Wie funktioniert eine hydraulische Presse? Ein detaillierter Leitfaden

Eine hydraulische Presse ist eine Maschine, die Flüssigkeit als Medium zur Übertragung von Energie nutzt, um verschiedene Schmiedeprozesse durchzuführen.

Die hydraulische Presse wird nach dem Pascal'schen Prinzip gebaut, und ihr Funktionsprinzip ist in Abbildung 1-1-1 dargestellt. Zwei geschlossene, mit Arbeitsflüssigkeit gefüllte Hohlräume mit Kolben sind durch Rohre verbunden. Wenn eine Kraft P ₁ auf den kleinen Kolben 1 wirkt, beträgt der Druck der Flüssigkeit p=P ₁ /A ₁ , wobei A ₁ ist die Querschnittsfläche von Kolben 1.

1-Kleiner Kolben
2-Kolben groß
3-Workpiece

Nach dem Pascal'schen Prinzip: In einem geschlossenen Behälter ist der Flüssigkeitsdruck in allen Richtungen völlig gleich, und der Druck p wird auf jeden Punkt im Inneren des Hohlraums übertragen, wodurch eine nach oben gerichtete Kraft P ₂ auf den großen Kolben 2, wodurch sich das Werkstück 3 verformt.

P₂=P₁ A₂/A₁

Wo A ₂ bezieht sich auf die Querschnittsfläche des Kolbens 2.

A hydraulische Presse besteht im Allgemeinen aus zwei Teilen: dem Gehäuse (Hauptrahmen) und dem Hydrauliksystem.

Der häufigste Aufbau eines hydraulischen Pressenkörpers ist in Abbildung 1-1-2 dargestellt. Er besteht aus einem oberen Querträger 1, einem unteren Querträger 3, vier Säulen 2 und 16 inneren und äußeren Muttern, die einen geschlossenen Rahmen bilden, der die gesamte Arbeitslast trägt. Der Arbeitszylinder 9 ist an der oberen Traverse 1 befestigt und enthält einen Arbeitskolben 8, der mit der beweglichen Traverse 7 verbunden ist. Die bewegliche Traverse wird von vier Säulen geführt und bewegt sich zwischen der oberen und der unteren Traverse hin und her. Die untere Fläche der beweglichen Traverse ist in der Regel mit einer oberen Matrize (oberer Amboss) befestigt, während die untere Matrize (unterer Amboss) auf dem Arbeitstisch der unteren Traverse 3 befestigt ist.

Wenn Hochdruckflüssigkeit in den Arbeitszylinder eintritt und auf den Arbeitskolben wirkt, wird eine große Kraft erzeugt, die den Kolben, den beweglichen Querträger und die obere Form nach unten drückt und eine plastische Verformung des Werkstücks 5 zwischen der oberen und der unteren Form bewirkt. Der Rücklaufzylinder 4 ist an der unteren Traverse befestigt, und während des Rücklaufs lässt der Arbeitszylinder Niederdruckflüssigkeit durch, Hochdruckflüssigkeit tritt in den Rücklaufzylinder ein, drückt den Rücklaufkolben 6 und die bewegliche Traverse nach oben, kehrt in die Ausgangsposition zurück und schließt einen Arbeitszyklus ab.

1 - Oberer Querträger
2-spaltig
3-Untere Traverse
4-Rücklaufzylinder
5-Workpiece
6-Rückstellkolben
7-Beweglicher Querträger
8-Arbeitsstößel
9-Arbeitszylinder

Viele kleine und mittelgroße hydraulische Pressen verwenden kolbenförmige Arbeitszylinder, wie in Abbildung 1-13 dargestellt. Wenn die obere und die untere Kammer des Kolbenzylinders abwechselnd mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagt werden, können Arbeitshub und Rückhub nacheinander ausgeführt werden, ohne dass ein separater Rücklaufzylinder erforderlich ist.

