Si alguna vez se ha parado junto a una prensa de lado recto durante una tirada de estampado de metal de alta producción, conoce ese temblor. Esa vibración baja y retumbante no sólo hace que el entorno de trabajo parezca caótico, sino que también afecta la longevidad de la máquina, desgasta las matrices más rápido y puede alterar la precisión de las piezas con el tiempo. Como proveedor de prensas de lado recto, he pasado años trabajando con fabricantes de metal que me llamaron para solucionar los problemas de vibración exactos que probablemente esté enfrentando: piezas que salen deformadas, cojinetes que se queman demasiado pronto o incluso fatiga del operador debido al balanceo constante. La buena noticia es que la vibración en las prensas de lados rectos no es un defecto inevitable. La mayor parte se debe a lagunas predecibles y reparables en el diseño, la configuración o el funcionamiento. En esta publicación, analizaré la ciencia de la vibración en prensas de lado recto, compartiré las soluciones que hemos probado para cientos de clientes y mostraré cómo asociarse con un proveedor puede hacer que este problema desaparezca para siempre.
Primero, aclaremos por qué las prensas de lado recto vibran más que otros tipos de prensas. A diferencia de las prensas con marco hueco, que tienen una parte posterior abierta que permite que la flexión del marco se disipe en el aire, las prensas de lado recto se construyen con dos marcos laterales verticales conectados por travesaños superior e inferior para manejar tonelajes más altos (hasta miles de toneladas para conformado de metales pesados). Ese marco rígido es exactamente lo que los hace ideales para piezas grandes y de alto riesgo, como paneles de carrocería de automóviles o carcasas de electrodomésticos, pero también es una trampa para las fuerzas oscilantes generadas durante el recorrido. Cada vez que el ariete golpea el troquel, el movimiento lineal de la manivela o del accionamiento excéntrico se convierte en fuerzas verticales y horizontales que rebotan a través del marco. Si esas fuerzas no están equilibradas o contenidas, se convierten en la vibración que se siente en el suelo de la fábrica.
Tampoco todas las prensas de lados rectos están construidas de la misma manera. Los dos diseños más comunes son las prensas de doble manivela de lado recto y las prensas excéntricas de lado recto, cada una con sus propios activadores de vibración. Las prensas de doble manivela de lado recto utilizan dos cigüeñales paralelos sincronizados para mover el ariete hacia arriba y hacia abajo; su vibración principal proviene de pequeños desajustes en la sincronización entre las dos manivelas, lo que crea una carga desigual en cada lado del ariete. Por el contrario, las prensas excéntricas de lado recto utilizan un solo eje excéntrico para impulsar el ariete, por lo que su vibración a menudo proviene de una masa desequilibrada en el eje o de cojinetes desalineados que permiten que la excéntrica "se tambalee" durante la rotación. No puedo decirles cuántas veces los fabricantes con prensas excéntricas más antiguas nos han llamado diciendo que su vibración aumentó después de que el cojinete del motor de accionamiento se desgastara, porque incluso una pequeña cantidad de juego permite que la excéntrica se mueva, duplicando las fuerzas oscilantes.
Ahora, vayamos a las soluciones. El primer paso, y a menudo el más impactante, es comprobar la alineación y los cimientos de la máquina. Esta es la parte que la mayoría de los operadores omiten, pero es la causa principal del 60 % de los problemas de vibración persistente que vemos. Una prensa de lado recto es tan estable como su base. Con el tiempo, los pisos de las fábricas se asientan, especialmente si se instala una prensa cerca de forjas o sierras pesadas que causan vibraciones constantes en el suelo. Cuando el marco de la prensa no está perfectamente nivelado, el ariete no se desplaza recto hacia arriba y hacia abajo; se inclina ligeramente, alterando la distribución de la carga y creando una fuerza horizontal adicional que sacude toda la máquina. Hemos tenido clientes que pensaban que su prensa estaba rota hasta que la volvimos a nivelar a 0,002 pulgadas por pie (el estándar ISO para prensas de lado recto) y vimos que la vibración disminuyó un 30 % en un solo turno.
El diseño de los cimientos es otra pieza clave aquí. Si su prensa actual está asentada directamente sobre una plataforma de concreto sin aislamiento de vibración, esencialmente está amplificando cada fuerza que genera la prensa. Recomendamos agregar aisladores elastoméricos o de resorte entre la base de la prensa y la base para prensas de tonelaje medio, o una base de inercia de hormigón armado para modelos de alto tonelaje (más de 1000 toneladas). La base de inercia funciona como un contrapeso: su masa anula las fuerzas oscilantes del ariete y del accionamiento. Un cliente en Ohio tenía una prensa excéntrica de lado recto de 500 toneladas que sacudió toda su línea de estampado adyacente hasta que instalamos una base de inercia de 12,000 libras; informaron que durante los recorridos a alta velocidad, los niveles de vibración cayeron de 0,8 g (lo suficientemente alto como para activar los sensores de vibración del piso) a 0,2 g, lo que es indistinguible del ruido ambiental de la fábrica.
