Что такое гидравлический пресс. Принцип работы

Гидравлический пресс занимает важное место среди производственного оборудования. Существует большое количество вариантов исполнения и модификаций оборудования, в основе которого лежит принцип работы гидравлического пресса. Область использования, технические особенности, правила выбора и многие другие аспекты рассмотрены в статье.

Гидравлический пресс – это устройство, генерирующее усилие, которое многократно превосходит приложенное изначально. Машина предназначена для прессования под давлением. Основным узлом агрегата является поршень. В движение он приводится под воздействием масла или другого гидравлического состава. Самый простой пример применения гидравлического пресса – автомобильный домкрат. В промышленности он чаще всего используется на производственных линиях для штамповки разных изделий.

В основе принципа работы устройства лежит закон Паскаля, который гласит о том, что в замкнутой системе давление действует с равным усилием на любом его участке. Это самый востребованный тип промышленного пресса. Гидравлика по сравнению с механикой или пневматикой обеспечивает наивысший КПД и самый большой коэффициент сжатия при одинаковом приложенном усилии.

Историческая справка

Изобретен гидравлический пресс в Англии в 1795 году. Автором столь эффективного и нужного механизма стал инженер Джозеф Брамах, который до этого уже получил признание общественности за изобретение унитаза со встроенным смывом. Поэтому иногда можно услышать, как механизм называют прессом Брама.

Первый гидравлический пресс был представлен миру в нужный момент. Многие производства и предприниматели в те времена нуждались именно в таком устройстве. Изобретение получило всеобщее признание и способствовало основанию целого направления в физике – гидротехника. С тех пор многими инженерами оригинальная модель Брама была существенно доработана и модернизирована. В мире существует десятки вариаций, в основе которых заложен все тот же принцип, реализованный английским изобретателем.

Принцип действия гидравлического пресса

Понять лучше принцип действия устройства поможет понимание физических законов, которые свойственны для сообщающихся законов. Термин известен со школьной программы и обозначает соединенные между собой сосуды, внутрь которых залита воды или иная жидкость. Этот закон гласит, что жидкость внутри сосудов будет находиться на одном уровне.

К примеру, если в один из таких сосудов долить воды, то ее уровень поднимется во всех остальных емкостях. Если в одном из сообщенных сосудов оказывать давление на поверхность воды, то вся система будет стремиться к равновесию и давление распределится. Отразится такое воздействие тем, что уровень жидкости в других емкостях поднимется. Здесь действует иной закон, который известен по имени ученого, который его сформулировал – Паскаля. Данный постулат гласит о том, что давление жидкости или газа распространяется во все точки одинаково.

Формула Паскаля

Математически закон Паскаля отображается формулой:

где p — это давление, F — приложенная сила, S — площадь сосуда. Из нее видна прямопропорциональная зависимость между давлением и приложенным усилием. То есть, все логично: чем сильнее воздействовать, тем большим будет давление. С другой стороны, давление обратно пропорционально площади, на которую воздействует сила.

Принципиальная схема

Данная теоретическая часть приведена здесь потому, что любой гидравлический пресс представляет собой систему сообщающихся сосудов с поршнями. Ниже приведена принципиальная схема устройства.

Если надавить на поршень, который находится в сосуде большего размера, то начинает работать закон Паскаля. То есть, давление равномерно распределяется по всему объему жидкости. Теперь пришла очередь закона сообщающихся сосудов. Согласно ему, давление должно компенсироваться. Соответственно, поршень в меньшей камере поднимется. Есть важный нюанс: в большом резервуаре поршень сдвинулся на одно расстояние, а в малом поднялся на высоту, которая будет в несколько раз больше.

Опытным путем и математическими расчетами несложно выявить закономерность. Расстояние перемещения поршней зависит от соотношения большей площади к меньшей. Точно такая же закономерность наблюдается и в обратном приложении силы. Только зависимость будет обратно пропорциональной. Именно такой принцип и положен в основу работы гидропресса. Результат или коэффициент полезного действия (кому как удобней) напрямую зависит от соотношения площади большего поршня к меньшему.

Практическое применение нашел и обратный принцип. К примеру, он используется в гидравлических амортизаторах.

Типы гидравлических прессов

Платформенный

Существует большое число разновидностей гидравлического пресса. Они отличаются числом приложений, но есть и общие показатели. К платформенным относятся устройства, имеющие прочную стабильную поверхность и плунжер.

