Jak działa prasa hydrauliczna? Szczegółowy przewodnik

Prasa hydrauliczna to maszyna, która wykorzystuje ciecz jako medium do przenoszenia energii w celu realizacji różnych procesów kucia.

Prasa hydrauliczna jest wykonana zgodnie z zasadą Pascala, a jej zasada działania jest pokazana na rysunku 1-1-1. Dwie zamknięte komory wypełnione płynem roboczym i wyposażone w tłoki są połączone rurami. Gdy siła P ₁ jest przykładane do małego tłoka 1, ciśnienie cieczy wynosi p=P ₁ /A ₁ gdzie A ₁ to pole przekroju poprzecznego tłoka 1.

1-Mały tłok
2-duży tłok
3-Workpiece

Zgodnie z zasadą Pascala: W zamkniętym pojemniku ciśnienie cieczy jest całkowicie równe we wszystkich kierunkach, a ciśnienie p będzie przenoszone do każdego punktu wewnątrz wnęki, generując w ten sposób siłę skierowaną w górę P ₂ na dużym tłoku 2, powodując odkształcenie przedmiotu obrabianego 3.

P₂=P₁ A₂/A₁

Gdzie A ₂ odnosi się do pola przekroju poprzecznego tłoka 2.

A prasa hydrauliczna Zasadniczo składa się z dwóch części: korpusu (ramy głównej) i układu hydraulicznego.

Najbardziej powszechną strukturę korpusu prasy hydraulicznej pokazano na rysunku 1-1-2. Składa się on z górnej belki poprzecznej 1, dolnej belki poprzecznej 3, czterech kolumn 2 oraz 16 wewnętrznych i zewnętrznych nakrętek tworzących zamkniętą ramę, która przenosi całe obciążenie robocze. Cylinder roboczy 9 jest zamocowany na górnej belce poprzecznej 1 i zawiera tłok roboczy 8, który jest połączony z ruchomą belką poprzeczną 7. Ruchoma belka poprzeczna jest prowadzona przez cztery kolumny i porusza się ruchem posuwisto-zwrotnym pomiędzy górną i dolną belką poprzeczną. Dolna powierzchnia ruchomej belki poprzecznej jest zwykle przymocowana za pomocą górnej matrycy (górnego kowadła), podczas gdy dolna matryca (dolne kowadło) jest przymocowana do stołu roboczego dolnej belki poprzecznej 3.

Gdy płyn pod wysokim ciśnieniem wchodzi do cylindra roboczego i działa na tłok roboczy, generowana jest duża siła, popychająca tłok, ruchomą belkę poprzeczną i górną formę w dół, powodując odkształcenie plastyczne przedmiotu obrabianego 5 między górną i dolną formą. Cylinder powrotny 4 jest zamocowany na dolnej belce poprzecznej, a podczas powrotu cylinder roboczy przepuszcza płyn pod niskim ciśnieniem, płyn pod wysokim ciśnieniem wchodzi do cylindra powrotnego, popychając tłok powrotny 6 i ruchomą belkę poprzeczną do góry, powracając do pierwotnej pozycji, kończąc cykl roboczy.

1-górna belka poprzeczna
2-kolumnowy
3-Dolna belka poprzeczna
4-Cylinder powrotny
5-Workpiece
6-Tłok powrotny
7-Ruchoma belka poprzeczna
8-Pracujący tłok
9-Cylinder roboczy

Wiele małych i średnich pras hydraulicznych wykorzystuje cylindry robocze typu tłokowego, jak pokazano na rysunku 1-13. Gdy górna i dolna komora cylindra tłokowego naprzemiennie przepuszczają płyn pod wysokim ciśnieniem, skok roboczy i skok powrotny mogą być kolejno osiągane bez potrzeby stosowania oddzielnego cylindra powrotnego.

