Устройство гидравлических прессов

05.10.2019

Работа гидравлических прессов основана на законе Паскаля, который гласит, что давление на поверхность жидкости, производимое внешними силами, передается жидкостью одинаково во всех направлениях. Для пояснения этого закона рассмотрим рис. 53, где изображены два сообщающихся сосуда, заполненные жидкостью. Опыт показывает, что жидкость в таких сосудах находится на одном уровне и что она производит одинаковое давление на единицу поверхности дна и стенок по их высоте. Пусть на поверхность жидкости в малом сосуде помещен поршень P1 площадью 1 дм2, а в большом сосуде — поршень P2 площадью 100 дм2. Теперь, если на поршень P1 поместить груз, который давил бы на поршень с силой 1 кГ, то, согласно закону Паскаля, чтобы удержать поршень P2 на том же уровне, на него надо поместить груз во столько раз больше груза на поршне P1, во сколько раз площадь поршня P2 больше площади поршня P1, т. е. в данном случае 100 кГ. Из этого следует, что общее давление на поршни при одинаковом давлении на единицу поверхности прямо пропорционально их площадям.
Устройство гидравлических прессов

Применительно к гидравлическим прессам роль малого и большого сосудов в указанной схеме играют соответственно насос и главный цилиндр пресса. Насос подает воду в цилиндр пресса под определенным давлением, которое благодаря разности площадей поршней (плунжеров) у насоса и пресса преобразуется в большое давление последнего. Это давление используется для прессования металлов.

По методу работы различают гидравлические прессы прямого и обратного действия. У прессов прямого действия контейнер со слитком во время работы остается неподвижным, а движение получает шплинтон. На этих прессах можно работать по методу прямого, обратного и совмещенного прессования. У прессов обратного действия контейнер, получая движение от главного плунжера, надвигается на неподвижный шплинтон. Прессы последнего типа в настоящее время не изготовляют, так как на них нельзя прессовать трубы мелких и средних размеров. Комбинированные прессы позволяют работать на них по методу как прямого, так и обратного прессования.

По конструкции прессы прямого действия разделяются на вертикальные и горизонтальные.

У вертикальных прессов движение главного плунжера и шплинтона осуществляется в вертикальном направлении, а отпрессованное изделие, двигаясь также в вертикальном направлении, попадает на желоб, расположенный в шахте, рядом с прессом.

У горизонтальных прессов главный плунжер и шплинтон перемещаются горизонтально, как и отпрессованное изделие, которое поступает на желоб, расположенный вдоль оси пресса.

Вертикальные прессы строят с расчетом на усилие 600—1000 Т. Они занимают сравнительно небольшую площадь, но требуют высоких помещений. Горизонтальные прессы строят на усилие до 25000 Т, но наиболее распространены прессы от 600 до 5000 Т. Для их установки требуются значительные площади.

По своему назначению прессы делятся на прутковые и трубные. Последние, кроме главного плунжера, имеют еще плунжер прошивного устройства, который позволяет производить прошивку иглой, имеющей поэтому независимое от шплинтона движение. Такие прессы с успехом применяются также для прессования прутков.

На рис. 54 представлена типичная схема устройства горизонтального пресса с независимым ходом иглы и схема управления работой этого пресса.

Основными деталями пресса являются главный цилиндр 1 и плунжер. На торце плунжера установлен шплинтон 2, через который проходит иглодержатель 3. По центру главного плунжера проходит стержень от цилиндра 4 прошивного устройства. Обратный ход главного плунжера осуществляется при помощи цилиндров обратного хода, штанги которых связаны между собой траверсой 6, а обратный ход прошивного устройства — при помощи цилиндров 7.

В передней части пресса, у станины 8, установлен контейнер 9, закрытый с одной стороны матрицедержателем 10 с матрицей. Матрицедержатель плотно прижат к контейнеру клиновым затвором 11, а по окончании прессования его выдвигает из полости станины гидравлический цилиндр 12. Для отделения изделия от пресс-остатка прессы снабжаются дисковыми пилами или гидравлическими ножами 13, устанавливаемыми у станины 8.