1-Öltank
2-Überlaufventil
3-Wege-Ventil
4-Drosselklappe
5-Hydraulikzylinder
6-Rückschlagventil
7-Pumpe
8-Motor
9-Kraftstofftank

Der Arbeitszyklus einer hydraulischen Presse besteht im Allgemeinen aus Anhalten, Füllhub, Arbeitshub und Rückhub. Die erwähnten verschiedenen Hübe werden durch die Wirkung verschiedener Funktionsventile im hydraulischen Steuersystem erreicht.

Das Hydrauliksystem der hydraulischen Presse umfasst verschiedene Hoch- und Niederdruckpumpen, Hoch- und Niederdruckbehälter (Kraftstofftanks, Fülltanks, Druckspeicher usw.), Ventile und die entsprechenden Verbindungsleitungen. Die Übertragungsmethoden können in direkten Pumpenantrieb und Pumpen-Speicher-Antrieb unterteilt werden.

1. Direkter Pumpenantrieb

Beim direkten Pumpenantrieb versorgt die Pumpe den Arbeitszylinder der hydraulischen Presse und andere Hilfsvorrichtungen direkt mit Hochdruckflüssigkeit. Das einfachste hydraulische System ist in Abbildung 1-1-3 dargestellt, bei dem ein Drei-Positionen-Vier-Wege-Schieber, nämlich das Wegeventil 3, zur Realisierung verschiedener Hübe eingesetzt wird.

(1) Füllungshub

Das Wegeventil 3 befindet sich in der Durchgangsstellung, die untere Kammer des hydraulischen Kolbenzylinders 5 ist mit dem Niederdruck-Öltank verbunden, die bewegliche Traverse senkt sich durch ihr Eigengewicht aus der oberen Anschlagposition ab, die Flüssigkeit in der unteren Kammer wird in den Öltank zurückgeführt, und die von der Pumpe gelieferte Arbeitsflüssigkeit gelangt durch das Wegeventil 3 in die obere Kammer des Kolbenzylinders. Da der Widerstand des beweglichen Querträgers zu diesem Zeitpunkt sehr gering ist, arbeitet die Pumpe mit niedrigem Druck, hauptsächlich um die Arbeitsflüssigkeit in die obere Kammer des Kolbenzylinders zu befördern, um das durch die Abwärtsbewegung des beweglichen Querträgers freigewordene Volumen auszugleichen, bis die obere Matrize (oberer Amboss) das Werkstück berührt und der Füllhub abgeschlossen ist.

(2) Arbeitshub

Das Wegeventil 3 bleibt in der Durchgangsstellung. Wenn der obere Amboss das Werkstück berührt, erhöht sich der Widerstand, die Abwärtsgeschwindigkeit des sich bewegenden Balkens verlangsamt sich und der Ausgangsdruck der Pumpe (in der Technik üblicherweise als Druck bezeichnet, im Folgenden als Druck bezeichnet, sofern nicht anders angegeben) steigt entsprechend. Die Hochdruckflüssigkeit tritt in die obere Kammer des Kolbenzylinders ein, wirkt auf den Kolben und übt über den beweglichen Balken Druck auf das Werkstück aus, während die Flüssigkeit in der unteren Kammer des Kolbenzylinders weiter in den Öltank zurückfließt.

(3) Rückhub

Das Wegeventil 3 wird in die Querverbindungsstellung geschaltet, die Hochdruckflüssigkeit tritt in die untere Kammer des Kolbenzylinders ein und treibt die bewegliche Traverse nach oben, und die Flüssigkeit in der oberen Kammer des Kolbenzylinders wird zurück in den Tank geleitet.

(4) Anhalten

Das Wegeventil 3 befindet sich in der Mittelstellung, die Flüssigkeit in den oberen und unteren Kammern des Kolbenzylinders ist innerhalb des Zylinders abgedichtet, die Flüssigkeit in der unteren Kammer trägt das Gewicht der beweglichen Teile und hält an jeder gewünschten Position an, wodurch ein Arbeitszyklus abgeschlossen wird.