1-Zbiornik oleju
2-Zawór przelewowy
Zawór 3-kierunkowy
4-Zawór przepustnicy
5-Siłownik hydrauliczny
6-Zawór zwrotny
7-Pump
8-Silnik
9-Zbiornik paliwa

Cykl roboczy prasy hydraulicznej obejmuje zazwyczaj zatrzymanie, suw napełniania, suw roboczy i suw powrotny. Różne wspomniane suwy są osiągane poprzez działanie różnych funkcjonalnych zaworów w hydraulicznym układzie sterowania.

Układ hydrauliczny prasy hydraulicznej obejmuje różne pompy wysokiego i niskiego ciśnienia, zbiorniki wysokiego i niskiego ciśnienia (zbiorniki paliwa, zbiorniki napełniające, akumulatory itp.), zawory i odpowiednie przewody łączące. Metody przenoszenia napędu można podzielić na bezpośredni napęd pompy i napęd pompa-akumulator.

1. Bezpośredni napęd pompy

Bezpośredni napęd pompy obejmuje pompę bezpośrednio dostarczającą płyn pod wysokim ciśnieniem do cylindra roboczego prasy hydraulicznej i innych urządzeń pomocniczych. Najprostszy układ hydrauliczny pokazano na rysunku 1-1-3, który jest realizowany za pomocą trójpozycyjnego czterodrogowego zaworu suwakowego, a mianowicie zaworu kierunkowego 3, w celu realizacji różnych skoków.

(1) Skok napełniania

Zawór kierunkowy 3 znajduje się w pozycji przelotowej, dolna komora tłokowego cylindra hydraulicznego 5 jest podłączona do niskociśnieniowego zbiornika oleju, ruchoma belka poprzeczna opada z górnej pozycji zatrzymania pod własnym ciężarem, płyn w dolnej komorze jest odprowadzany z powrotem do zbiornika oleju, a płyn roboczy dostarczany przez pompę wchodzi do górnej komory cylindra tłokowego przez zawór kierunkowy 3. Ponieważ opór ruchomej belki poprzecznej jest w tym momencie bardzo mały, pompa pracuje pod niskim ciśnieniem, głównie w celu przetransportowania płynu roboczego do górnej komory cylindra tłokowego, aby skompensować objętość opróżnioną przez ruch w dół ruchomej belki poprzecznej, aż górna matryca (górne kowadło) zetknie się z obrabianym przedmiotem, kończąc skok napełniania.

(2) Skok roboczy

Zawór kierunkowy 3 pozostaje w pozycji przelotowej. Gdy górne kowadełko styka się z przedmiotem obrabianym, opór wzrasta, prędkość w dół ruchomej belki zwalnia, a ciśnienie wylotowe pompy (powszechnie określane jako ciśnienie w inżynierii, określane jako ciśnienie poniżej, chyba że określono inaczej) odpowiednio wzrasta. Płyn pod wysokim ciśnieniem dostaje się do górnej komory cylindra tłokowego i działa na tłok, wywierając nacisk na obrabiany przedmiot poprzez ruchomą belkę poprzeczną, podczas gdy płyn w dolnej komorze cylindra tłokowego jest nadal odprowadzany z powrotem do zbiornika oleju.

(3) Skok powrotny

Zawór kierunkowy 3 jest przełączany do pozycji komunikacji krzyżowej, ciecz pod wysokim ciśnieniem wpływa do dolnej komory cylindra tłokowego, napędzając ruchomą belkę poprzeczną w górę, a ciecz w górnej komorze cylindra tłokowego jest odprowadzana z powrotem do zbiornika.

(4) Stop

Zawór kierunkowy 3 znajduje się w położeniu środkowym, ciecz w górnej i dolnej komorze cylindra tłokowego jest uszczelniona wewnątrz cylindra, ciecz w dolnej komorze podtrzymuje ciężar ruchomych części, zatrzymując się w dowolnym wymaganym położeniu, kończąc cykl roboczy.