Управление движениями пресса осуществляется при помощи дистрибуторов А и В (аппаратов распределения воды высокого давления). Дистрибутор представляет собой стальную поковку, внутри которой сделаны каналы для прохождения воды и вмонтированы клапаны. Последние открываются и закрываются поворотом рукояток 14, в результате чего вода направляется в те или иные каналы. Дистрибуторы соединены с аккумуляторной установкой и цилиндрами пресса толстостенными стальными трубами.

Проследим работу главного плунжера. При выполнении цикла прессования могут быть следующие положения:

1) пресс не работает, главный плунжер находится в заднем (на рис. 54, в правом) положении;

2) плунжер перемещается в сторону контейнера, совершая холостой ход;

3) плунжер делает рабочий ход, т. е. сжимает слиток и выпрессовывает его через матрицу;

4) плунжер делает обратный ход, т. е. возвращается в исходное положение.

Указанные движения производятся водой высокого давления, поступающей к прессу через дистрибутор А от аккумуляторной установки по трубе 15, и водой низкого давления, поступающей по трубе 16 из аккумулятора низкого давления.

Дистрибутор А имеет клапаны I, II и III, приводимые в движение от рукоятки 14, и дроссельный клапан IV, служащий для регулирования количества воды, подаваемой в пресс. В зависимости от величины открывания дросселя изменяется скорость прессования.

В том случае, когда рукоятка 14 дистрибутора находится в положении «обратный ход», клапаны I и III закрыты, а клапан II открыт. Вода высокого давления проходит от аккумуляторной установки по трубе 15 в дистрибутор А и по его каналам а и б по трубе 16 в цилиндры обратного хода 5. В то же время вода высокого давления по трубам 30 и 17 поступает к автоматическому клапану 18.

Так как верхняя поверхность поршня 19 меньше нижней, клапан 18 удерживается в открытом положении. Поэтому при заполнении цилиндров обратного хода 5 водой высокого давления отработанная вода из главного цилиндра 1 по трубе 20 через клапан 18 и по трубе 31 перетекает (выдавливается) в бак наполнения (аккумулятор низкого давления).

При повороте рычага в положение «низкое давление» клапан II закрывается, а клапан I незначительно открывается; клапан III остается пока что в закрытом положении, а клапан 18 — в открытом. Вода из бака наполнения начинает поступать по трубам 31 и 20 и через автоматический клапан 18 — в главный цилиндр. Плунжер при этом начинает перемещаться в сторону контейнера, совершая тем самым холостой ход. Вода из цилиндров обратного хода 5 по трубе 16 через клапан I и канал г удаляется в канализацию. После соприкосновения шплинтона со слитком рукоятка 14 ставится в положение «прессовка» или «рабочий ход», в результате чего открывается клапан III и еще больше открывается клапан I. Через клапан III и по трубам 21 и 20 вода высокого давления проходит в главный цилиндр, производя выдавливание металла через матрицу.

При обратном движении рукоятки 14 сначала закрывается клапан III (при этом прекращается доступ воды высокого давления в главный цилиндр), а затем клапан I (при этом отключаются цилиндры обратного хода от канализации). Наконец, поднимается клапан II (при этом открывается доступ воды высокого давления в цилиндр обратного хода), после чего главный плунжер начинает перемещаться в исходное положение (направо).

Рабочий и обратный ходы прошивного устройства выполняются при помощи дистрибутора В. Необходимая для этого вода высокого давления поступает от аккумуляторной установки через дистрибутор А по трубе 22. При установке рычага 14 в положение «прошивка», что соответствует рабочему ходу, клапаны I и III открываются, а клапаны II и IV закрываются.

Вода высокого давления проходит через клапан III по трубе 23 в цилиндр 4, заставляя плунжер двигаться в сторону контейнера. При движении плунжера игла прошивает находящийся в контейнере слиток, а вода из цилиндра обратного хода 7 по трубе 24 и через клапан I вытесняется в сливную трубу 25. По окончании прессования, во время которого игла движется одновременно со шплинтоном или стоит в крайне левом положении, рычаг дистрибутора В переводят в положение «обратный ход», при этом клапаны I и III закрываются, а клапаны II и IV открываются. Вода высокого давления, проходя через клапан II и по трубе 24, попадает в цилиндр обратного хода 4 и перемещает плунжер обратного хода прошивного устройства в исходное (правое) положение. Вода из цилиндра 4 при этом вытесняется по трубе 23 и через клапан IV в сливную трубу 25.