A continuación, hablemos del equilibrio y mantenimiento del sistema de transmisión. Para las prensas de doble manivela de lado recto, el mayor desencadenante de vibración es la mala sincronización del cigüeñal. Cuando los dos cigüeñales no están perfectamente sincronizados, un lado del ariete cae 0,001 pulgadas más que el otro durante la carrera descendente. Eso crea una fuerza desigual en los marcos laterales, que se flexionan y vibran cuando el ariete rebota. La calibración de rutina (lo hacemos trimestralmente para nuestros clientes que ejecutan producción 24 horas al día, 7 días a la semana) soluciona este problema. Usamos herramientas de alineación láser para verificar la distancia entre las dos bielas en la parte superior e inferior del recorrido, ajustando los engranajes de sincronización dentro de 0,05 grados de sincronización. En las prensas excéntricas de lado recto, el problema principal es la masa desequilibrada en el eje excéntrico. Las prensas más nuevas vienen con ejes excéntricos equilibrados de fábrica, pero los modelos más antiguos pueden tener grasa acumulada o desgaste en el eje que desequilibra. Agregar un contrapeso atornillado al lado opuesto de la excéntrica del ariete reduce la vibración rotacional hasta en un 40%, una solución que hemos usado en docenas de prensas más antiguas sin una reconstrucción de transmisión completa.
La configuración de troqueles y herramientas es otra área donde los pequeños cambios marcan una gran diferencia. He visto a fabricantes con prensas perfectamente calibradas sufrir vibraciones porque su troquel está montado descentrado en el ariete. Cuando la prensa aplica fuerza a un troquel desequilibrado, la carga no se distribuye uniformemente sobre la superficie del ariete, por lo que el marco tiene que compensar, creando un balanceo de lado a lado. La solución aquí es simple: use siempre abrazaderas de troquel que centren el troquel dentro de 0,005 pulgadas de la línea central del ariete y asegúrese de que el centro de gravedad del troquel esté alineado con el eje del ariete. Para operaciones de embutición profunda, donde la carga se concentra en el centro del troquel, también recomendamos agregar almohadillas de soporte alrededor del perímetro del troquel para distribuir la fuerza por todo el ariete. Un fabricante de autopartes de Michigan redujo su vibración en un 25% simplemente volviendo a sujetar un troquel desalineado que había estado causando una carga desigual durante meses.
Si está considerando actualizar o reemplazar su prensa, elegir el diseño correcto desde el principio elimina la vibración antes de que comience. Cuando trabajo con nuevos clientes, siempre les pregunto sobre sus necesidades de producción: tonelaje, frecuencia de carreras, tamaño de la pieza y tiempo de actividad deseado. Para tiradas de estampado de alta velocidad y alta precisión (como componentes eléctricos que requieren tolerancias estrictas), a menudo recomendamos una prensa de doble manivela de lado recto porque su transmisión sincronizada y su marco rígido producen mucha menos vibración que los diseños excéntricos. Para tiradas más pesadas y lentas (como formar paneles de electrodomésticos grandes), una prensa excéntrica de lado recto con un accionamiento equilibrado y una base de inercia suele ser más rentable sin sacrificar la estabilidad. Recientemente ayudamos a un taller de piezas de HVAC de Pensilvania a cambiar su vieja prensa excéntrica desequilibrada por una prensa de doble manivela de lado recto; informaron que la vida útil de la matriz se duplicó, la tasa de rechazo de piezas se redujo del 8 % al 1 % y las quejas de fatiga del operador casi desaparecieron.
El último paso, que a menudo se pasa por alto, es el seguimiento y el mantenimiento. La vibración no es un problema repentino: aumenta con el tiempo a medida que las piezas se desgastan. Si espera hasta que la vibración sea visible, ya habrá dejado que se acumulen daños en los cojinetes, los cigüeñales y los marcos laterales. Recomendamos instalar un sistema de monitoreo de vibraciones pequeño y asequible en los marcos laterales y el eje de transmisión de la prensa. Estos sensores rastrean los niveles de vibración en tiempo real y envían alertas cuando los niveles superan un umbral (normalmente 0,3 g para la mayoría de las prensas) antes de que los pequeños problemas se conviertan en grandes averías. Uno de nuestros clientes utiliza este sistema para programar el mantenimiento durante el tiempo de inactividad del fin de semana, de modo que nunca tenga que pausar una producción completa para solucionar un problema relacionado con la vibración. Durante dos años, han reducido el tiempo de inactividad no planificado en un 35 % simplemente detectando los problemas de vibración a tiempo.
Al final del día, reducir la vibración de la prensa de lado recto no se trata de arrojar piezas costosas al problema, sino de comprender qué está causando la vibración y aplicar soluciones específicas respaldadas por la ciencia. Ya sea que tenga una prensa excéntrica de lado recto más antigua que comenzó a balancearse durante las tiradas, o una prensa de doble manivela de lado recto más nueva que está alterando la precisión de las piezas, las soluciones suelen ser más simples de lo que cree: nivelar la base, equilibrar la transmisión, alinear el troquel y monitorear los cambios. Si todavía está solucionando problemas, vale la pena trabajar con un proveedor que conozca las prensas de lado recto por dentro y por fuera; hemos ayudado a fabricantes de todas las industrias a reducir la vibración, extender la vida útil de la máquina y mejorar la calidad de las piezas, y podemos hacer lo mismo por usted. Si está listo para dejar de lidiar con ese temblor constante y ver lo que puede hacer una prensa adecuadamente ajustada, comuníquese para iniciar una conversación sobre sus necesidades de producción específicas y cómo podemos ayudarlo.
Referencias
- ISO 16092-1:2019, Máquinas herramienta. Prensas. Requisitos de seguridad y verificación. Parte 1: Requisitos generales para prensas mecánicas.
- Vibración del prensador industrial: causas, impactos y estrategias de mitigación, Journal of Manufacturing Processes, 2021, vol. 67, págs. 452–463
- Diseño de prensas de lado recto y optimización del rendimiento, revista Fabricating & Metalworking, 2022, vol. 58, núm. 4, págs. 28-33