2. Pumpe und Druckspeicher Getriebe

Das Pumpen- und Druckspeichergetriebe ergänzt das Hydrauliksystem um einen Druckspeicher, dessen Hauptfunktion darin besteht, Hochdruckflüssigkeit zu speichern, um die Pumpenlast auszugleichen. In der Regel wird zur Aufrechterhaltung des Drucks der Arbeitsflüssigkeit Hochdruckgas verwendet.

Wenn die hydraulische Presse keine große Menge an Hochdruckflüssigkeit benötigt, wie z. B. beim Rücklauf oder beim Anhalten, kann die von der Pumpe gelieferte Hochdruckflüssigkeit teilweise oder vollständig im Druckspeicher gespeichert werden, und wenn die hydraulische Presse eine große Menge an Hochdruckflüssigkeit benötigt, wird diese sowohl von der Pumpe als auch vom Druckspeicher geliefert.

Die schematische Darstellung des hydraulischen Steuersystems für die Pumpen- und Speicherübertragung ist in Abbildung 1-1-4 dargestellt:

1, 3-Eingangsventil
2, 4-Ablassventil

(1) Ladungshub

Zu Beginn des Arbeitszyklus öffnet sich das Ablassventil 2 des Rücklaufzylinders, die bewegliche Traverse senkt sich durch ihr Eigengewicht aus der oberen Endlage ab, und die Flüssigkeit im Rücklaufzylinder wird in den Niederdruck- oder Fülltank abgelassen.

Der Flüssigkeitsdruck im Inneren des Arbeitszylinders sinkt, und aufgrund der Druckluft von (4～6)×10 ⁵ Pa im oberen Teil des Beschickungsbehälters wird das Beschickungsventil durch den Druckunterschied zwischen dem Arbeitszylinder und dem Beschickungsbehälter aufgedrückt. Unter der Wirkung von Niederdruckluft oder der Schwerkraft fließt eine große Menge an Flüssigkeit in den Arbeitszylinder und realisiert den Ladehub des beweglichen Querträgers nach unten, bis der obere Amboss (obere Form) das Werkstück berührt, die Bewegung des beweglichen Trägers stoppt und die Druckdifferenz zwischen dem Arbeitszylinder und dem Ladetank verschwindet, das Ladeventil schließt automatisch unter der Wirkung der Feder.

Um einen reibungslosen Ladehub zu gewährleisten, sollte die Öffnungshöhe des Rücklaufventils gegen Ende des Ladehubs verringert werden, um die sich bewegende Traverse abzubremsen und Stöße und Vibrationen zu minimieren.

(2) Arbeitshub

Nach Beendigung des Ladehubes sollte das Ladeventil vollständig geschlossen sein, und der Rücklaufzylinder bleibt auf niedrigem Druck. Wenn sich das Einlassventil 3 des Arbeitszylinders öffnet, tritt Hochdruckflüssigkeit aus der Hochdruckpumpe oder dem Druckspeicher durch die Ladeventilkammer in den Arbeitszylinder ein und wirkt auf den Kolben, der über die bewegliche Traverse Druck auf das Werkstück ausübt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ablassventil 2 des Rücklaufzylinders weiter geöffnet, um die Flüssigkeit abzulassen.

(3) Rückhub

Nach Beendigung des Arbeitshubes schließt sich zunächst das Einlassventil 3 des Arbeitszylinders, gefolgt von der Öffnung des Ablassventils 4 des Arbeitszylinders, wodurch der Druck der Hochdruckflüssigkeit im Arbeitszylinder und in den Leitungen abgelassen wird. Dann schließt das Rücklaufventil 2, das Einlassventil 1 des Rücklaufzylinders öffnet sich, so dass die Hochdruckflüssigkeit durch den Stellantrieb des Ladeventils strömen kann und das Ladeventil zwangsweise öffnet. Die bewegliche Traverse bewegt sich unter der Wirkung der Hochdruckflüssigkeit im Rücklaufzylinder nach oben und drückt eine große Menge Flüssigkeit aus dem Arbeitszylinder in den Fülltank.