Вспомогательные операции на прессе — движение головки матрицедержателя, клинового затвора ножей и т. д. — производятся под высоким водяным давлением.

Наиболее проста конструкция вертикальных прессов без самостоятельного прошивного устройства (рис. 55). Цельная литая станина 1 сочетает в себе главный цилиндр 2 и подушку 3 для установки контейнера 4. В нижней части главного плунжера 5 укреплен ползун 6, а в шплинтонодержателе 7 шплинтон 8 с иглой. Плунжер перемещается вверх и вниз по направляющим поверхностям станины. Движение вниз осуществляется водой из бака наполнения, а движение вверх — водой высокого давления, поступающей в цилиндры обратного хода 9.

При прессовании труб сплошную или полую шашку опускают в отверстие контейнера, в нижней части которого установлена матрица 10. Движением плунжера игла прошивает шашку или проходит через ее отверстие, после чего шплинтон выпрессовывает шашку в виде трубы. Шплинтон поднимается вверх, а в контейнер опускается вырубной пуансон b (рис. 56, о). Вторым ходом шплинтона пуансон отделяет трубу от прессостатка, после чего шплинтон поднимается вверх. Труба падает по изогнутому желобу вниз, а пуансон вместе с прессостатком 2 извлекается из контейнера. Изогнутая при движении по желобу труба правится специальной линейкой или роликами. Управление движениями пресса осуществляется при помощи дистрибутора.

Заготовкой для вертикальных прессов без прошивного устройства обычно служат обточенные, просверленные и проторцованные шашки. Без такой механической обработки шашек трубы получаются более разностенными.

Чтобы исключить механическую обработку, что связано с потерей металла в виде отходов, и снизить брак по разностенности, в настоящее время строят вертикальные прессы с независимым прошивным устройством. При работе на таких прессах шашки предварительно раздают (подпрессовывают), а затем уж прошивают иглой, благодаря чему трубы получаются более равностенными. Производительность прессов с независимым прошивным устройством несколько ниже, чем у прессов без прошивного устройства, но это компенсируется отсутствием механической обработки шашек, снижением отходов металла и брака по разностенности труб.

На прессах наиболее распространенного тоннажа при прямом течении металла можно получать различные размеры труб (табл.14).

Часовая производительность гидравлического пресса может быть выражена следующей формулой:

где П — производительность пресса, кг/ч;

t — общее время одного цикла прессования, сек;

р — плотность сплава, г/см3;

F — сечение слитка, см2;

L — длина слитка, см;

l — длина прессостатка, см;

3600 — число секунд в одном часе;

1000 — коэффициент для перевода граммов в килограммы.

Гидравлические прессы, построенные примерно до 1960 г., требуют применения ручного труда и имеют существенные конструктивные недостатки, которые сдерживают рост производительности прессов. В настоящее время отечественные заводы выпускают механизированные и автоматизированные прессы, на которых операции с применением ручного труда полностью исключены и управление дистрибуторами осуществляется кнопками или командоаппаратами. Обслуживают эти прессы не шесть-семь человек, как на старых конструкциях, а два, на обязанности которых лежит наблюдение за работой механизмов и смена инструмента. При разработке новых конструкций прессов большое внимание уделено сокращению времени выполнения вспомогательных операций, что позволило поднять долю времени собственно прессования. Для этого, например, раздельная подача слитка и пресс-шайбы в контейнер в новых прессах совмещена в одну операцию. Вместо обычных игл диаметром свыше 40 мм, требующих охлаждения с применением ручного труда, предпринимаются попытки применения полых игл, охлаждаемых водой изнутри в процессе прессования. Ручная смазка игл заменена механизированной. Вместо ранее применявшегося выдвижного матрицедержателя в прессах последней конструкции применяется двухпозиционный матрицедержатель 1 (рис. 57), устанавливаемый не передней стороне крестовины, Туда же перенесена пила или гильотинные ножницы 2 для отделения прессостатка. При двухпозиционном матрицедержателе можно зачищать одну матрицу, тогда как другая находится в работе, что вместе с применением игл с внутренним охлаждением повышает стойкость инструмента и, следовательно, сокращает время на их смену. Кнопочное и особенно автоматизированное управление прессом в значительной мере ускоряет цикл прессования.

