Sistema de monitoreo de sobrecargas para prensas mecánicas

¿Qué es el HOLP?
Hydraulic Over Load Protection (HOLP) es un sistema que monitorea las condiciones de sobrecarga en una prensa mecánica y libera la presión hidráulica en un cilindro colapsable, permitiendo así que el carro de la prensa sea empujado hacia arriba debido a la presión de la sobrecarga. El propósito principal de este sistema es prevenir que la prensa sufra cualquier daño debido a una sobrecarga. Esta es una característica estándar en las prensas modernas bien diseñadas.

¿Qué más hace este sistema? Además de proteger los componentes de la prensa, el HOLP puede ayudar a proteger los troqueles; parar la operación de la prensa cuando se presentan condiciones peligrosas en el troquel; liberar el carro de la prensa cuando este se atora en el punto inferior del ciclo de la carrera. Además, identifica cuándo es necesario afilar un troquel, reduce la tolerancia en las conexiones e identifica cargas fuera de centro.

¿Dónde se puede encontrar? El HOLP casi siempre se localiza en la parte inferior de la conexión de la transmisión. Cuando se registra una sobrecarga, la parte superior del sistema HOLP permanece fija, mientras que la porción inferior queda libre para permitir que la fuerza de la sobrecarga se libere (Figura 1).

¿Por qué se necesita? Su prensa constituye una gran inversión con un largo plazo de recuperación y en la mayoría de los casos es operada por personas con poco entrenamiento. La sobrecarga puede ser causada por un error no intencional o por una modificación no notificada en el troquel o en el material. Sin el HOLP la sobrecarga puede causar un gran daño a la prensa, en su estructura, bielas, engranes o en el embrague. Las sobrecargas no tratadas con un HOLP eficaz dan como resultado una prensa poco precisa y con una vida útil menor. Pero aún, reparar una prensa dañada por una sobrecarga es muy costoso, además de que, por el tiempo de producción perdido, se reducen sus ganancias y se puede, incluso, perder clientes. Un HOLP eficaz permite una protección automática que evita paros en la producción a causa de sobrecargas.

Adicionalmente, el HOLP permite un método rápido y fácil para liberar el carro de la prensa cuando este se atora en el punto muerto inferior de la carrera. Esto puede suceder fácilmente si la altura del troquel (shutheight) no se ha ingresado correctamente, lo cual ocurre, por lo general, durante el ajuste de troqueles.

¿Qué ocasiona la sobrecarga?
Hay muchas razones, entre las que destacan:

• Establecer la altura del troquel (shutheight) muy abajo.
• Utilizar un troquel que requiere mucho tonelaje respecto de la capacidad de la prensa.
• Restos de material en el troquel.
• Mala alimentación o dobleces en el material.
• Desgaste del troquel.
• Mal posicionamiento del troquel.
• Utilizar el material incorrecto.
• Variaciones en la dureza o el espesor del material.

Es importante recordar que la sobrecarga de una prensa puede ocurrir sólo en una de las conexiones de la prensa y no en las demás. De hecho, esta es la condición de sobrecarga más común. El tonelaje total requerido por el troquel no es la única medida. Por ejemplo, un troquel de 400 toneladas provocará sobrecarga en una prensa de 400 toneladas de dos conexiones, si más de 200 toneladas de la carga del troquel están bajo una de las conexiones (Figura 2).

¿Qué tipos de HOLP existen?
Los sistemas HOLP pueden ser fácilmente diferenciados de acuerdo con el sistema de mecanismo de actuación utilizado. Hay varios métodos básicos:

Válvula de retención. Este es el método más antiguo y barato, en el cual la válvula se abre cuando la presión excede un determinado límite, y permite la salida del aceite. Simple en cuanto a diseño, su rendimiento es poco confiable (Figura 3).

• Es difícil de ajustar con precisión.
• Es lenta para reaccionar.
• Debe liberar la cavidad del aceite a través de una pequeña hendidura.
• Puede ser difícil activar las unidades HOLP simultáneamente en una prensa de varias conexiones.
• Propenso al goteo mientras más se acerca al punto de activación, causa poca rigidez en el sistema.

