Гидравлические прессы и принцип их работы

Кроме ковки, гидравлические прессы широко применяются для прессования  металлов экструдированием. После создания в 1894 г. А. Диком экструзионного гидравлического пресса высокого давления процесс прессования получил распространение на предприятиях цветной металлургии. Прессование применялось для обработки пластичных металлов и сплавов — меди, латуни, алюминия и его сплавов, магния и его сплавов, медно-никелевых сплавов и других материалов.

 

 

Рисунок 13 -  

В XX в. прессование является составной частью процессов обработки  титана, бериллия, новых легких и  специальных сплавов. Процесс прессования  через матрицу оказался наиболее экономичным для получения профилей, прутков, проволоки и труб из цветных  металлов. Он обеспечивает высокую  точность параметров изделий.

В процессе развития прессового производства создавались новые  виды прессов. Стали применяться  вертикальные прессы. Хотя они более сложны в эксплуатации и уступают горизонтальным в мощности, у них есть свои преимущества: низкая стоимость, меньшая площадь, возможность изготовления труб с минимальной разностенностью и малого диаметра. Вертикальные прессы имеют большую производительность и меньшие отходы.

В последние десятилетия  процесс прессования применяется  для обработки труднодеформируемых материалов — сталей, титановых сплавов, вольфрама и молибдена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Принцип действия и классификация гидравлических прессов

 

Ниже приведена классификация  и принцип действия гидравлических прессов, которые чаще всего встречаются  в отечественной технической  литературе. Однако, материалы, содержащиеся на данном сайте показывают, что  за счет применения современных электрогидравлических систем приводов классификация прессов значительно расширилась, а принцип действия  получил несколько разновидностей  за счет применения различных вариантов пластического деформирования.

Схема гидравлического пресса для ковки показана на рисуноке 14. Основные его узлы: станина колонного типа, подвижная поперечина 7, главный (рабочий) 9 и возвратные 4 цилиндры. В конструкциях мощных прессов предусмотрен гидравлический цилиндр, который уравновешивает подвижную поперечину. Станина состоит из неподвижных верхней 1 и нижней (стол пресса) 3 поперечин, соединенных в жесткую раму колоннами 2, и предназначена для расположения всех узлов пресса. На подвижной поперечине 7, связанной с плунжерами главного и возвратных цилиндров б, и неподвижной нижней (стол пресса) 3 устанавливают и прикрепляют к ним рабочий инструмент (бойки плоские или вырезные, плиты для осадки и др.).

Принцип действия гидравлического  пресса состоит в том, что под  давлением жидкости, являющейся носителем  энергии (рабочим телом), плунжер 8 выталкивается  из главного цилиндра 9, перемещает подвижную  поперечину 7 с установленным на ней бойком и после упора в  заготовку 5, расположенную на столе 3, пластически деформирует ее.

Чтобы преодолеть сопротивление  со стороны заготовки 5 при ее деформировании, в рабочие цилиндры гидравлических прессов подают жидкость высокого давления (до 32 МПа и более). Скорость перемещения  подвижной поперечины редко превышает 30 см/с, поэтому кинетическая энергия поступательного движения подвижных частей пресса очень мала по сравнению с накапливаемой жидкостью потенциальной энергией и ею обычно пренебрегают. В связи с этим гидравлические прессы относят к кузнечным машинам квазистатического действия.

Подвижная поперечина возвращается в исходное положение под давлением  жидкости, подаваемой в возвратные цилиндры. Описанный принцип действия гидравлического пресса остается неизменным несмотря на разнообразие технологического назначения, конструктивных форм и типов привода.

Полный цикл одного двойного хода подвижной поперечины гидравлического  пресса включает прямой и обратный ходы, а также технологические  паузы. Прямой ход имеет два участка. На первом -рабочий инструмент подводится к заготовке (полезная работа не производится). Это - прямой холостой ход (ход приближения). На втором участке прямого хода происходит деформирование заготовки, т. е. совершается полезная работа. Это - рабочий ход. При обратном (возвратном холостом) ходе подвижная поперечина возвращается в первоначальное положение и полезная работа также не производится.