(4) Stopp (Aussetzung)

Wenn der bewegliche Balken die Stopp-Position erreicht, schließt das Wassereinlassventil 1 des Rücklaufzylinders, zu diesem Zeitpunkt bleibt das Ablassventil 2 des Rücklaufzylinders geschlossen, während das Ablassventil 4 des Arbeitszylinders weiterhin geöffnet ist, der Arbeitszylinder steht immer noch unter niedrigem Druck, und der bewegliche Balken wird durch die im Rücklaufzylinder abgedichtete Flüssigkeit gestützt, so dass der bewegliche Balken an jeder beliebigen Position im Hub anhalten kann.

Beim direkten Pumpenantrieb ändert sich der von der Pumpe gelieferte Flüssigkeitsdruck mit dem Verformungswiderstand des Werkstücks und ist nicht konstant. Die Verfahrgeschwindigkeit des beweglichen Balkens hängt von der Flüssigkeitszufuhr der Pumpe ab und ist unabhängig vom Verformungswiderstand des Werkstücks.

Während des Pumpen- und Speicherbetriebs wird der Druck der von der Pumpe und dem Speicher gelieferten Flüssigkeit innerhalb des Schwankungsbereichs des Speicherdrucks gehalten, der etwa 10% bis 15% des Maximaldrucks beträgt. Die Geschwindigkeit des Arbeitshubes nimmt mit der Zunahme des Verformungswiderstandes des Werkstücks ab.

Um die hydraulische Presse mit Arbeitsflüssigkeit unter höherem Druck zu versorgen, wird manchmal ein Verstärker zwischen dem Arbeitszylinder und dem entsprechenden Ventil eingebaut. Der schematische Aufbau des Druckübersetzers ist in Abbildung 1-1-5 dargestellt. Der Zylinder 1 und der untere Balken sind in einem Stück gegossen und bilden mit dem oberen Balken 6 über die Säule 7 einen tragenden Rahmen.

1-Zylinder
2, 3-Hohlkolben
4-Rücklaufzylinder
5-Rückstellkolben
6-Oberer Balken
7-spaltig
8-Bewegungsbalken

Der Zylinder 1 enthält einen Hohlkolben 2, der wiederum der Arbeitszylinder für den Hohlkolben 3 ist. Wenn Hochdruckflüssigkeit in den Zylinder 1 eintritt, drückt sie den Hohlkolben 2 nach oben und drückt die unter Druck stehende Flüssigkeit aus dem Hohlkolben 3 heraus. Der Rücklauf erfolgt über den Rücklaufzylinder 4, und das Verstärkungsverhältnis ist das Quadrat des Verhältnisses zwischen den Durchmessern des großen und des kleinen Plungers.

Hydraulische Pressen verwenden hauptsächlich zwei Arten von Arbeitsmedien: Pressen, die mit Emulsion arbeiten, werden im Allgemeinen als hydraulische Pressen bezeichnet, während Pressen, die mit Öl arbeiten, als ölhydraulische Pressen bezeichnet werden, zusammenfassend als hydraulische Pressen.

Die Emulsion wird durch Mischen von 2% emulgiertem Fett und 98% weichem Wasser hergestellt. Sie sollte gute Korrosions- und Rostschutzeigenschaften und eine gewisse Schmierwirkung haben. Die Emulsion ist kostengünstig, nicht brennbar und verunreinigt den Standort nicht leicht, weshalb sie häufig in hydraulischen Pressen mit hohem Flüssigkeitsverbrauch und in solchen für die thermische Verarbeitung verwendet wird.

Die am häufigsten verwendete Flüssigkeit in ölhydraulischen Pressen ist Hydrauliköl, obwohl manchmal auch Turbinenöl oder andere Arten von Maschinenöl verwendet werden. Öl ist in Bezug auf Korrosionsschutz, Rostschutz und Schmiereigenschaften besser als Emulsion. Öl hat eine höhere Viskosität und lässt sich leichter abdichten. Daher wird in den letzten Jahren immer häufiger Öl als Arbeitsmedium verwendet, aber Öl ist brennbar, teuer und kann den Standort verschmutzen.