Válvula solenoide. Es el método más común. Este sistema utiliza una válvula solenoide para abrir una línea de drenaje cuando se excede el límite de la presión del aceite (Figura 4). El sistema obedece a un sensor de presión en la válvula o una señal de un monitor electrónico de carga. El sistema de válvula solenoide es más rápido que el de válvula de retención, también es mas preciso; normalmente, no gotea si los empaques son mantenidos de forma adecuada, y puede manejar sobrecargas simultáneamente en todas las conexiones. El inconveniente es que este sistema, de todos modos, tiene que drenar el aceite por un orificio pequeño, lo cual hace su respuesta bastante lenta.

Válvula directa. El sistema HOLP de Aida utiliza un método directo con una válvula de asiento integrada a la conexión. La detección de la sobrecarga y la liberación del aceite suceden alrededor (360°) de la base de la conexión por bola, eliminando sensores externos, líneas de drenaje y orificios restrictivos (Figura 5). Este método ofrece la reacción más rápida de todos los tipos de HOLP.

Su diseño es el más adecuado para prensas de varias conexiones. La unidad de HOLP en las prensas Aida se localiza en la parte inferior de las conexiones, dentro del carro (Figura 6). Está sellada para prevenir contaminación de líquidos y partículas externas.

¿Qué sucede con la sobrecarga si no se cuenta con el HOLP?
Sin el HOLP, una prensa que sufre sobrecarga puede presentar estiramiento en los tie rods o en las columnas, pandeo en la flecha de la transmisión, daño por trituración en los engranes, rotura del pasador o tornillo de ajuste de la conexión, grietas en la cama, el carro o la corona, o daños en el embrague. Aun cuando la prensa aguante una sobrecarga sin daños inmediatamente visibles, sus tolerancias se pueden haber modificado y perdido el paralelismo. Si la sobrecarga ocurre en una sola conexión en una prensa de varias conexiones, las correderas del carro se pueden dañar por la inclinación que sufre el carro.

¿Pueden las tuercas hidráulicas de los tie rods actuar como HOLP?
No. Las tuercas hidráulicas del tie rod facilitan el ensamble de la prensa evitando el antiguo, largo y poco preciso proceso de calentar y enfriar los tie rods. Dichas tuercas no son un método efectivo ni deseable de protección contra sobrecargas. De cualquier modo, pueden ser útiles para liberar el carro atorado en el fondo de la carrera en una prensa que no tiene HOLP.

¿Se puede instalar un sistema HOLP a una prensa que no lo tiene?
Para obtener un mejor rendimiento y resultados, el sistema HOLP debe integrarse en la conexión de la prensa durante su diseño y construcción. Estos sistemas no son sencillos ni fáciles de instalar en prensas que originalmente no fueron diseñadas para ellos. Por lo regular, no se intenta adaptar un sistema HOLP en una prensa que no fue diseñada con este.

¿Qué tipo de HOLP es el mejor?
El mejor sistema HOLP es el que responde y deja escapar el aceite más rápidamente. La válvula directa de Aida es la más rápida en reaccionar a una sobrecarga y con el sistema de drenaje más rápido en el mercado.

¿Qué tan importante es la velocidad en el HOLP?
La velocidad es realmente un factor crítico en muchos sentidos.

Como la sobrecarga ocurre en situaciones dinámicas con el carro en movimiento hacia abajo, cualquier retraso en percepción de la sobrecarga permite que el carro se acerque más a la parte inferior de la carrera, incrementando así la sobrecarga. Mientras más rápida sea la percepción de la sobrecarga, más rápido se llevará a cabo la liberación de aceite del HOLP.

La velocidad con que el aceite de la cámara del HOLP se libera en una sobrecarga, también es crítica. Si el aceite se libera rápidamente de la cámara, el carro tendrá mayor espacio para avanzar hacia abajo mientras frena, sin incrementar la carga. Si la cámara no se vacía lo suficientemente rápido, la fuerza de la sobrecarga se incrementa mientras el carro continúa su movimiento hacia abajo, aunque el sistema HOLP haya sido activado.

