Как работают гидравлические системы? Ручные и автоматические прессы

Одним из самых эффективных и экономичных методов изготовления заготовок для дальнейших переделов является обработка давлением. В основу этого процесса положена способность металла к пластической деформации и «перетеканию» из одной части заготовки в другую при приложении значительных усилий. Для обработки металлов давлением применяют кузнечно-прессовое оборудование, среди которого отдельное место занимают гидравлические прессы. Кроме холодной и горячей штамповки объемных изделий они используются для гибки, резки, выдавливания, пробивки и правки листовых материалов, а также для соединения металлических деталей под давлением.

Гидравлические пресса настольные и напольные

Оглавление:

  1. Гидродинамика процесса
  2. Главные элементы
  3. Схема работы
  4. Разновидности прессов
  5. О ручном приводе

Главный рабочий орган таких прессов — гидравлический цилиндр, с помощью которого создается усилие, деформирующее заготовку. Это давно известная и отработанная технология, основанная на хорошо изученных физических принципах. Поэтому гидропривод широко используется как в гигантских промышленных установках, обрабатывающих судовые валы ледоколов и подводных лодок, так и в небольших ручных прессах для запрессовки подшипников и втулок. При этом гидропрессы применяются не только при работе с монолитными заготовками, но и для прессования расплавленного металла, металлических порошков и пластмасс, а также для брикетирования металлолома, макулатуры, сена и промышленных отходов.

Принцип действия и устройство

В отличие от кривошипного и винтового прессового оборудования, в котором прессовое действие на заготовку осуществляется за счет работы традиционных механических устройств, принцип работы гидравлического пресса основан на правилах гидродинамики, в частности на хорошо известном физическом законе, согласно которому давление на поверхность жидкости передается внутри среды одинаково во всех направлениях.

Физика процесса

Помимо того, что давление в жидкой среде распространяется равномерно во все стороны, в системе из двух сообщающихся сосудов с гидравлическими цилиндрами и поршнями разного диаметра, давление на один поршень будет передаваться другому без изменений по причине несжимаемости жидкости, объем которой будет всегда постоянен.

Величина давления определяется по формуле: P= F/S, где F — сила, а S — площадь. Но поскольку эта величина в обоих цилиндрах одинакова, а площади поршней разные, то сила воздействия на жидкость малым поршнем будет меньше силы, с которой больший поршень действует на внешнюю среду, на столько, на сколько отличаются их площади. В гидравлической системе из двух цилиндров при нажатии на малый поршень площадью 1 см2 с силой 1 Н, больший поршень площадью 2 см2 будет двигаться вверх с усилием 2 Н, при этом проходя вдвое меньшее расстояние. Работа такой системы построена на том же принципе, что и рычаг, только здесь выигрыш в силе равен отношению площадей поршней.

Конструкция

Все прессовое оборудование с гидроприводом имеет примерно одинаковую конструкцию и состав компонентов, выполняет похожую работу и в принципе отличается только ориентацией движения рабочего органа, а также количеством цилиндров, создающих прессовое усилие. Вертикальный двухколонный гидропресс средней мощности, как правило, состоит из следующих узлов и агрегатов:

  • станина с двумя вертикальными цилиндрическими колоннами, соединенными верхней перекладиной;
  • рабочий стол, смонтированный на верхней плоскости станины;
  • подвижная траверса (ползун), перемещающаяся вверх и вниз по колоннам;
  • установленный на верхней перекладине главный цилиндр с поршнем (плунжером), передний конец которого закреплен по центру подвижной траверсы;
  • два возвратных гидроцилиндра, установленных параллельно колоннам;
  • устройство выталкивания заготовки;
  • гидронасос с электродвигателем и гидравлическая система подачи жидкости к цилиндрам;
  • аппаратура переключения режимов работы пресса.

В состав пресса входит оснастка для установки и закрепления верхней и нижней частей штампа на ползуне и рабочем столе.

Элементы устройства пресса

Порядок действий

Исходное положение оборудования перед началом процесса прессования выглядит так: траверса с верхней частью штампа находится в поднятом положении, а на столе закреплена его нижняя часть. Если стол подвижный, то он выводится из-под пресса для размещения горячей или холодной заготовки в нижней части штампа, а затем возвращается на место. Если неподвижный — для загрузки заготовки используется подъемно-транспортное оборудование.

После установки заготовки в зоне обработки гидравлического пресса включается насос и происходит нагнетание масла в гидросистему. При достижении нормативного давления в главном цилиндре плунжер с траверсой начинают двигаться вниз по направляющим колоннам. Их скорость движения напрямую зависит от длины и частоты ходов поршня гидронасоса, а также от соотношения его площади с площадью плунжера главного цилиндра. В нижней точке рабочей зоны траверса с усилием прижимает верхнюю часть штампа к заготовке, выполняя операцию прессования. После ее выполнения происходит переключение режима работы пресса: выключается гидронасос высокого давления и рабочая жидкость подается в возвратные гидроцилиндры, которые поднимают траверсу в исходное положение. В конце операционного цикла включается устройство выталкивания заготовки из нижней части штампа и на этом работа заканчивается.

Принцип работы гидропривода позволяет реализовывать как постоянное, так и переменное движения, а также изменять усилие по заданному графику. Поэтому гидропрессы используют не только для штамповки, но и для свободной ковки и обжимки крупногабаритных литых заготовок. Такое применение также связано с тем, что ковочные молоты обычно имеют меньшую по размеру рабочую зону и не могут обеспечить не только нужное усилия прессования, но и сопоставимую с прессами длину обработки.

Кратко о видах прессов

Хотя устройство и принцип действия гидравлического прессового оборудования примерно одинаков, оно делится на отдельные виды, которые классифицируют как по признаку технологии прессования, так и по особенностям работы отдельных узлов и агрегатов. В соответствии с этим выделяют следующие виды гидравлических прессов:

  • Прессы для объемной обработки давлением горячих и холодных заготовок. Сюда же входят гибочные прессы и установки для высечки, пробивки.
  • Штамповочные прессы специального назначения.
  • Прессы для изготовления прутков, труб, профилей (в том числе экструдеры).
  • Установки холодно-штампового выдавливания.
  • Оборудование для спрессовывания порошковых материалов.
  • Прессы-гидростаты;
  • Ковочные прессы.

Отдельную категорию составляет прессы для брикетирования металлостружки, макулатуры и твердых отходов. Принцип работы этих установок такой же, как и у промышленного оборудования, но они имеют гораздо меньшую мощность и более простую конструкцию. Дополнительные классифицирующие признаки, которые, тем не менее, часто добавляются к названиям гидравлического прессового оборудования — это горизонтальная или вертикальная ориентация колонн и рабочих цилиндров, а также их количество.

Ручной пресс

Основные отличия гидравлических прессов с ручным приводом от мощного производственного оборудования — это небольшое усилие прессования, а также гораздо меньший вес и габаритные размеры. В качестве привода в них применяются ручные механизмы, с помощью которых оператор создает необходимое давление в гидросистеме. Ручной пресс действует на основании тех же законов гидродинамики, что и промышленный гигант, но создает гораздо меньшее прессовое усилие по причине малого диаметра главного цилиндра.

Ручной пресс

Чаще всего такие прессы представляют собой конструкцию портального типа: устойчивое основание с двумя вертикальными стойками, соединенными верхней поперечиной, на которой установлен рабочий цилиндр. К стойкам крепится горизонтальная поперечина (траверса) с площадкой, выступающей в роли рабочего стола. Малый гидроцилиндр, как правило, смонтирован в нижней части стойки и соединен с главным цилиндром гибким шлангом. Принцип действия такого пресса достаточно прост:

  • Траверса поднимается на нужную высоту и фиксируется штифтами.
  • На площадку помещается деталь, а к плунжеру главного цилиндра крепится прессовый инструмент.
  • Оператор, действуя рычагом или педалью, поднимает гидравлическое давление.
  • Плунжер движется вниз и инструментом давит на деталь до тех пор, пока это действие не приведет к заданному результату.
  • После сброса давления плунжер поднимается вверх, и деталь снимается с площадки.

Выпускаются ручные прессы, у которых оба цилиндра гидравлического привода объединены в один корпус (по принципу гидравлического домкрата), который располагается на верхней поперечине. Также существуют одностоечные варианты и прессы с горизонтальной ориентацией. Технические характеристики ручного пресса:

  • усилие, тонны;
  • ход плунжера, мм;
  • диапазон перемещения траверсы, мм;
  • вес, кг;
  • габариты, мм.

Наибольшее распространение получили ручные прессы с усилием от 5 до 30 тонн и весом 80-200 кг. Их основные потребители — небольшие производства и авторемонтные мастерские, которые используют такое оборудование для запрессовки и извлечения подшипников и втулок, правки и гибки металла, склейки под давлением, пробивки и выдавливания.

Автор:
Валерий Строев
Share