinas de forjamento normalmente empregam um mecanismo de acionamento de baixa velocidade (junta de cotovelo e biela) na área de estampagem. A velocidade de impacto entre a peça de trabalho e a matriz superior é lenta e o tempo de formação é longo, de modo que a velocidade de mudança de carga da máquina de forjamento é lenta, resultando em vibrações de carga relativamente baixas.
- Processamento de forjamento:
Independentemente de ser forjamento a quente ou a frio, normalmente é gerada uma carga forte no final do processo, levando a vibrações causadas pela recuperação das peças tensionadas após o processamento.
- Processamento Composto:
O processamento de compósitos normalmente envolve uma combinação de processamento de pressão inferior, como corte (blanqueamento), dobra e alongamento. Neste caso, a carga gerada pelo processamento de corte no ponto morto inferior completa o corte antes do ponto morto inferior, causando um overshoot instantâneo.
No caso de vibrações residuais causadas por overshoot, o processo de prensagem inferior começa no ponto morto inferior, causando um aumento significativo no impacto e vibrações mais poderosas.
Análise composta de vibração
Durante a operação, a máquina de forjamento pode produzir vibração operacional devido à sua própria rigidez e condições operacionais. A vibração da carga é produzida pelo tipo de processamento e pela carga, e a vibração de deformação é gerada a partir da vibração natural da peça, matriz e máquina.
As características de vibração, como tipo, quantidade, número de ciclo e tempo, podem mudar ligeiramente durante o processo de forjamento, às vezes aumentando e às vezes anulando-se mutuamente.
Para melhorar a precisão do produto e aumentar a vida útil da matriz, alguns clientes exigem que a rigidez do corpo da mesa seja 5 a 6 vezes maior do que a de máquinas de forjamento típicas, o que também aumenta sua capacidade relativa.
Essas máquinas são projetadas não apenas para fornecer alta precisão, mas também para oferecer um ambiente de trabalho com baixo ruído e baixa vibração.
Propagação de vibração
(1) A vibração produzida pelas máquinas de forjamento é transmitida à fundação da máquina e à área circundante através do solo e do solo da fundação.
(2) Para máquinas de forjamento de trefilação universal vertical geral, a vibração gerada na superfície de montagem é um fator significativo. Esta força inicial de vibração é estimada em 10% a 40% do peso do maquinário, o que pode fazer com que as ondas de vibração se espalhem pela fundação.
Medidas de prevenção de vibrações em máquinas de forjamento
(1) Prevenção de Estrutura Mecânica
No projeto de máquinas de forjamento, dispositivos de equilíbrio dinâmico são adicionados à estrutura para eliminar o momento de inércia desequilibrado causado por peças assimétricas, como virabrequins e bielas. Além disso, peças rotativas com simetria circunferencial passam por testes de equilíbrio dinâmico para evitar vibrações decorrentes de momentos de inércia desequilibrados causados por erros de fabricação.
(2) Prevenção de configuração de liberação de freio
A vibração pode ocorrer durante a partida e parada de máquinas de forjamento. Ao reduzir a velocidade combinada da embreagem e do freio ou selecionar uma embreagem e um freio macios sem afetar a capacidade da prensa, a vibração mecânica pode ser efetivamente reduzida.
(3) Máquinas de forjamento e prevenção de matrizes
A vibração pode ser reduzida através do processo de estampagem e do projeto da estrutura da matriz. Isso inclui reduzir a demanda por pressão de estampagem e evitar carga excessiva de estampagem, selecionar máquinas de forjamento com velocidade de estampagem reduzida perto do ponto morto inferior para evitar grandes impactos e reduzir a demanda por pressão de estampagem através do tratamento térmico precoce da peça de estampagem para estampagem por forjamento a quente. para reduzir o impacto e a vibração.
(4) Prevenção de transmissão de vibração de máquinas de forjamento
A vibração pode ser reduzida de ser transmitida ao ambiente circundante através da fundação usando um isolador de vibração na máquina de forjamento. Além disso, uma vala de isolamento de vibração pode ser projetada ao redor da fundação da máquina de forjamento para reduzir a transmissão de vibração e garantir a precisão do equipamento circundante.
Conclusão
Com o crescimento da economia e os avanços nos padrões de vida, a proteção ambiental e o bem-estar dos trabalhadores tornaram-se cada vez mais importantes tanto para o Estado como para o público.
Garantir a segurança dos operadores contra riscos ambientais está se tornando uma tendência inevitável.
Medidas eficazes de prevenção e controle só podem ser tomadas através da compreensão completa dos fatores e do caminho de transmissão da vibração causada pelas operações de forjamento. Embora a vibração seja um aspecto inevitável das operações de forjamento, seu impacto no meio ambiente pode ser reduzido modificando o projeto mecânico e implementando um sistema de isolamento de vibração. Contudo, existe um compromisso entre o custo do investimento e a protecção ambiental que deve ser considerado cuidadosamente.
