Por Natal Pasqualetti Neto*

 

Existem muitos tipos de prensas, cada tipo com suas particularidades e aplicações. Aqui, vamos apresentar os tipos básicos de prensas utilizados na estampagem de metais, sobretudo os tipos utilizados na indústria automotiva.

 

Para a classificação do tipo de prensa foi considerado o tipo de acionamento, o que resulta em: prensas mecânicas, prensas hidráulicas e servoprensas.

 

Prensas mecânicas

 

Princípio de funcionamento:

• O motor elétrico principal, por meio de um acionamento por correia, gira o volante e armazena no mesmo a energia da prensa. Esta energia da prensa mecânica é bem limitada.

• Ao acionar a embreagem e fazer o engate da prensa, o acionamento no cabeçote irá girar o eixo excêntrico e este irá transformar o movimento de giro em um movimento linear de subir e descer. Neste tipo de mecanismo, matematicamente a curva de força, ao se aproximar do PMI (ponto morto inferior) é uma tangente. Isto é, a força tende ao infinito.
   

 

Vamos entender a especificação de uma prensa mecânica pegando como exemplo os dados técnicos abaixo:

 

Prensa mecânica excêntrica

Capacidade de força = 4.000 kN a 10 mm antes do PMI

Curso = 250 mm

 

Capacidade de força significa que a estrutura e componentes da prensa foram dimensionados para suportar uma força 4.000 kN e que esta força só pode ser utilizada a partir de 10 mm antes do PMI. Caso estas condições não sejam obedecidas isto irá danificar a máquina.

 

Considerando que esta força de 4.000 kN pode percorrer 10 mm, concluímos que a energia da prensa é

T = 4.000 kN x 0,01 m = 40 kJ

Isto significa que a prensa tem uma energia disponível de 40 kJ para todo o processo de estampagem da peça. A energia disponível é, no máximo, 20% da energia total armazenada no volante (escorregamento máximo do motor elétrico: 20%).

 

A energia disponível de uma prensa mecânica depende do dimensionamento do conjunto motor/volante. Dependendo da peça a ser produzida, será definida a energia da prensa. Por exemplo: 4.000 kN a 5 mm antes do PMI, 4.000 kN a 10 mm antes do PMI, 4.000 kN a 15 mm antes do PMI, etc.

 

O curso da prensa mecânica é o quanto o martelo anda. No exemplo dado, o curso é de 250 mm. Em geral, o curso das prensas mecânicas é fixo; entretanto, existem algumas prensas pequenas que permitem a regulagem do curso.

 

O movimento de subir e descer do martelo segue uma curva seno-cosseno, no caso de uma prensa excêntrica simples.

 

Prensas hidráulicas

Princípio de funcionamento:

• Na descida do martelo é enviada pressão de óleo para a parte superior do pistão, empurrando para baixo. O óleo da parte inferior do pistão retorna para o tanque.

• Na subida do martelo é enviada pressão de óleo para a parte inferior do pistão, empurrando para cima. O óleo da parte superior do pistão retorna para o tanque.
   

 

Vamos entender a especificação de uma prensa hidráulica tomando como exemplo os dados técnicos abaixo:

 

Prensa hidráulica

Força nominal = 4.000 kN

Curso = 250 mm

 

Força nominal é a força máxima disponível na prensa hidráulica, conforme o projeto da mesma. Esta força pode ser regulada de 0 kN a 4.000 kN, conforme a ferramenta a ser utilizada.

 

O curso da prensa hidráulica é o quanto o pistão pode andar dentro do cilindro (curso útil do pistão). Este curso também pode ser regulado de 0 mm a 250 mm e não tem uma posição fixa, ou seja, o PMS (ponto morto superior) e o PMI (ponto morto inferior) também são reguláveis.

 

A força da prensa hidráulica está disponível em todo o curso, isto significa que para o nosso exemplo a energia da prensa hidráulica é

T = 4.000 kN x 0,25 m = 1.000 kJ

Por este motivo a prensa hidráulica é imbatível quando se trata de repuxo profundo.

 

Servoprensas

A servoprensa é uma prensa relativamente nova, que surgiu em meados do ano 2.000. O seu desenvolvimento foi possível devido ao avanço tecnológico na área de motores elétricos e dos controles de automação.

 

Para a estampagem de metais, de modo geral, podemos dizer que é uma prensa mecânica em que o acionamento principal (motor elétrico principal, volante e embreagem) foi substituído por um acionamento direto de um "torquemotor".