С-образная рама

Сравнительно узкая, но прочная рама занимает немного места. Благодаря отличной эргономике устройство может монтироваться в помещениях с небольшим объемом свободного пространства. С-образные гидравлические прессы применяются для разных производственных процессов. Среди них: формовка, штамповка, рубка, правка, клепка и вытяжка.

Н-образная рама

Основание установки сварное и выполнено в виде буквы «Н». Оборудование применяется на производственных линиях и в зависимости от варианта исполнения может выполнять разные операции: штамповка, обжим, чеканка, гибка или обрезка. Одна установка может использоваться для выполнения нескольких операций.

Экструзионный

Тип оборудование, предназначение которого заложено в названии – экструзия деталей и изделий. Экструзионное прессование представляет собой производственный процесс, при котором матрица, перемещаемая прессом, проходит через материал. В результате операции на выходе получается заготовка или изделие с предопределенным поперечным сечением.

Для ламинирования

Установки относятся к числу компрессионных прессов. Оснащены ручным управлением. Имеют две технологические пластины, одна из которых служит источником нагрева материала, а другая предназначена для его охлаждения. Благодаря такому подходу процесс ламинирования занимает немного времени.

Вакуумные

Специализированные устройства, которые применяются для нанесения пленки на поверхность различных предметов. Наиболее распространены модели для герметизации документов – кредитных карт, удостоверений и т.п.

Штамповочные

Еще один тип оборудования специализированного назначения. Обладают ограниченным функционалом и применяются для обработки листового металла в автомобильной промышленности или для выкройки нужной формы материалов с помощью давления.

Трансфер Пресс

К прессу автоматически подаются заготовки из пластмассы, металла или резины. Далее манипулятор принимает заготовку и посредством выдвижного штока перемещает ее от одного штампа к другому. Каждый из них вносит определенные изменения и на выходе получается уже готовый продукт. Станки востребованы в разных отраслях, а наибольшей популярностью пользуются в медицинской и авиакосмической промышленности.

Листогибочные

Аппарат предназначен для холодной обработки листового металла. Классический вариант оборудования состоит из нескольких элементов: с двух сторон установлены С-образные рамы, в верхней части располагается подвижная балка, а на столе (нижняя часть) зафиксирован рабочий инструмент.

Гидравлический пресс для гибки листового металла от других аналогичных станков отличается тем, что оснащен двумя гидроцилиндрами, которые крепятся к C-образной раме. Они предназначены для перемещения луча. Станок программируется для работы в автоматическом режиме. Он известен как гидравлический листогибочный пресс с ЧПУ.

Кузнечный

Разработан для автоматической ковки металла, то есть приданию заготовке нужной формы и размера. Обработка включает комплекс методов и оснастки, в том числе и форма. Для обработки используется сила давления, а в некоторых случаях и нагрев. Наиболее часто кузнечный пресс применяется в автомобильном и машиностроительном производстве.

Негидравлические

Оборудование, которое сегодня рассматривается, относится к категории силовых установок. Силовые прессы делятся на несколько видов в зависимости от типа привода – механические, электрические, пневматические или гидравлические. Соответственно, механические, электрические и пневматические являются альтернативой для гидравлических моделей.

Механические

Движущим элементом является маховик. Он предназначен для конденсирования энергии и моментальной ее отдачи на определенном этапе. Для передачи механического усилия к точке приложения задействуется несколько механизмов – эксцентрик, кривошип, тумблер или шарнирная передача.

Электрические

Современная разработка, основанная на эффективной передаче крутящего момента от электрического двигателя до плунжера. Наличие механической связи является гарантом того, что к двигателю будет поступать обратный сигнал от контроллера для изменения скорости вращения. Если двигатель не вышел на режим максимальной нагрузки, то необходимая скорость будет достигнута.

Пневматический

Пневматические системы аналогично гидравлическим выполняют разные функции, в том числе – обжимка, прошивка, гибка, пробивка, штамповка. Они могут иметь циклы «скорострельности» до 400 ударов в минуту. Но даже при таких условиях пневматические прессы дают возможность контроля над процессами потока. Это делает их наиболее востребованными в технологических операциях, где скорость обработки заготовки имеет первостепенное значение.

