油圧プレスの仕組み詳細ガイド

油圧プレスは、液体を媒体としてエネルギーを伝達し、さまざまな鍛造工程を実現する機械である。

油圧プレスはパスカルの原理に従って作られ、その作動原理を図 1-1-1 に示す。作動流体で満たされ、ピストンを有する2つの閉じたキャビティがパイプで接続されている。力 P ₁ が小ピストン1にかかると、液体の圧力はp=P ₁ /A ₁ ここでA ₁ はピストン1の断面積。

1-小型ピストン
2-大型ピストン
3-ワークピース

パスカルの原理：密閉された容器内では、液体の圧力はすべての方向で完全に等しく、圧力pは空洞内のすべての点に伝達されるため、上向きの力Pが発生する。 ₂ 大ピストン2上でワーク3を変形させる。

P₂=P₁ A₂/A₁

ここでA ₂ はピストン2の断面積を示す。

A 油圧プレス 一般に、ボディ（メインフレーム）と油圧システムの2つの部分から構成される。

油圧プレス本体の最も一般的な構造を図1-1-2に示す。これは、上部クロスビーム1、下部クロスビーム3、4本のコラム2、および閉じたフレームを形成する16個の内外ナットからなり、すべての作業荷重を負担する。作業シリンダー9は上部クロスビーム1に固定され、作業ピストン8を含み、このピストンは移動クロスビーム7に連結されている。移動クロスビームは4本の支柱にガイドされ、上下のクロスビーム間を往復します。移動クロスビームの下面は通常、上型（上アンビル）で固定され、下型（下アンビル）は下クロスビーム3のワークテーブルに固定されています。

作動シリンダに高圧流体が入り、作動プランジャに作用すると、大きな力が発生し、プランジャ、移動横梁、上型を下方に押し下げ、上型と下型の間でワーク5を塑性変形させる。戻しシリンダー4は下横木に固定され、戻りの間、作動シリンダーは低圧流体を通過させ、高圧流体は戻しシリンダーに入り、戻しプランジャー6と移動横木を上方に押し上げ、元の位置に戻り、作業サイクルを完了する。

1-上部クロスビーム
2列
3-下部クロスビーム
4-リターンシリンダー
5-ワークピース
6-リターン・プランジャー
7-ムービング・クロスビーム
8-プランジャー
9-作業シリンダー

中小型油圧プレスの多くは、図 1-13 に示すようなピストン式の作業シリンダを使用している。ピストンシリンダの上室と下室に交互に高圧の作動油を封入すると、別途リターンシリンダを設けなくても、作業ストロークと戻りストロークを連続して得ることができる。

1-オイルタンク
2-オーバーフロー弁
3方向バルブ
4-スロットルバルブ
5-油圧シリンダー
6-チェックバルブ
7ポンプ
8モーター
9-燃料タンク

油圧プレスの作業サイクルには一般に、停止、充填ストローク、作業ストローク、戻りストロークが含まれる。これらの異なるストロークは、油圧制御システム内の様々な機能バルブの作用によって達成される。

油圧プレスの油圧システムには、さまざまな高圧・低圧ポンプ、高圧・低圧容器（燃料タンク、充填タンク、アキュムレータなど）、バルブ、および対応する接続配管が含まれる。その伝達方式は、ポンプの直接駆動とポンプ-アキュムレータ駆動に分けられる。

1.直接ポンプ駆動

直接ポンプ駆動は、ポンプが直接油圧プレスの作動シリンダおよびその他の補助装置に高圧の作動油を供給す る。最も単純な油圧システムを図 1-1-3 に示すが、これは 3 ポジションの四方スライド弁、すなわ ち方向制御弁 3 を通して、さまざまなストロークを実現するものである。

(1) 充填ストローク

方向切換弁3は直通位置にあり、ピストン式油圧シリンダ5の下室は低圧油タンクに接続され、移動横梁は自重で上停止位置から下降し、下室の作動油は油タンクに戻され、ポンプから供給された作動油は方向切換弁3を通ってピストンシリンダの上室に入る。この時、移動横梁の抵抗は非常に小さいため、ポンプは低圧で作動し、主に移動横梁の下降により空いた容積を補うために作動液をピストンシリンダーの上室に運び、上型（上アンビル）がワークに接触して充填ストロークが完了するまで作動する。

(2) 作業ストローク

方向切換弁3は直進位置のままです。上部アンビルがワークピースに接触すると、抵抗が増加し、移動ビームの下降速度が遅くなり、それに伴ってポンプの出口圧力（工学的には一般に圧力と呼ばれ、以下では特に断りのない限り圧力と呼ぶ）が増加する。高圧の流体はピストン・シリンダーの上部チャンバーに入り、ピストンに作用し、移動するクロスビームを通してワークピースに圧力を加え、ピストン・シリンダーの下部チャンバー内の流体はオイルタンクに排出され続けます。

(3) リターンストローク

方向切換弁3が相互連絡位置に切り換えられ、高圧の液体がピストン・シリンダの下室に入り、移動横梁を上方に駆動し、ピストン・シリンダの上室の液体はタンクに排出される。

(4) 停止

方向弁3は中間位置にあり、ピストンシリンダーの上室と下室の液体はシリンダー内に密閉され、下室の液体は可動部品の重量を支え、任意の必要な位置で停止し、作業サイクルを完了する。

