Принцип действия гидравлических прессов основан на законе Паскаля, согласно которому давление, оказываемое внешними силами на находящуюся в замкнутой системе жидкость, передается без изменения во все ее точки.
Простейший гидравлический пресс состоит из поршней большего и малого диаметров, установленных в сообщающихся сосудах с жидкостью (рису- нок 4.1). Если к поршню малого диаметра площадью f1 приложить усилие P1, то в жидкости возникнет давление p1 = P1/f1, которое передастся без изменения под поршень большого диаметра площадью f2 и создаст усилие P2, определяе- мое зависимостью p2 = P2/f2. Т.к. давление в жидкости передается одинаково во всех направлениях, то p1 = p2, а значит P1/f1 = P2/f2. Тогда P2 = P1·f2/f1. Усилие P2
на втором поршне будет увеличено пропорционально величине соотношения площадей большего и меньшего поршней. При этом перемещение второго поршня, будет во столько же раз меньше перемещения первого поршня.
1 – поршень малого диаметра; 2 – поршень большого диаметра;
3 – заготовка
Рисунок 4.1 – Схема работы гидравлического пресса
Принцип действия гидравлического пресса (рисунок 4.2) состоит в том, что под давлением жидкости, создаваемым приводом (не показан), плунжер 2 выталкивается из главного цилиндра 1, перемещает подвижную поперечину 5 с установленным на ней рабочим инструментом и после упора в заготовку, рас- положенную на столе 6, пластически деформирует ее. Чтобы преодолеть сопро- тивление со стороны заготовки при ее деформировании, в рабочие цилиндры гидравлических прессов подают жидкость высокого давления (до 32 МПа и бо- лее). Скорость перемещения подвижной поперечины редко превышает 0,3 м/с.
Подвижная поперечина 5 возвращается в исходное положение под давлением жидкости, подаваемой в возвратные цилиндры 7.
1 – главный цилиндр; 2 – плунжер главного цилиндра;
3 – верхняя поперечина; 4 – колонна; 5 – подвижная поперечина;
6 – нижняя поперечина (стол); 7 – возвратный цилиндр;
8 – плунжер возвратного цилиндра; 9 – уплотнение главного цилиндра Рисунок 4.2 – Схема гидравлического пресса
Общий признак гидравлического пресса – использование потенциальной энергии давления жидкости (рабочего тела) для совершения полного цикла движения подвижной поперечины. Привод (электродвигатель и насос) преобра- зует электрическую энергию в механическую энергию рабочих частей насоса, а затем в потенциальную энергию давления жидкости, которая используется для пластического деформирования заготовки.
Подвижную поперечину гидравлического пресса можно остановить в лю- бой точке ее хода. Эти остановки, необходимые для выполнения вспомогатель- ных операций, например манипулирования заготовкой, смены рабочего инст- румента и др., называются технологическими паузами.
Полный цикл одного двойного хода подвижной поперечины гидравличе- ского пресса включает прямой SПХ и обратный SОХ ходы, а также технологиче- ские паузы. Прямой ход SПХ имеет два участка. На первом – рабочий инстру-
Таким образом, время полного цикла работы пресса складывается из сле- дующих составляющих:
tЦ = tХХ + tРХ + tОХ + tПЗ, где tПЗ – время технологической паузы.
Гидравлические прессы, как и кривошипные, характеризуются размерны- ми параметрами. Главным параметром является номинальное усилие, согласно которому устанавливают размерные ряды стандартов на гидравлические прес- сы, например, ковочные гидравлические прессы – ГОСТ 7284, прессы гидрав- лические листоштамповочные простого действия – ГОСТ 9753 и др.
Номинальное усилие гидравлический пресс может развивать только в кон- це рабочего хода при равных нулю значениях скорости и ускорения, т.е. при упоре друг в друга частей рабочего инструмента. Во время движения развивае- мое прессом усилие всегда меньше номинального из-за потерь энергии (давле- ния) потока жидкости в местных сопротивлениях и по длине гидромагистралей.
К технологическим параметрам гидравлических прессов относят наиболь- ший ход подвижной поперечины, частоту ходов, площадь стола, размеры креп- ления штампов и бойков и др.
По сравнению с кривошипными гидравлические прессы имеют очевидные преимущества, определившие их широкое распространение:
а) простота конструкции;
б) отсутствие предохранительных устройств от перегрузки, так как рабочее усилие не может превысить определенное заранее установленное значение;
в) независимость развиваемого рабочего усилия от положения подвижной поперечины и плавное регулирование ее скорости;
г) возможность в широком диапазоне изменять величину закрытой высоты и длины хода подвижной поперечины;
д) возможность обеспечения выдержки любой продолжительности при по- стоянном усилии.
Основной недостаток гидравлических прессов – тихоходность. Повышение скорости перемещения подвижной поперечины способствует возникновению гидравлических ударов в трубопроводах в момент соприкосновения рабочего инструмента с заготовкой. Это приводит к смещению элементов пресса, нару- шению уплотнений трубопроводов и пр.
4.1.2 Классификация гидравлических прессов
Гидравлические прессы в зависимости от назначения производят в широ- ком диапазоне номинальных усилий от десятков килоньютонов (кН) до сотен
меганьютонов (МН). Их применяют для осуществления разных технологиче- ских операций: ковки; объемной и горячей штамповки; холодной листовой штамповки; выдавливания прутков, труб и профилей; разделки и ломки прока- та; прессования порошков; переработки пластмасс и других неметаллических материалов.
По структурному строению гидравлические прессы подразделяют на прес- сы простого, двойного, тройного действия и автоматы. Прессы простого дей- ствия 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 деформи- рования и т.п. Для них весьма важным является согласованность работы от- дельных механизмов, последовательность действия которых определена цикло- граммой. Гидравлические прессы-автоматы относятся к оборудованию многократного действия, например прессы-автоматы для чистовой вырубки.
По конструктивному исполнению все прессы подразделяют на: колонные и рамные (одно- и двухстоечные); вертикальные и горизонтальные; открытые и закрытые; с верхним и нижним расположением рабочего цилиндра; одноци- линдровые и многоцилиндровые (для получения большой мощности и несколь- ких ступеней давления).
По технологическому назначению прессы подразделяют на:
- ковочные (для осадки, протяжки, прошивки и т.п.), в большинстве – наи- более быстроходные (скорость более 0,3 м/с) вертикальные прессы в колонном исполнении с наибольшим ходом подвижной поперечины, относительно боль- ших габаритных размеров с номинальным усилием до 100-150 МН;
- штамповочные (для объемной горячей и холодной штамповки крупнога- баритных деталей сложной конфигурации), жесткие многоколонные (восемь и более) прессы с относительно небольшими скоростью и величиной хода;
- для холодного и горячего выдавливания номинальным усилием 10- 120 МН, в большинстве своем имеющие рамную конструкцию с выталкивате- лем;
- для листовой горячей и холодной штамповки усилием 20-45 МН, обычно колонного типа, простого или двойного действия для глубокой вытяжки и гиб- ки; - для разделки и ломки проката усилием до 50 МН, обычно имеют четы- рехколонную горизонтальную станину;
- для пакетирования и брикетирования металлических отходов листоштам- повочных и механических цехов, имеют горизонтальные, коробчатого типа станины и два рабочих цилиндра (продольный и поперечный);
- для прессования порошков;
- для переработки пластмасс и неметаллических материалов.
4.2 Конструкции основных узлов и элементов