Принцип работы пневмопрессов исключает необходимость преобразования вращательного движения в линейное. По этой причине они имеют меньше подвижных узлов по сравнению с машинными или гидравлическими аналогами. Недостатков оборудования является то, что движущей силой является сжатый воздух. Они не могут создавать очень высокое давление, как гидравлические прессы.

Для улучшения качества и увеличения скорости работ, вы всегда можете воcпользоваться нашими гидравлическими прессами собственного производства от компании VTM.

Устройство гидравлического пресса

Основу гидравлического пресса составляют два цилиндра с поршнями, которые сообщены между собой. Они закреплены на матрице – неподвижной опоре, дополнительно обеспечивающей устойчивость всего оборудования. Полный перечень основных компонентов классического гидравлического пресса: цилиндры двустороннего действия; поршни, часто называемые пуансонами; соединительные трубки, матрица. Схема устройства приведена ниже.

Один из двух поршней диаметром меньше и служит он для нагнетания жидкости в рабочую камеру другого, воздействующего на обрабатываемый предмет. Поршни являются механическими элементами системы, обеспечивающие толкательное движение. Окончательную форму и опору механизму придает матрица (другие названия: платформа, наковальня, основа). Они же обеспечивает и устойчивость.

Достоинства

Гидравлический пресс по эффективности оставляет далеко позади другие типы аналогичного оборудования. Сила, которую он развивает во время работы, не может быть достигнутой ни механическими, ни пневматическими, ни электрическими налогами. Достоинства оборудования на этом не исчерпаны. Другие плюсы.

Невысокая стоимость и недорогая эксплуатация

Гидропрессы имеют мало подвижных элементов, что обуславливает их доступность на потребительском рынке. По той же причине на содержание и обслуживание механизма нужны незначительные суммы вложений, чтобы постоянно поддерживать его в рабочем состоянии.

Простота установки является залогом ее надежности. Но даже если и случаются поломки, то устранить их несложно и не требуется разбирать все узлы. Важно обратить внимание на тот момент, что данный вид прессов наиболее распространен. Поэтому никогда не возникает проблем с запасными частями или расходными материалами. Их достаточно много и на отечественном рынке, и за рубежом.

Эффективная работа

Гидравлический пресс полную мощность передает в любой момент хода, в то время как другие аналогичные модели могут передавать ее только снизу. Поэтому не придется покупать установку с заранее спланированным избыточным давлением, чтобы получить нужный результат.

Простота эксплуатации

Если гидравлический пресс рассчитан на генерирование нагрузки в 100 тонн, то он выйдет на рабочие параметры, даже если допущены ошибки в настройках. Оператор может не беспокоиться о том, что его непроизвольные действия приведут к поломке агрегата или штампа. В механизм заложена предохранительная система. Когда усилие гидравлического пресса достигает заданного давления, то срабатывает предохранительный клапан. Он открывается, не давая усилию выйти за пределы заданных параметров. Как результат – исключена вероятность перегрузки.

Контроль и гибкость

Оператор имеет возможность выбора оптимального значения среди большого количества настроек. Среди важный и наиболее востребованных настроек: продолжительность задержки усилия, высвобождение силы, скорость, сила удара и его вектор.

Невысокий уровень шума

Гидравлические модели лишены большого количества движущихся узлов, которые характерны для механических аналогов. Поэтому они генерируют намного меньше шума. Современные установки при условии правильной регулировки насосного оборудования отвечают самым строгим требованиям относительной ограничений в генерации шумов.

Длительный срок службы

Поскольку станки имеют встроенную защиту от перегрузок исключена вероятность его повреждения из-за избыточного давления. Вспомогательная оснастка тоже служит долго, поскольку при работе механизмов нет ни толчков, ни ударов, ни вибраций, ни резкого возрастания механической нагрузки.

Недостатки

Минусы гидравлических прессов заключаются в следующем:

• сильно возрастают потери энергии при передаче на расстояние;
• даже небольшое загрязнение рабочей жидкости может привести к поломке;
• небольшой скорость воздействия. В случае ее повышения наблюдаются гидравлические удары в магистралях;
• на характеристики гидропривода большое влияние оказывают условия эксплуатации.

Нагрузки гидравлических прессов

Большинство машин проектируются для работы с большими нагрузками, величина которых измеряется тоннами. К примеру, в наши дни реализовано множество проектов с расчетной мощностью до 3500 тонн. Хотя наиболее часто заказчики приобретают оборудование с намного меньшим расчетным усилием – до 15 тонн включительно.