Рисунок 14 - Схема гидравлического пресса

 

Подвижную поперечину гидравлического  пресса можно остановить в любой  точке ее хода. Эти остановки, необходимые  для выполнения вспомогательных  операций, например манипулирования  заготовкой, смены рабочего инструмента  и др., называются технологическими паузами.

Чтобы произвести прямой холостой ход подвижной поперечины, необходимо главный цилиндр посредством  наполнительного клапана (золотника) соединить с источником жидкости низкого давления (наполнительным баком), а возвратные цилиндры - с открытым сливным (насосным) баком. Для осуществления  прямого рабочего хода в главный  цилиндр подают жидкость высокого давления из аккумулятора (насоса). При этом из возвратных цилиндров жидкость сливается  в наполнительный или сливной  бак. В некоторых быстроходных прессах  возвратные цилиндры в процессе рабочего хода постоянно связаны с источником жидкости высокого давления. Это приводит к некоторым потерям энергии, но повышает быстроходность, так как исключается время, необходимое для открытия клапанов и нарастания давления в возвратных цилиндрах при переключении на обратный холостой ход.

В общем случае для осуществления  обратного холостого хода необходимо соединить главный цилиндр с  наполнительным баком, а возвратные - с источником жидкости высокого давления. При нижнем расположении рабочих  цилиндров обратный холостой ход  происходит под действием силы тяжести  и возвратные цилиндры в принципе не нужны.  
Держание подвижной поперечины на весу во время технологической паузы возможно, если рабочий цилиндр отключен от источника жидкости высокого давления и перекрыто вытекание ее из возвратных цилиндров. При нижнем расположении рабочего цилиндра удержание подвижной поперечины на весу возможно благодаря прекращению подачи в него жидкости. 
Для прижима заготовки необходимо изолировать рабочий цилиндр, наполненный жидкостью высокого давления.

При работе гидравлического  пресса жидкость высокого давления расходуется  только во время прямого рабочего и обратного ходов. В связи  с таким прерывистым и в  то же время неравномерным (во время  рабочего хода расход жидкости значительно  больше, чем во время обратного  хода) расходованием жидкости в приводе  устанавливают устройства - аккумуляторы, позволяющие накапливать ее во время  технологических пауз и прямого  холостого хода. Применение аккумуляторов  позволяет существенно снизить  установочную мощность насосного привода.

Из рассмотренного полного  цикла работы гидравлического пресса следует, что рабочий и возвратные цилиндры попеременно соединяются  с источниками жидкости высокого и низкого давления. Потоки жидкости перераспределяют посредством клапанных  или золотниковых устройств, обычно установленных в одном блоке, который называют главным распределителем.

Общий признак гидравлического  пресса - использование потенциальной  энергии давления жидкости для совершения полного цикла движения подвижной  поперечины. Привод (электродвигатель и насос) преобразует электрическую энергию в механическую, а затем в потенциальную - давление жидкости, которая используется для пластического деформирования заготовки. Поэтому привод этих прессов всегда насосный.

Рабочим телом в таком  приводе является жидкость - водные эмульсии или минеральные масла. Если индивидуальный привод установлен не непосредственно на прессе, а  на одном с ним или отдельном  от него фундаменте (иногда даже в другом помещении), то такую комбинацию называют гидропрессовой установкой. Привод, установленный  в отдельном помещении для  нескольких прессов, называют групповым. Это - насосно-аккумуляторная станция.

Гидравлические прессы, как  и кривошипные, характеризуются  размерными параметрами. Главным параметром является номинальное усилие, согласно которому устанавливают размерные ряды стандартов на гидравлические прессы, например, ковочные гидравлические прессы - ГОСТ 7284, прессы гидравлические листоштамповочные простого действия - ГОСТ 9753 и др.

Номинальное усилие гидравлического  пресса используют для определения  допустимых сил, их распределения на поперечинах, а также размеров поперечных сечений плунжеров рабочих цилиндров. Номинальное усилие гидравлического  пресса, как и кривошипного, —  условная характеристика. При ее определении  не учитывают силу тяжести движущихся частей, гидравлические потери, потери на преодоление трения в уплотнениях  и направляющих, а также сопротивление  движению со стороны возвратных и  уравновешивающих цилиндров. 
ГОСТ на гидравлические прессы устанавливает линейные технологические параметры - максимальный ход подвижной поперечины Smax, максимальное расстояние между столом и подвижной поперечиной Н, размеры стола АхВ и расстояния между колоннами (стойками) в свету; скоростные параметры - скорость подвижной поперечины при прямом холостом, рабочем и обратном холостом ходах или число двойных ходов в минуту.

По сравнению с другими  КШМ гидравлические прессы имеют  преимущества, что предопределило их широкое распространение:

• простота конструкции;
• отсутствие предохранительных устройств от перегрузки, так как рабочая сила не может превысить определенное заранее установленное значение;
• независимость развиваемой рабочей силы от положения подвижной поперечины и плавное регулирование ее скорости;
• возможность в широком диапазоне менять закрытую высоту и длину хода подвижной поперечины;
• возможность обеспечения выдержки любой продолжительности при постоянной силе.

Основной недостаток гидравлических прессов - тихоходность. Повышение скорости перемещения подвижной поперечины способствует возникновению гидравлических ударов в трубопроводах в момент соприкосновения рабочего инструмента  с заготовкой. В результате происходит раскачивание пресса, нарушение уплотнений трубопроводов и пр.  
Гидравлические прессы в зависимости от назначения строят в широком диапазоне номинальных усилий от десятков килоньютонов (кН) до сотен меганьютонов (МН). Их применяют для осуществления разных технологических операций: ковки; объемной и листовой холодной и горячей штамповки; выдавливания прутков, труб и профилей; разделки и ломки проката; прессования порошков (гидростаты); переработки пластмасс и других неметаллических материалов.

Классификация гидравлических прессов по технологическому назначению приведена на рисунке 15.

 

 

Рисунок 15 - Классификация гидравлических прессов

 

По технологическому назначению гидравлические прессы подразделяют на прессы для металла и для неметаллических материалов.

В свою очередь  прессы для металла подразделяют на пять групп: для ковки и штамповки; для выдавливания; для листовой штамповки; для правильных и сборочных работ  и для обработки металлических  отходов. Ввиду большого многообразия типов прессов приведем значения номинальных усилий PH, наиболее из них распространенных.

Из прессов первой группы можно назвать следующие:

• ковочные – свободная ковка со штамповкой в подкладных штампах, Рн = 5-120 МН;
• штамповочные, – горячая объемная штамповка деталей из магниевых и алюминиевых сплавов, Рн = 10-700 МН;
• прошивные – глубокая горячая прошивка стальных заготовок в закрытой матрице, Рн = 1,5-30 МН;
• протяжные – протягивание стальных поковок через кольца, Рн = 0,75-15 МН.

Из второй группы прессов можно отметить прессы трубопрутковые и прутково-профильные – прессование цветных сплавов и стали, Рн = 0,4-120 МН.

Из третьей группы назовем следующие прессы:

• листоштамповочные простого действия, Рн = 0,5-10 МН;
• вытяжные – глубокая вытяжка цилиндрических деталей, Рн = 0,3-4 МН;
• для штамповки резиной Рн = 20-200 МН;
• для бортования, фланцевания, гибки и штамповки толстолистового материала, Рн = 3-45 МН;
• гибочные – гибка толстолистового материала в горячем состоянии, Рн = 3-200 МН.

Из пятой группы отметим прессы пакетировочные и брикетировочные для прессования отходов типа металлической стружки и обрезков листового металла, Рн = 1-6 МН.

Гидравлические прессы для неметаллических материалов включают прессы для порошков, пластмасс и для прессования древесностружечных листов и плит.

По структурному строению гидравлические прессы подразделяют на прессы простого, двойного, тройного действия и автоматы. Прессы простого действия имеют один главный рабочий орган - подвижную поперечину. Прессы двойного (тройного) действия содержат в своей  структуре два (три) рабочих органа для выполнения различных приемов - прижима заготовки, ее деформирования и т. п. Для них весьма важным является согласованность работы отдельных  механизмов, последовательность действия которых определена циклограммой. Распределительная  аппаратура привода такого пресса должна обеспечить заданную последовательность действий механизмов в соответствии с циклограммой.