 

O torquemotor é um motor elétrico de altíssimo torque, que tem a capacidade de fornecer diretamente o torque necessário para o corte e/ou conformação da peça, sem a necessidade do volante. Quando a prensa é desligada, existe um freio estacionário que mantém o eixo de acionamento travado.

 

Nas desacelerações ou paradas do torquemotor, parte da energia é perdida e parte da energia vai para um sistema de armazenamento de energia. Quando o torquemotor é novamente acelerado, o sistema de armazenamento auxilia na alimentação de energia do torquemotor (regeneração de energia).

 

Um ponto a ser levado em consideração é que a servoprensa exige um espaço físico extra na planta para os armários de potência e de controle.

 

Uma análise comparativa entre os tipos de prensas

 

• Aplicação
   

Prensa mecânica - Corte e repuxo raso

Prensa hidráulica - Faz qualquer peça, mas a sua aplicação principal é o repuxo profundo.

Servoprensa - Corte e repuxo raso, porém mais profundo que a prensa mecânica.

 

• Consumo de energia
   

Prensa mecânica - Baixo consumo de energia

Prensa hidráulica - Alto consumo de energia

Servoprensa - Baixo consumo de energia

 

• Força
   

Prensa mecânica - Necessita de um sistema de proteção contra sobrecarga.

Prensa hidráulica - Força regulável, não necessita sistema de proteção contra sobrecarga.

Servoprensa - Necessita de um sistema de proteção contra sobrecarga.

 

• Produção
   

Prensa mecânica - Alta produção

Prensa hidráulica - Baixa produção

Servoprensa - Alta produção

Nota: É importante lembrar que a ferramenta e o sistema de alimentação e retirada de peça são os principais fatores limitantes da produção.

 

• Operação em "Ajuste" para teste da ferramenta (try out)
   

Prensa mecânica - Não é permitido fazer a peça na modalidade "Ajuste".

Prensa hidráulica - É permitido fazer a peça na modalidade "Ajuste".

Servoprensa - É permitido fazer a peça na modalidade "Ajuste".

 

• Controle de velocidade de operação
   

Prensa mecânica - GPM (golpes por minuto) regulável. Algumas prensas antigas têm o GPM fixo.

Prensa hidráulica - Velocidade regulável, inclusive durante o ciclo da prensa.

Servoprensa - Velocidade regulável, inclusive durante o ciclo da prensa.

 

• Controle do movimento do martelo
   

Prensa mecânica - Em produção, o martelo sempre executa um ciclo completo, seguindo a curva de seu mecanismo, por exemplo, seno-cosseno no caso de mecanismo excêntrico.

Prensa hidráulica - O movimento do martelo pode ser programável das mais variadas formas, inclusive a parada embaixo com pressão (recalque).

Servoprensa - O movimento do martelo pode ser programável das mais variadas formas, inclusive a parada embaixo com pressão (recalque). Outro ponto interessante é que não há necessidade de completar o ciclo do mecanismo, pode ser programado para o movimento em pêndulo, ou seja, o martelo para durante o curso de subida e retorno.

 

• Manutenção
   

Prensa mecânica - Menor número de peças de desgaste, manutenção simples.

Prensa hidráulicas - Maior número de peças de desgaste (vedações), requer manutenção constante.

Servoprensa - Menor número de peças de desgaste, porém requer mão de obra qualificada para o torquemotor e seu sistema de controle.

 

Com base no exposto, podemos concluir que a prensa hidráulica, por ser bem flexível, é muito utilizada em ferramentaria para os testes de ferramenta (try out). No entanto, é necessário um certo cuidado, pois uma peça feita na prensa hidráulica pode não ser possível de fazer em uma prensa mecânica. É preciso analisar criteriosamente a energia necessária para fazer a peça e qual a energia disponível na prensa.

No caso de repuxo profundo a prensa hidráulica é imbatível.

Para o corte e repuxo raso, a prensa mais utilizada é a prensa mecânica devido ao baixo consumo de energia e alta produtividade.

 

No caso da servoprensa, com o passar do tempo ela deve substituir grande parte das prensas mecânicas. Podemos dizer que a servoprensa é como uma prensa mecânica com a flexibilidade próxima de uma prensa hidráulica. Hoje em dia as linhas de prensas automotivas de maior produção são compostas por servoprensas.

 

*Natal Pasqualetti Neto é engenheiro mecânico pós-graduado em Automação Industrial pelo Centro Universitário FEI (São Bernardo do Campo, SP). Sócio Proprietário da NATAL Treinamento e Consultoria - www.natal.eng.br

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