В изготовлении оборудование используется нержавеющая сталь и другие металлы, устойчивые к большим механическим нагрузкам. Применяются и разные сплавы, в частности алюминия и меди.

Прессы делаются одно- или многопозиционными. Первые имеют набор инструментов и оснастки для работы, интегрированных внутрь рабочей поверхности. Они применяются на конвейерном производстве, где продукция выпускается в большом количестве. Многопозиционные модели имеют расширенный набор рабочей оснастки. Она может предназначаться для выполнения разных операций или для работы с разными материалами.

При настройке пресса производители могут изменить предельную нагрузку, длину, складывание, формат и многие иные параметры. Поэтому каждый приобретенный экземпляр станка может отличаться своими показателями от такой же модели, но с другими регулировками.

Стандарты безопасности

В поддержании нормального функционирования оборудования решающее значение имеет техническое обслуживание. Чтобы механизмы не подводили, нужно придерживаться следующих рекомендаций:

• Не допускать протечек гидравлики. Негерметичная установка не может работать на полную мощность. Ее эффективность намного ниже по сравнению с исправной машиной. Следует постоянно следить за герметичностью вокруг уплотнительных колец, гидравлических магистралей, цилиндров, седел клапанов и концевых фитингов.
• Не выходить за пределы допустимых нагрузок. Соблюдение данного требования не должно вызывать каких-либо сложностей. Все просто: не нагружать пресс свыше установленного максимума. Нарушения правила может повлечь за собой выход из строя оборудования и даже травматизм среди обслуживающего персонала.
• Подвижные механизмы должны своевременно смазываться. Это необходимо для уменьшения износа подвижных частей гидравлической машины. Не нужно жалеться смазки в местах, где стоят уплотнения. Так герметичность магистралей останется целой максимально продолжительное время. При заливке гидравлической жидкости в систему нужно убедиться, что она соответствует рекомендациям производителя.
• Нужно проверять скорость набора давления. Если пресс создает заданное давление за короткий отрезок времени (примерно полсекунды), то это свидетельство его хорошего технического состояния. Если же результат будет достигнут за 2-3 секунды, то стоит уделить время для диагностики оборудования. Вероятно, существуют проблемы либо с предохранительным клапаном, либо с насосом. Чаще всего слабая продуктивность обусловлена низкими оборотами насоса.
• Незнакомые звуки машины должны настораживать. Скорее всего, это предвестник предстоящей или уже случившейся поломки. Нужны выявить источник звука и понять его природу. Если звук стал результатом неисправности, то принять меры к устранению. Чаще всего посторонние звуки связаны со смещением положения клапана. Шумы возникают еще и при дефиците смазки.

• Контроль над электронными компонентами. Из числа электронного оборудование могут выйти из строя катушка или реле. В подавляющем большинстве случаев это вызвано окончанием срока службы оснастки. Катушка служит до 3 миллионов ходов поршня, а реле – до 1 миллиона. Достаточно заменить узел, чтобы восстановить работоспособность пресса. Неисправность вызывает вынужденный простой пресса, что может быть крайне нежелательно в данный момент. Поэтому целесообразно устанавливать счетчик циклов и по нему планировать заблаговременную замену электронных частей. Тогда можно выполнить текущий ремонт в любое удобное время, не нанося урона производственному процессу.
• Проверка других элементов установки. Нужно следить за состоянием фитингов, магистралей и прочих узлов, которые подвергаются высоким нагрузкам.
• Поддерживать оптимальный уровень масла и температуры при работе. Это самый простой и наиболее эффективный способ поддержания пресса в рабочем состоянии. Если не следить за уровнем масла и рабочей температурой, то не избежать неисправностей, вызванных перегревом, а также низким уровнем или качеством масла. Контролировать состояние масла можно визуально, капнув его на чистый лист бумаги. Если видны посторонние включения, комки или грязь, то следует немедленно заменить фильтр. Температура должна быть не выше 120 градусов Цельсия. Если превышать данный показатель, то оборудование станет выходить из строя. Поддерживать температуру можно при помощи охладителей воды и воздуха.

Виды гидравлических прессов

Ассортимент представленной на рынке продукции можно разделить на виды:

• Центробежные прессы. Используются для снятия подшипников и штамповки посадочных мест. Оборудование востребовано в других производственных процессах, связанный со сборкой и ремонтом узлов под высоким давлением.