Además, en una prensa de varias conexiones, la sobrecarga normalmente ocurre en una conexión y no en todas al mismo tiempo. Aunque esto suceda, todas las conexiones deben activar su HOLP y liberar el aceite de la cámara simultáneamente para evitar que el carro de la prensa se incline y pierda su paralelismo.

¿Puedo salvar mi troquel?
Posiblemente. El objetivo principal del HOLP es proteger a la prensa de la sobrecarga y, dependiendo de varias condiciones, salvar el troquel. Para aumentar sus posibilidades de salvar troqueles durante sobrecargas, asegúrese de tener el sistema HOLP más rápido.

¿Que es 'desatascado' o unstick? El carro de la prensa se atora en la parte inferior de la carrera cuando se topa con el material a estampar con poca fuerza, energía o torque del embrague para completar la carrera o ciclo. La máquina cruje y se para con los punzones todavía en el material. Como el carro está comprimido contra el troquel y la cama, el embrague puede no tener suficiente torque para mover el carro en cualquier dirección. Esto sucede con mayor frecuencia durante el ajuste de los troqueles, cuando la velocidad del golpe es muy lenta para permitirle a la prensa generar su máxima energía.

En prensas antiguas de lados rectos que no cuentan con el HOLP, generalmente se tienen que calentar los tie rods para liberar la tensión y avanzar el carro atorado. Este es un proceso largo y laborioso que mantiene a la prensa fuera de producción mientras los tie rods se enfrían para recuperar la tensión. El uso de tuercas hidráulicas elimina la necesidad de calentamiento en los tie rods, pero se requiere aflojarlas para liberar la tensión de los mismos, lo que podría afectar el alineamiento del armazón de la prensa cuando sean apretadas nuevamente.

Como una prensa tipo 'C' no tiene tie rods, desatorar un carro en una prensa sin HOLP normalmente requiere el uso de un soplete para cortar el troquel o algún componente de la prensa. Esto resulta en reparaciones muy caras del troquel o de la prensa, y significa pérdidas sustanciales en la producción (Figura 7).

En una prensa moderna con un sistema HOLP, liberar el carro atorado en la parte inferior de la carrera implica presionar el botón de 'desatascar', drenando rápidamente la cámara del HOLP. La presión del carro es liberada y este puede desatorarse sin problema. La prensa reanuda su producción tan pronto se resuelva la causa de la sobrecarga.

¿Cuánto rango de avance tiene?
El rango de viaje del sistema HOLP varía entre los tamaños de las prensas. Como la mayoría de las sobrecargas sucede cerca de la parte inferior de la carrera, el rango de viaje del HOLP debe ser el menor posible. El factor más importante es la velocidad de respuesta del sistema HOLP.

¿Cómo se pueden comparar los sistemas HOLP?
La forma más simple de hacer una comparación es determinando cuántos grados de avance hay en el ángulo de rotación del cigüeñal, desde que se detecta la sobrecarga y hasta que la presión del HOLP llega a cero.

Una comparación típica se muestra en la Figura 8, donde dos prensas fueron sobrecargadas en el mismo punto de la carrera. Esta ilustración muestra el valor de un HOLP más rápido. En las mismas condiciones, el HOLP de Aida libera la presión en 10 milisegundos, permitiendo sólo 4° de rotación del cigüeñal. La válvula solenoide --utilizada con frecuencia en sistemas HOLP convencionales--requiere 70 milisegundos o 28° de rotación para llegar a presión cero en las mismas condiciones. El sistema HOLP de Aida fue exitoso en liberar la sobrecarga cuando el carro de la prensa aún viajaba hacia abajo, previniendo a la prensa de cualquier daño. El sistema convencional --más lento--le permite al carro viajar en el fondo de la carrera antes de eliminar la presión, lo que es peligroso para la prensa y el troquel.

Se puede hacer un análisis más detallado comparando las curvas de carga que ocurren durante el ciclo de activación del HOLP. Una gráfica típica se encuentra en la Figura 9. Como el HOLP de Aida no depende de una válvula solenoide de alivio, empieza a soltar presión cuando percibe una sobrecarga hasta llegar a presión cero en 10 milisegundos. El sistema convencional HOLP, más lento, permite que la presión se incremente hasta que finalmente drena suficiente aceite para liberar a la prensa. La diferencia en la velocidad de activación del HOLP puede significar la diferencia entre una producción continua y una prensa o troquel dañado.