Применение автоматического регулирования скоростей прессования позволяет осуществлять резку в меру прутковой заготовки или же сматывать ее в бухту в процессе прессования. Автоматическое регулирование скорости прессования, кроме того, обеспечивает получение более равномерных механических свойств у изделий из алюминиевых и магниевых сплавов.

С целью более экономного расхода воды высокого давления большие прессы (усилием 10000—20000 Т) строят с тремя цилиндрами, которые можно включать в работу по одному или все сразу, в зависимости от требующегося давления.

Перечисленные усовершенствования в сочетании с другими мероприятиями, как-то: автоматический нагрев слитков, механизированная уборка отпрессованных изделий, — увеличивают производительность прессов в 5—6 раз.

На рис. 58 показан общий вид горизонтального гидравлического автоматизированного трубопрофильного пресса усилием 3150 Т, построенного Коломенским заводом тяжелого машиностроения. Ручные операции на этом прессе полностью исключены. Высокие скорости рабочих и холостых ходов в сочетании с автоматизацией всех процессов, а также по-новому решенная схема технологического процесса прессования (рис. 59) позволяют делать до 40—50 прессовок в час.


Наряду со строительством прессов новых конструкций заводы реконструируют старые прессы с механизацией и автоматизацией ранее применявшегося ручного труда.

Например, для сокращения цикла прессования и облегчения условий труда на некоторых вертикальных прессах применяют устройства (рис. 60) с двумя шплинтонами 1 и двумя вырубными пуансонами 2, установленными на поворотном диске 3 и работающими поочередно. Диск вращается в упорном подшипнике 4 вокруг оси 5, закрепленной в плите 6. Рядом с контейнером расположены бачки 7 для охлаждения и смазки шплинтонов с иглами и устройство для снятия прессостатков с вырубных пуансонов. Во время рабочего хода одного из шплинтонов вырубной пуансон опускается в устройство для снятия прессостатка. При обратном ходе главного плунжера прессостаток снимается с вырубного пуансона, затем поворотный диск поворачивается на 90°, а шплинтоны устанавливаются: один над бачком с водой, а другой над бачком с маслом; второй пуансон устанавливается по оси контейнера. При опускании главного плунжера один шплинтон охлаждается, другой смазывается, а вырубной пуансон отделяет прессостаток от трубы. После подъема главного плунжера поворотный диск вновь поворачивается на 90°, а смазанный шплинтон и вырубной пуансон устанавливаются соответственно над контейнером и устройством для снятия прессостатка.

В другом случае для обрубки прессоетатка, снятия его с вырубного пуансона и охлаждения иглы применяют механизм, показанный на рис. 61. Вырубной пуансон 1 и шплинтон 2 расположены в плите 3. Она вместе с пуансоном и шплинтоном может горизонтально передвигаться при помощи пневмоцилиндра 4, с которым плита шарнирно соединена при помощи рычага 5. По окончании прессования плита под действием пневмоцилиндра устанавливает вырубной пуансон над контейнером 6, а шплинтон — над бачком с маслом 7, который находится в бачке 8 с холодной проточной водой. При движении главного плунжера вниз пуансон обрубает пресс-остаток, а игла на шплинтоне опускается в масло, где она охлаждается и смазывается. Затем главный плунжер поднимается, а плита возвращает шплинтон в рабочее положение; вырубной пуансон при этом располагается над съемником прессостатка 9. При последующем прессовании пуансон опускается, наклоняя вилкообразный съемник вниз, а при обратном ходе плунжера пресс-остаток с пуансона снимается.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна