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Comment fonctionne une presse hydraulique ? Un guide détaillé

Dernière mise à jour :
8 mai 2024
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Table des matières

Une presse hydraulique est une machine qui utilise un liquide comme moyen de transfert d'énergie pour réaliser divers processus de forgeage.

La presse hydraulique est fabriquée selon le principe de Pascal, et son principe de fonctionnement est illustré à la figure 1-1-1. Deux cavités fermées remplies de liquide de travail et dotées de pistons sont reliées par des tuyaux. Lorsqu'une force P 1 est appliquée sur le petit piston 1, la pression du liquide est p=P 1 /A 1 où A 1 est la section transversale du piston 1.

Figure 1-1-1 Principe de fonctionnement de la presse hydraulique
Figure 1-1-1 Principe de fonctionnement de la presse hydraulique

1-Petit piston
2-Grand piston
3-Pièce de travail

Selon le principe de Pascal : dans un récipient scellé, la pression du liquide est totalement égale dans toutes les directions, et la pression p sera transmise à chaque point à l'intérieur de la cavité, générant ainsi une force ascendante P 2 sur le grand piston 2, provoquant la déformation de la pièce 3.

P2=P1A2/A1

Où A 2 se réfère à la section transversale du piston 2.

Une presse hydraulique se compose généralement de deux parties : le corps (châssis principal) et le système hydraulique.

La structure la plus courante d'un corps de presse hydraulique est illustrée à la figure 1-1-2. Elle se compose d'une traverse supérieure 1, d'une traverse inférieure 3, de quatre colonnes 2 et de 16 écrous internes et externes formant un cadre fermé qui supporte toute la charge de travail. Le cylindre de travail 9 est fixé sur la traverse supérieure 1 et contient un piston de travail 8, qui est relié à la traverse mobile 7. La traverse mobile est guidée par quatre colonnes et effectue un mouvement de va-et-vient entre les traverses supérieure et inférieure. La surface inférieure de la traverse mobile est généralement fixée à une matrice supérieure (enclume supérieure), tandis que la matrice inférieure (enclume inférieure) est fixée à la table de travail de la traverse inférieure 3.

Lorsque le fluide à haute pression pénètre dans le cylindre de travail et agit sur le piston de travail, une force importante est générée, poussant le piston, la traverse mobile et le moule supérieur vers le bas, provoquant une déformation plastique de la pièce à usiner 5 entre les moules supérieur et inférieur. Le cylindre de retour 4 est fixé sur la traverse inférieure, et pendant le retour, le cylindre de travail laisse passer le fluide à basse pression, le fluide à haute pression entre dans le cylindre de retour, poussant le plongeur de retour 6 et la traverse mobile vers le haut, retournant à la position d'origine, achevant un cycle de travail.

Figure 1-1-2 Schéma de la structure du corps principal
Figure 1-1-2 Schéma de la structure du corps principal

1 - Traverse supérieure
2 colonnes
3 - Traverse inférieure
4-Cylindre de retour
5-Pièce de travail
6-Piston de rappel
7. Traverse mobile
8-Piston en état de marche
9-Cylindre de travail

De nombreuses presses hydrauliques de petite et moyenne taille utilisent des cylindres de travail à piston, comme le montre la figure 1-13. Lorsque les chambres supérieure et inférieure du cylindre à piston admettent alternativement un fluide à haute pression, la course de travail et la course de retour peuvent être réalisées successivement sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un cylindre de retour séparé.

Figure 1-1-3 Presse hydraulique à piston et schéma de son système hydraulique
Figure 1-1-3 Presse hydraulique à piston et schéma de son système hydraulique

1-Réservoir d'huile
2-Soupape de décharge
Soupape tridirectionnelle
4-Soupape d'étranglement
5-Cylindre hydraulique
6-Soupape de retenue
7-Pompe
8-Moteur
9-Réservoir de carburant

Le cycle de travail d'une presse hydraulique comprend généralement l'arrêt, la course de remplissage, la course de travail et la course de retour. Les différentes courses mentionnées sont réalisées par l'action de diverses vannes fonctionnelles dans le système de commande hydraulique.

Le système hydraulique de la presse hydraulique comprend diverses pompes à haute et basse pression, des réservoirs à haute et basse pression (réservoirs de carburant, réservoirs de remplissage, accumulateurs, etc. Ses méthodes de transmission peuvent être divisées en entraînement direct de la pompe et en entraînement de la pompe et de l'accumulateur.

1. Entraînement direct de la pompe

L'entraînement direct de la pompe implique que la pompe alimente directement en fluide à haute pression le cylindre de travail de la presse hydraulique et d'autres dispositifs auxiliaires. Le système hydraulique le plus simple est illustré à la figure 1-1-3 ; il est réalisé au moyen d'une vanne à tiroir à trois positions et à quatre voies, à savoir la vanne directionnelle 3, afin de réaliser différentes courses.

(1) Course de remplissage

Le distributeur 3 est en position de passage droit, la chambre inférieure du cylindre hydraulique à piston 5 est reliée au réservoir d'huile à basse pression, la traverse mobile descend de la position d'arrêt supérieure par son propre poids, le fluide de la chambre inférieure est renvoyé au réservoir d'huile, et le fluide de travail fourni par la pompe entre dans la chambre supérieure du cylindre à piston à travers le distributeur 3. La résistance de la traverse mobile étant très faible à ce moment-là, la pompe fonctionne à basse pression, principalement pour transporter le fluide de travail vers la chambre supérieure du cylindre à piston afin de compenser le volume libéré par le mouvement descendant de la traverse mobile, jusqu'à ce que la matrice supérieure (enclume supérieure) entre en contact avec la pièce à usiner, achevant ainsi la course de remplissage.

(2) Course de travail

Le distributeur 3 reste en position de passage direct. Lorsque l'enclume supérieure entre en contact avec la pièce, la résistance augmente, la vitesse de descente de la poutre mobile ralentit et la pression de sortie de la pompe (communément appelée pression en ingénierie, appelée pression ci-dessous sauf indication contraire) augmente en conséquence. Le fluide à haute pression pénètre dans la chambre supérieure du cylindre à piston et agit sur le piston, appliquant une pression sur la pièce à travers la traverse mobile, tandis que le fluide dans la chambre inférieure du cylindre à piston continue d'être évacué vers le réservoir d'huile.

(3) Course de retour

Le distributeur 3 est mis en position de communication transversale, le liquide à haute pression pénètre dans la chambre inférieure du cylindre à piston, entraînant la traverse mobile vers le haut, et le liquide dans la chambre supérieure du cylindre à piston est renvoyé dans le réservoir.

(4) Arrêter

Le distributeur 3 est en position médiane, le liquide dans les chambres supérieure et inférieure du cylindre à piston est scellé à l'intérieur du cylindre, le liquide dans la chambre inférieure supporte le poids des pièces mobiles, s'arrêtant à n'importe quelle position requise, achevant un cycle de travail.

2. Pompe et accumulateur Transmission

La transmission pompe-accumulateur ajoute un accumulateur au système hydraulique, dont la fonction principale est de stocker un liquide à haute pression afin d'équilibrer la charge de la pompe. Elle utilise généralement du gaz à haute pression pour maintenir la pression du fluide de travail.

Lorsque la presse hydraulique n'a pas besoin d'une grande quantité de liquide à haute pression, par exemple lors d'un retour ou d'un arrêt, le liquide à haute pression fourni par la pompe peut être partiellement ou totalement stocké dans l'accumulateur, et lorsque la presse hydraulique a besoin d'une grande quantité de liquide à haute pression, celui-ci est fourni à la fois par la pompe et par l'accumulateur.

Le schéma du système de commande hydraulique de la transmission de la pompe et de l'accumulateur est illustré à la figure 1-1-4, qui est réalisé par un distributeur à quatre soupapes de type basculeur pour les différentes courses :

Figure 1-1-4 Schéma du système de commande hydraulique pour la transmission pompe-accumulateur
Figure 1-1-4 Schéma du système de commande hydraulique pour la transmission pompe-accumulateur

1, vanne à 3 entrées
2, 4-Vanne de vidange

(1) Course de chargement

Au début du cycle de travail, la soupape de vidange du cylindre de retour 2 s'ouvre, la traverse mobile descend par son propre poids de la position d'arrêt supérieure et le fluide contenu dans le cylindre de retour est vidangé vers le réservoir à basse pression ou le réservoir de chargement.

La pression du fluide à l'intérieur du cylindre de travail diminue, et grâce à l'air comprimé à (4~6)×10 5 Pa dans la partie supérieure du réservoir de chargement, la soupape de chargement est ouverte par la différence de pression entre le cylindre de travail et le réservoir de chargement. Sous l'action de l'air à basse pression ou de la gravité, une grande quantité de fluide s'écoule dans le cylindre de travail, réalisant la course de chargement de la traverse mobile vers le bas jusqu'à ce que l'enclume supérieure (moule supérieur) entre en contact avec la pièce à usiner, le mouvement de la traverse mobile s'arrête et la différence de pression entre le cylindre de travail et le réservoir de chargement disparaît, la soupape de chargement se referme automatiquement sous l'action du ressort.

Pour assurer une course de chargement en douceur, vers la fin de la course de chargement, la hauteur d'ouverture du robinet de vidange du cylindre de retour doit être réduite pour décélérer la traverse en mouvement et minimiser l'impact et les vibrations.