¿El HOLP funciona con la transmisión tipo 'Link'?
El sistema HOLP es más efectivo en una prensa que cuenta con movimiento Link que en una prensa convencional de cigüeñal. Debido a que el carro de una prensa con movimiento Link viaja 35% más despacio cerca del fondo de la carrera, este recorre menor distancia durante la activación del HOLP y significa que el aumento de la fuerza de la sobrecarga será más lento que en una prensa convencional, dando al HOLP mayor tiempo para funcionar y minimizando la probabilidad de que ocurra un daño.

¿El HOLP es ajustable?
Sí. Normalmente, viene preajustado de fábrica y permanece así, usualmente 110% de la capacidad nominal de la prensa dividida entre el número de sus conexiones. Quines requieren cambios frecuentes en el ajuste del HOLP, pueden pedir que su prensa sea fabricada con la opción de HOLP ajustable.

¿El HOLP se puede hacer 'holgado' ?
Un diseño inapropiado o un pobre mantenimiento del HOLP puede hacerlo holgado o poco rígido por varias razones:

• Si se emplea una válvula de retención activada por resorte; este último se debilita con el uso y permite fugas de aceite cuando la carga aumenta aunque no haya ocurrido ninguna sobrecarga.
• Un mal ajuste en la válvula de retención o fugas, en una válvula solenoide, puede provocar un sistema 'holgado'.
• Si la presión del aceite en la cámara del HOLP no es mantenida al nivel adecuado, puede causar poca rigidez del sistema contra sobrecargas. Esto puede deberse a problemas en la bomba o a alguna fuga de aceite en la cámara.
• Si el aceite en la cámara de la sobrecarga contiene aire, el sistema estará 'holgado'.

El sistema HOLP de Aida, diseñado como un sistema sellado con una válvula directa, no tiene válvulas de retención o sellos que se debiliten o fallen. Como el sistema está sellado es difícil que le entre aire. Esto elimina la posibilidad de que el sistema HOLP de Aida se vuelva 'holgado'. De hecho, como una forma de protección adicional, el sistema Aida está diseñado para soltar presión si llegara a estar 'holgado', a fin de que la prensa no sea operada mediante un movimiento del carro no paralelo con respecto a la mesa.

¿Cuánta presión mantiene?
El sistema HOLP de Aida mantiene una presión de 5 kgf/cm_ (71 psi). La presión del sistema empuja hacia arriba el asiento de la bola (de la conexión) para mantenerlo en contacto contra la parte superior de la cámara de aceite, haciendo un sello 'metal contra metal’ (Figura10).

¿Cómo se restablece el sistema HOLP?
Restablecer el HOLP después de una sobrecarga es muy sencillo. Cuando este se activa, la prensa se detiene. Luego, simplemente se lleva el carro al punto superior de la carrera y el HOLP automáticamente se reactivará en menos de un minuto. Elimine la causa de la sobrecarga y continúe con la operación de la prensa.

Después de la sobrecarga, ¿el carro pierde su paralelismo? No. En las prensas Aida con más de una conexión, el sistema HOLP de cada conexión está interconectado con el resto, así que todas liberarán el aceite al mismo tiempo cuando se detecta una sobrecarga en cualquiera de las conexiones.

Este sistema, único en la industria, no sólo es el más rápido en activarse sino también el más confiable porque no tiene empaques ni componentes electrónicos que haya que mantener o que fallen. Está integrado al asiento de la bola de la conexión. La válvula tiene un diámetro grande con un sello de metal/metal, que facilita una salida casi instantánea de aceite a través del total de 360° de circunferencia.

El HOLP de Aida ha sido probado en campo, dando una protección automática sin problemas durante muchos años en más de 10.000 prensas en todo el mundo. Mientras que todos los diseños de prensas incluyen alguna forma de protección contra sobrecargas, Aida ofrece uno de los sistemas HOLP más eficientes disponibles en la actualidad.