2.ポンプとアキュムレータ・トランスミッション

ポンプ＆アキュムレータ・トランスミッションは、油圧システムにアキュムレータを追加するもので、その主な機能は、高圧の液体を貯蔵してポンプの負荷を均等にすることである。作動油の圧力を維持するために高圧ガスを使用するのが一般的である。

戻り時や停止時など、油圧プレスが大量の高圧液を必要としない場合には、ポンプから供給される高圧液の一部または全部をアキュムレータに蓄圧し、油圧プレスが大量の高圧液を必要とする場合には、ポンプとアキュムレータの両方から高圧液を供給する。

ポンプとアキュムレータ変速機の油圧制御システムの概略図を図 1-1-4 に示すが、これはロッカー式 4 バルブ分配器によって各ストロークに対応している：

1、3インレットバルブ
2、4-ドレンバルブ

(1) 充電ストローク

作業サイクルの開始時に、リターンシリンダのドレンバルブ2が開き、可動クロスビームが上部の停止位置から自重で下降し、リターンシリンダ内の液体が低圧タンクまたはチャージングタンクに排出される。

作動シリンダー内の流体圧力は低下し、圧縮空気により(4～6)×10 ⁵ チャージングタンクの上部にあるチャージングバルブは、作業シリンダーとチャージングタンクの圧力差によって押し開かれます。低圧空気または重力の作用により、多量の流体が作動シリンダー内に流入し、移動横梁のチャージングストロークを下方に実現し、上部アンビル（上型）がワークに接触するまで、移動横梁の移動が停止し、作動シリンダーとチャージングタンクの圧力差がなくなり、チャージングバルブはスプリングの作用により自動的に閉じます。

スムーズなチャージングストロークを確保するため、チャージングストロークの終盤では、リターンシリンダーのドレンバルブの開口高さを小さくして、移動するクロスビームを減速させ、衝撃と振動を最小限に抑える必要があります。

(2) ワーキングストローク

チャージングストローク終了後、チャージングバルブは完全に閉じ、リターンシリンダは低圧のままであるべきです。作業シリンダ入口バルブ3が開くと、高圧ポンプまたはアキュムレータからの高圧流体がチャージングバルブ室を通って作業シリンダに入り、プランジャに作用して、移動するクロスビームを通してワークピースに圧力を加えます。このとき、リターンシリンダのドレンバルブ2はドレンのために開き続けます。

(3) リターンストローク

作業ストローク終了後、まず作業シリンダ入口弁3が閉じ、続いて作業シリンダドレン弁4が開き、作業シリンダおよび配管内の高圧流体の圧力が解放される。次に、戻しシリンダドレンバルブ2が閉じ、戻しシリンダ入口バルブ1が開き、高圧流体がチャージングバルブアクチュエータを通過し、チャージングバルブを強制的に開く。可動横梁は戻りシリンダ内の高圧流体の作用を受けて上方に移動し、作動シリンダ内の多量の流体をチャージングタンクに強制的に送り込む。

(4) 停止（一時停止）

ムービングビームが停止位置に達すると、リターンシリンダーの吸水バルブ1が閉じ、この時リターンシリンダーの排水バルブ2は閉じたままで、作動シリンダーの排水バルブ4は開き続け、作動シリンダーは依然として低圧を通過し、ムービングビームはリターンシリンダー内に封入された液体によって支持されるので、ムービングビームはストロークのどの位置でも停止することができます。

ポンプによる直接駆動の場合、ポンプから供給される液圧はワークの変形抵抗によって変化し、一定ではありません。移動ビームの移動速度は、ポンプからの液供給量に依存し、ワークの変形抵抗には依存しません。

ポンプおよびアキュムレータ駆動時には、ポンプおよびアキュムレータから供給される液体の圧力は、アキュムレータ圧力の変動範囲内（最高圧力の 10%～15% 程度）に維持される。作業ストロークの速度は、ワークの変形抵抗の増加とともに低下する。

より高圧の作動油を油圧プレスに供給するために、作動シリンダと対応するバルブとの間にブースタを付加することがある。ブースターの概略構造を図1-1-5に示す。シリンダー1と下部ビームは一体鋳造され、上部ビーム6とコラム7で耐荷重フレームを形成します。

1気筒
2、3-中空プランジャー
4-リターンシリンダー
5-リターン・プランジャー
6-アッパービーム
7列
8-ムービング・ビーム

シリンダー1には中空プランジャー2があり、それ自体が中空プランジャー3の作動シリンダーとなっています。高圧の流体がシリンダー1に入ると、中空プランジャー2を押し上げ、加圧された流体を中空プランジャー3から押し出す。戻りは戻りシリンダー4によって達成され、昇圧比は大小プランジャーの直径比の2乗である。

エマルジョンを使用するものは一般に油圧プレスと呼ばれ、油を使用するものは油圧プレスと呼ばれる。

エマルジョンは2%の乳化油脂と98%の軟水を混合して作られる。防錆・防食性に優れ、潤滑効果もある。エマルジョンは安価で、不燃性であり、現場を汚染しにくいので、流体消費量の多い油圧プレスや熱処理に使用されるものに広く使用されている。

油圧プレスの作動油として最も広く使用されているのは作動油であるが、タービン油やその他の機械油が使用されることもある。オイルはエマルジョンよりも防錆、防錆、潤滑の面で優れている。また、油の方が粘度が高く、シールしやすい。そのため、近年は作業媒体としてオイルを使用するケースが増えているが、オイルは引火性があり、コストが高く、現場を汚染する可能性がある。