(2) Course de travail

Après la fin de la course de chargement, la soupape de chargement doit être complètement fermée et le cylindre de retour reste à basse pression. Lorsque la soupape d'admission du cylindre de travail 3 s'ouvre, le fluide haute pression provenant de la pompe haute pression ou de l'accumulateur pénètre dans le cylindre de travail par la chambre de la soupape de charge et agit sur le plongeur, appliquant une pression sur la pièce par l'intermédiaire de la traverse mobile. À ce moment-là, le robinet de vidange du cylindre de retour 2 continue de s'ouvrir pour permettre le drainage.

(3) Course de retour

Après la fin de la course de travail, la soupape d'admission du cylindre de travail 3 se ferme en premier, suivie par l'ouverture de la soupape de vidange du cylindre de travail 4, libérant la pression du fluide haute pression dans le cylindre de travail et les tuyaux. Ensuite, le robinet de vidange du cylindre de retour 2 se ferme, le robinet d'admission du cylindre de retour 1 s'ouvre, permettant au fluide sous haute pression de passer à travers l'actionneur de la soupape de chargement, ouvrant ainsi de force la soupape de chargement. La traverse mobile se déplace vers le haut sous l'action du fluide à haute pression dans le cylindre de retour, forçant une grande quantité de fluide dans le cylindre de travail à entrer dans le réservoir de charge.

(4) Stop (Suspendu)

Lorsque la poutre mobile atteint la position d'arrêt, la vanne d'entrée d'eau 1 du cylindre de retour se ferme, à ce moment-là, la vanne de drainage 2 du cylindre de retour reste fermée, tandis que la vanne de drainage 4 du cylindre de travail continue de s'ouvrir, le cylindre de travail passe toujours en basse pression, et la poutre mobile est soutenue par le liquide scellé dans le cylindre de retour, de sorte que la poutre mobile peut s'arrêter à n'importe quelle position de la course.

Lors de l'entraînement direct de la pompe, la pression du liquide fourni par la pompe varie en fonction de la résistance à la déformation de la pièce et n'est pas constante. La vitesse de déplacement du faisceau mobile dépend de l'alimentation en liquide de la pompe et est indépendante de la résistance à la déformation de la pièce.

Pendant l'entraînement de la pompe et de l'accumulateur, la pression du liquide fourni par la pompe et l'accumulateur est maintenue dans la plage de fluctuation de la pression de l'accumulateur, qui est d'environ 10% à 15% de la pression maximale. La vitesse de la course de travail diminue avec l'augmentation de la résistance à la déformation de la pièce.

Parfois, pour alimenter la presse hydraulique avec un fluide de travail à plus haute pression, un surpresseur est ajouté entre le cylindre de travail et la valve correspondante. La structure schématique du surpresseur est illustrée à la figure 1-1-5. Le cylindre 1 et la poutre inférieure sont coulés ensemble, formant un cadre porteur avec la poutre supérieure 6 à travers la colonne 7.

Figure 1-1-5 Structure schématique du booster
Figure 1-1-5 Structure schématique du booster

1 cylindre
2, 3 - Piston creux
4-Cylindre de retour
5-Piston de rappel
6-Poutre supérieure
7 colonnes
8-Poutre mobile

Le cylindre 1 contient un piston creux 2, qui est lui-même le cylindre de travail du piston creux 3. Lorsque le fluide sous haute pression pénètre dans le cylindre 1, il pousse le piston creux 2 vers le haut, ce qui a pour effet d'expulser le fluide sous pression du piston creux 3. Le retour est assuré par le cylindre de retour 4, et le rapport de surpression est le carré du rapport entre les diamètres du grand et du petit plongeur.

Les presses hydrauliques utilisent principalement deux types de fluides de travail : celles qui utilisent une émulsion sont généralement appelées presses hydrauliques, et celles qui utilisent de l'huile sont appelées presses hydrauliques à huile, collectivement désignées sous le nom de presses hydrauliques.

L'émulsion est obtenue en mélangeant 2% de graisse émulsifiée et 98% d'eau douce. Elle doit avoir de bonnes propriétés anticorrosion et antirouille, ainsi qu'un certain effet lubrifiant. L'émulsion est peu coûteuse, ininflammable et ne contamine pas facilement le site, c'est pourquoi elle est largement utilisée dans les presses hydrauliques à forte consommation de fluide et dans celles utilisées pour le traitement thermique.

Le fluide le plus utilisé dans les presses hydrauliques à huile est l'huile hydraulique, bien que l'on utilise parfois de l'huile de turbine ou d'autres types d'huile de machine. L'huile est meilleure que l'émulsion en termes de propriétés anticorrosion, antirouille et de lubrification. L'huile a une viscosité plus élevée et est plus facile à sceller. C'est pourquoi, ces dernières années, l'utilisation de l'huile comme fluide de travail a augmenté, mais l'huile est inflammable, coûteuse et peut contaminer le site.

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