• Сборочные прессы. Предназначены для удержания заготовок в определенном положении в процессе сборки узлов и агрегатов. Применяются, к примеру, в автомобильной промышленности для сборки ходовой автомобилей. Манипуляторы сжимают амортизирующие пружины, пока устанавливаются необходимые элементы.
• Прессы с С-образной рамой обладают обтекаемыми формами, которые повторяют букву «С». Состоят, как правило, из одного пресса.
• Компрессионные работают по принципу матрицы. Комплектуются двумя пластинами, которые при сжатии формируют нужную форму заготовки.
• Кузнечные или ковочные – машины, предназначенные для формовки металла под давлением. Заставляют заготовку принимать нужные контуры с помощью пресс-форм, большого давления и в редких случаях – температуры.
• Машины с Н-образной рамой. Их еще называют «четырехколонными». Отличительной особенностью является форма в виде буквы «Н». Могут работать с несколькими приложениями в одно и то же время.
• Лабораторные прессы. Небольшие по размеру и, соответственно, по возможностям установки. Они используются для проведения исследований в коротких или разовых сессиях.
• Оборудование для ламинирования. Применяется с целью нанесения полимера на поверхность документов или материалов.
• LIM. Применяются для литья под давлением компонентов полимеров и прочих жидкостей.
• Механические. Востребованы для штамповки, резки, формирования и сборки материалов. операции выполняются при помощи штампов, которые крепятся к столу.

• Платиновые. Промышленные машины большого размера с двумя стальными пластинами. В процессе работы они нагреваются, после чего начинается формовка.
• Пневматические. Для работы используется сжатый воздух. Типичными областями применения считается формовка, штамповка, гибка или резка.
• Силовые. Гидравлические станки для штамповки, резки и формовки металлов.
• Листогибочные. Могут быть как гидравлическими, так и механическими и даже ручными. Листовой металл обрабатывается на холодную.
• Штамповочные. Подразумевается, что работа пресса основана на использовании штампов.
• Правильные. Усилие оборудование направлено на выравнивание металлической детали.
• Таблетирующие. Разработаны для прессования порошкового сырья в таблетки.
• Трансферные. Машины предназначены для передвижения заготовки по штамповочному конвейеру. Манипуляторы на подающей штанге перемещают детали от одного станка к другому до окончания цикла обработки.
• Вакуумные. Системы с гидравлическим приводом промышленного назначения. Давление воздуха создает усилие, необходимое для формовки. При операциях, связанных с ламинированием, воздух из рабочего пространства отводится и создается вакуум.

Выбор гидравлического пресса

Большой ассортимент оборудования не очень-то облегчает поиск наиболее подходящей модели. Опираясь на производственные потребности, стоит иметь ввиду, что найти установку, которая полностью бы соответствовала заявленным требованиям очень непросто. Особенное, если их список большой или условия работы специфические. В таких случаях желательно отдать предпочтение оборудования с завышенными характеристиками по сравнению с требуемыми. Запас прочности рано или поздно будет востребован.

Среди технических характеристик, которые оказывают наибольшее влияние на выбор модели, стоит отметить две самые важные:

• размер заготовок или изделий, которые предстоит обрабатывать;
• необходимая для этого сила давления.

Именно эти показатели являются основополагающими и уже от них зависит дальнейший выбор. Например, установка мощностью до 10 тонн вряд ли удовлетворит потребности сервиса для грузовиков, а 100-тонный агрегат совсем не вписывается в небольшую мастерскую.

Другие особенности оборудования, на которые необходимо обратить внимание:

• Автоматический возврат в исходное положение. Рабочий процесс заметно ускоряется плюс повышается комфорт в работе.
• Хромированный шок. Препятствует образованию коррозии, повышает срок службы цилиндров.
• Предохранительный клапан. Защитит пресс от перегрузок и ее последствий.
• Прочность станины. Все стыки должны быть профессионально заварены. В противном случае со временем платформа разрушится.
• Лебедочный механизм. Требуется для работы с тяжелыми заготовками.
• Перемещение стола или цилиндра. Мобильность расширяет возможности оборудования и повышает удобство.
• Качество манометра. Важно, чтобы прибор показывал точное значение усилия, которое давит на заготовку. Стоит отдать предпочтение глицериновому манометру: он поглощает вибрацию.