2. Pompa i akumulator skrzyni biegów

Przekładnia pompy i akumulatora dodaje akumulator do układu hydraulicznego, którego główną funkcją jest przechowywanie cieczy pod wysokim ciśnieniem w celu wyrównania obciążenia pompy. Zazwyczaj wykorzystuje on gaz pod wysokim ciśnieniem do utrzymania ciśnienia płynu roboczego.

Gdy prasa hydrauliczna nie potrzebuje dużej ilości cieczy pod wysokim ciśnieniem, na przykład podczas powrotu lub zatrzymania, ciecz pod wysokim ciśnieniem dostarczana przez pompę może być częściowo lub całkowicie przechowywana w akumulatorze, a gdy prasa hydrauliczna potrzebuje dużej ilości cieczy pod wysokim ciśnieniem, jest ona dostarczana zarówno przez pompę, jak i akumulator.

Schemat hydraulicznego układu sterowania przekładnią pompy i akumulatora pokazano na rysunku 1-1-4, który jest realizowany za pomocą rozdzielacza czterozaworowego typu kołyskowego dla różnych skoków:

1, zawór 3-wlotowy
2, 4-Zawór spustowy

(1) Skok ładowania

Na początku cyklu roboczego zawór spustowy siłownika powrotnego 2 otwiera się, ruchoma belka poprzeczna opuszcza się pod własnym ciężarem z górnej pozycji zatrzymania, a płyn z siłownika powrotnego jest spuszczany z powrotem do zbiornika niskociśnieniowego lub zbiornika ładowania.

Ciśnienie płynu wewnątrz cylindra roboczego spada, a dzięki sprężonemu powietrzu o wartości (4～6)×10 ⁵ Pa w górnej części zbiornika ładującego, zawór ładujący jest otwierany przez różnicę ciśnień między cylindrem roboczym a zbiornikiem ładującym. Pod działaniem powietrza pod niskim ciśnieniem lub grawitacji duża ilość płynu wpływa do cylindra roboczego, realizując skok ładowania ruchomej belki poprzecznej w dół, aż górne kowadło (górna forma) zetknie się z przedmiotem obrabianym, ruch ruchomej belki zatrzymuje się, a różnica ciśnień między cylindrem roboczym a zbiornikiem ładującym znika, zawór ładujący automatycznie zamyka się pod działaniem sprężyny.

Aby zapewnić płynny skok ładowania, pod koniec skoku ładowania należy zmniejszyć wysokość otwarcia zaworu spustowego siłownika powrotnego, aby spowolnić poruszającą się belkę poprzeczną i zminimalizować uderzenia i wibracje.

(2) Skok roboczy

Po zakończeniu suwu ładowania zawór ładowania powinien być całkowicie zamknięty, a w cylindrze powrotnym powinno panować niskie ciśnienie. Gdy zawór wlotowy cylindra roboczego 3 otwiera się, płyn pod wysokim ciśnieniem z pompy wysokociśnieniowej lub akumulatora wchodzi do cylindra roboczego przez komorę zaworu ładowania i działa na tłok, wywierając nacisk na obrabiany przedmiot poprzez ruchomą belkę poprzeczną. W tym czasie zawór spustowy 2 cylindra powrotnego jest nadal otwarty w celu opróżnienia.

(3) Skok powrotny

Po zakończeniu suwu roboczego najpierw zamyka się zawór wlotowy cylindra roboczego 3, a następnie otwiera się zawór spustowy cylindra roboczego 4, uwalniając ciśnienie płynu pod wysokim ciśnieniem w cylindrze roboczym i rurach. Następnie zawór spustowy cylindra powrotnego 2 zamyka się, a zawór wlotowy cylindra powrotnego 1 otwiera się, umożliwiając przepływ płynu pod wysokim ciśnieniem przez siłownik zaworu ładowania, wymuszając otwarcie zaworu ładowania. Ruchoma belka poprzeczna porusza się w górę pod wpływem płynu pod wysokim ciśnieniem w cylindrze powrotnym, wtłaczając dużą ilość płynu z cylindra roboczego do zbiornika ładowania.

