Гидравлический пресс: устройство и применение¶

Гидравлический пресс — это машина для обработки материалов давлением, в которой усилие создаётся за счёт давления жидкости (обычно минерального масла или воды) на поршень в замкнутом цилиндре. Относится к классу гидравлических машин и основан на законе Паскаля: давление, производимое на жидкость в замкнутом сосуде, передаётся ею без изменения во все точки и по всем направлениям. Гидропрессы применяются для ковки, штамповки, прессования, брикетирования, гибки и других операций, требующих значительных усилий — от десятков тонн до десятков тысяч тонн.

¶История

Принцип гидравлического усиления был описан ещё в XVII веке: в 1647 году французский учёный Блез Паскаль сформулировал закон о передаче давления в жидкости. Практическая реализация стала возможной после работ английского изобретателя Джозефа Брама, который в 1795 году получил патент на гидравлический пресс и в 1796 году построил первую работоспособную машину с самоуплотняющимся манжетным уплотнением. Именно это уплотнение, предложенное Брамом, сделало гидропресс промышленно пригодным.

В России гидравлические прессы начали применяться в XIX веке на оружейных и металлургических заводах. В XX веке, с развитием тяжёлого машиностроения, были созданы уникальные по мощности агрегаты: в 1950-х годах в СССР построены прессы усилием 30 000 и 70 000 тонн, а в 1961 году — пресс усилием 120 000 тонн для штамповки крупногабаритных деталей из алюминиевых сплавов. Эти машины долгое время оставались крупнейшими в мире.

¶Устройство и принцип работы

Основу гидропресса составляют два сообщающихся цилиндра с поршнями разного диаметра. Малый поршень (плунжер) приводится в движение насосом и создаёт давление в рабочей жидкости. По закону Паскаля это давление передаётся на большой поршень, площадь которого во много раз превышает площадь малого. Выигрыш в силе равен отношению площадей поршней.

Типовая конструкция включает:

Станину — несущую раму (стоечную, колонную или рамную), воспринимающую усилие.
Рабочий цилиндр с плунжером, создающим основное усилие.
Насосную станцию — поршневые, плунжерные или роторные насосы высокого давления.
Гидроаккумуляторы для выравнивания нагрузки и накопления энергии.
Распределительную и предохранительную аппаратуру — клапаны, золотники, манометры.
Систему управления — от ручных рычагов до современных электрогидравлических и программных контроллеров.

Рабочая жидкость под давлением 20–40 МПа (в отдельных системах выше) поступает в цилиндр, перемещая плунжер и связанный с ним инструмент — штамп, боёк, пуансон. Обратный ход обеспечивается сливом жидкости и возвратными механизмами.

¶Классификация

Гидропрессы различают по нескольким признакам.

По назначению:

кузнечно-штамповочные (ковочные, штамповочные, вытяжные);
прессы для объёмной штамповки;
брикетировочные и пакетировочные (для металлолома, отходов);
прессы для прессования порошков и пластмасс;
испытательные и специальные (например, для трубных и мостовых конструкций).

По конструкции станины:

колонные (четырёхколонные) — наиболее распространённые;
стоечные (одно- и двухстоечные);
рамные и челюстные.

По развиваемому усилию:

малые (до 100 тс);
средние (100–1000 тс);
крупные (1000–10 000 тс);
сверхмощные (свыше 10 000 тс).

По типу привода: с индивидуальным насосным приводом, с насосно-аккумуляторным приводом, мультипликаторные.

¶Применение

Гидравлические прессы занимают ключевое место в металлообработке и машиностроении. Основные области:

Ковка и штамповка — изготовление поковок, валов, дисков, деталей авиационной и энергетической техники.
Листовая штамповка — вытяжка кузовных деталей, гибка, формовка.
Прессование — производство профилей из алюминия, меди, пластмасс, а также брикетирование стружки и отходов.
Порошковая металлургия — формование деталей из металлических порошков.
Переработка отходов — пакетирование металлолома, макулатуры, текстиля.
Испытания — проверка прочности труб, канатов, строительных конструкций.

В России гидропрессы выпускаются рядом машиностроительных предприятий; крупные агрегаты используются в авиастроении, металлургии и тяжёлом машиностроении.

¶Преимущества и ограничения

К достоинствам гидропрессов относят:

возможность создания очень больших усилий при компактных размерах;
плавное регулирование усилия и скорости;
равномерное распределение давления по всей площади обработки;
простоту реверсирования хода;
высокую точность и возможность автоматизации.

Ограничения:

зависимость усилия от герметичности системы, риск утечек рабочей жидкости;
более низкий КПД по сравнению с механическими прессами из-за потерь на трение и нагрев жидкости;
необходимость обслуживания насосных станций и фильтрации масла;
чувствительность к загрязнению рабочей среды.

¶Интересные факты

Первый гидравлический пресс Брама развивал усилие около 300 тонн.
Советский пресс усилием 120 000 тонн, установленный в 1961 году, был занесён в Книгу рекордов Гиннесса как крупнейший в мире.
Давление в гидросистемах мощных прессов может достигать 100 МПа и более.
Гидропресс лежит в основе работы гидравлического домкрата, тормозных систем автомобилей и многих других устройств.

Источники: технические справочники по кузнечно-прессовому оборудованию, энциклопедические издания по машиностроению, материалы по истории гидравлических машин.