(4) Stop (zawieszony)

Gdy ruchoma belka osiągnie pozycję zatrzymania, zawór wlotowy wody 1 cylindra powrotnego zamyka się, w tym czasie zawór spustowy 2 cylindra powrotnego pozostaje zamknięty, podczas gdy zawór spustowy 4 cylindra roboczego nadal się otwiera, cylinder roboczy nadal przepuszcza niskie ciśnienie, a ruchoma belka jest podtrzymywana przez ciecz zamkniętą w cylindrze powrotnym, dzięki czemu ruchoma belka może zatrzymać się w dowolnym miejscu skoku.

Podczas bezpośredniego napędu pompy ciśnienie cieczy dostarczanej przez pompę zmienia się wraz z oporem odkształcania przedmiotu obrabianego i nie jest stałe. Prędkość przesuwu ruchomej belki zależy od dostarczanej przez pompę cieczy i jest niezależna od oporu odkształcania przedmiotu obrabianego.

Podczas napędu pompy i akumulatora ciśnienie cieczy dostarczanej przez pompę i akumulator jest utrzymywane w zakresie wahań ciśnienia akumulatora, który wynosi około 10% do 15% ciśnienia maksymalnego. Prędkość suwu roboczego zmniejsza się wraz ze wzrostem odporności na odkształcenia przedmiotu obrabianego.

Czasami, aby zasilić prasę hydrauliczną cieczą roboczą o wyższym ciśnieniu, między cylindrem roboczym a odpowiednim zaworem dodawany jest wzmacniacz. Schematyczną strukturę wzmacniacza pokazano na rysunku 1-1-5. Siłownik 1 i dolna belka są odlane jako jeden element, tworząc ramę nośną z górną belką 6 poprzez kolumnę 7.

1-cylindrowy
2, 3 - Wydrążony tłok
4-Cylinder powrotny
5-Tłok powrotny
6-Wiązka górna
7-kolumnowy
8-Moving Beam

Cylinder 1 zawiera wydrążony tłok 2, który sam jest cylindrem roboczym dla wydrążonego tłoka 3. Gdy płyn pod wysokim ciśnieniem dostaje się do cylindra 1, popycha wydrążony tłok 2 do góry, wypychając płyn pod ciśnieniem z wydrążonego tłoka 3. Powrót jest realizowany przez cylinder powrotny 4, a współczynnik doładowania jest kwadratem stosunku średnic dużego i małego tłoka.

Prasy hydrauliczne wykorzystują głównie dwa rodzaje mediów roboczych: te wykorzystujące emulsję są ogólnie nazywane prasami hydraulicznymi, a te wykorzystujące olej są nazywane prasami hydraulicznymi olejowymi, zwanymi łącznie prasami hydraulicznymi.

Emulsja jest wytwarzana przez zmieszanie zemulgowanego tłuszczu 2% i miękkiej wody 98%. Powinna mieć dobre właściwości antykorozyjne i antykorozyjne oraz pewne działanie smarujące. Emulsja jest niedroga, niepalna i nie zanieczyszcza łatwo terenu, dlatego jest szeroko stosowana w prasach hydraulicznych o dużym zużyciu płynu i tych używanych do obróbki termicznej.

Najczęściej stosowanym płynem w olejowych prasach hydraulicznych jest olej hydrauliczny, chociaż czasami stosuje się olej turbinowy lub inne rodzaje oleju maszynowego. Olej jest lepszy od emulsji pod względem właściwości antykorozyjnych, antykorozyjnych i smarnych. Olej ma wyższą lepkość i jest łatwiejszy do uszczelnienia. Dlatego też w ostatnich latach wzrasta wykorzystanie oleju jako medium roboczego, ale olej jest łatwopalny, kosztowny i może zanieczyścić teren.