Винтовой пресс¶

Винтовой пресс — это машина статического или ударного действия, предназначенная для обработки материалов давлением, в которой рабочее усилие создаётся за счёт преобразования вращательного движения винта в поступательное движение ползуна (или плиты). Винтовые прессы относятся к классу кузнечно-прессовых машин и широко применяются в металлообработке, деревообработке, пищевой и химической промышленности для штамповки, ковки, вырубки, брикетирования, отжима жидкостей и прессования порошковых материалов.

¶История

Первые прообразы винтовых прессов были известны ещё в античности. Винт как механизм для передачи усилия описан Архимедом (III век до н. э.), однако практическое применение для сжатия материалов получил развитие в Древнем Риме (винтовые давильни для масла и вина). В Средние века винтовые прессы использовались в книгопечатании (печатный станок Иоганна Гутенберга, ок. 1440 года) и в монетном деле для чеканки монет.

В XIX веке, с развитием металлургии и машиностроения, винтовые прессы стали применяться в промышленных масштабах. В 1840-х годах в Великобритании были созданы первые паровые винтовые прессы с приводом от паровой машины. В России винтовые прессы начали активно внедряться в конце XIX века на заводах Урала и Санкт-Петербурга, в частности на Путиловском заводе. В XX веке появились электрические и гидравлические винтовые прессы, а также прессы с программным управлением.

¶Принцип действия

Винтовой пресс работает по принципу преобразования вращательного движения маховика (или шкива) в поступательное движение ползуна. Основными элементами являются:

• Винт (обычно трапецеидальной или прямоугольной резьбы) — передаёт усилие.
• Гайка (встроенная в станину или ползун) — фиксирует винт.
• Маховик (или шкив) — накапливает кинетическую энергию.
• Муфта сцепления — соединяет маховик с винтом для передачи вращения.
• Тормоз — останавливает вращение винта.
• Ползун — подвижная часть, непосредственно воздействующая на заготовку.
• Станина — несущая конструкция, воспринимающая усилие.

При включении муфты маховик вращает винт, который, ввинчиваясь в гайку, опускает ползун. После контакта с заготовкой кинетическая энергия маховика преобразуется в усилие деформации. После окончания хода винт реверсируется (или отключается муфта), и ползун поднимается.

¶Классификация

Винтовые прессы классифицируются по нескольким признакам.

¶По типу привода

• Ручные (винтовые ручные прессы) — приводятся в действие мускульной силой человека через рычаг или маховик. Используются для мелких работ (слесарные, ювелирные, лабораторные).
• Фрикционные (винтовые фрикционные прессы) — вращение винта осуществляется через фрикционную передачу от электродвигателя. Наиболее распространённый тип в кузнечно-штамповочном производстве.
• Электрические (винтовые электромеханические прессы) — винт вращается напрямую от электродвигателя через редуктор или без него. Обеспечивают высокую точность хода и усилия.
• Гидравлические (винтовые гидропрессы) — вращение винта осуществляется от гидромотора. Отличаются плавностью хода и большими усилиями.
• Пневматические — привод от пневмодвигателя, применяются редко, в основном для малых усилий.

¶По типу хода

• Одноударные (ударные) — ползун совершает один рабочий ход за цикл, усилие передаётся за счёт инерции маховика. Характерны для фрикционных прессов.
• Многоударные — допускают несколько последовательных ударов для деформации заготовки.
• Бесшатунные (с постоянным ходом) — ползун движется непрерывно, усилие регулируется моментом включения муфты.

¶По назначению

• Штамповочные — для горячей и холодной штамповки деталей из металла.
• Ковочные — для ковки (свободной и в штампах).
• Вырубные — для вырубки и пробивки отверстий.
• Чеканочные — для чеканки монет, медалей, значков.
• Брикетировочные — для прессования стружки, опилок, отходов в брикеты.
• Отжимные — для отжима жидкости из сырья (масла, соки, вино).
• Порошковые — для прессования порошковых материалов (металлокерамика, таблетки).

¶Устройство и характеристики

Основные конструктивные элементы винтового пресса:

• Станина — чугунная или стальная литая, реже сварная. Обеспечивает жёсткость и воспринимает усилие.
• Винт — изготавливается из легированной стали, резьба обычно трапецеидальная (ГОСТ 9484-81) или упорная. Длина винта определяет ход ползуна.
• Гайка — бронзовая (для снижения трения) или стальная с антифрикционным покрытием.
• Маховик — чугунный или стальной, масса может достигать нескольких тонн. Кинетическая энергия маховика определяет усилие пресса.
• Муфта — фрикционная, кулачковая или электромагнитная. Обеспечивает включение/выключение привода.
• Тормоз — ленточный, колодочный или дисковый.
• Ползун — направляющие ползуна обеспечивают точность хода (обычно по типу «ласточкин хвост»).

Основные технические характеристики:

• Номинальное усилие (кН или тс) — максимальное усилие, развиваемое прессом. Диапазон: от 1 кН (ручные) до 100 000 кН (крупные промышленные).
• Ход ползуна (мм) — расстояние, на которое опускается ползун. Обычно от 50 до 1000 мм.
• Частота ходов (ходов/мин) — количество рабочих циклов в минуту. Для фрикционных прессов — 10–40, для электрических — до 60.
• Энергия удара (кДж) — кинетическая энергия маховика, передаваемая заготовке. Для мощных прессов — до 1000 кДж.
• Габариты стола (мм) — размеры рабочей зоны.

¶Применение

Винтовые прессы используются в различных отраслях промышленности:

• Металлообработка — горячая и холодная штамповка деталей (автомобильные кузова, корпуса приборов, крепёж), ковка поковок, вырубка заготовок, чеканка монет (Монетный двор, Гознак).
• Деревообработка — склеивание щитов, прессование фанеры, брикетирование опилок.
• Пищевая промышленность — отжим масла из семян (подсолнечник, оливки), соков из фруктов, винограда (виноделие). В России такие прессы используются на маслозаводах и винодельнях.
• Химическая промышленность — прессование порошков (катализаторы, удобрения), брикетирование отходов.
• Фармацевтика — таблетирование лекарственных порошков.
• Ювелирное дело — чеканка и штамповка мелких деталей.

¶Достоинства и недостатки

¶Достоинства

• Простота конструкции и обслуживания.
• Высокое усилие при относительно небольших габаритах (по сравнению с гидравлическими прессами).
• Возможность регулировки усилия и хода.
• Низкая стоимость (по сравнению с кривошипными прессами).
• Высокая надёжность (особенно фрикционные прессы).

¶Недостатки

• Низкая производительность (по сравнению с кривошипными прессами).
• Шум и вибрация при работе (особенно ударные модели).
• Ограниченная точность хода ползуна (для фрикционных прессов).
• Необходимость периодической замены фрикционных накладок и бронзовых гаек.
• Большой расход энергии на разгон маховика.

¶Интересные факты

• Самый мощный винтовой пресс в мире — пресс модели «SMS group» (Германия) усилием 100 000 кН (10 000 тонн), используется для штамповки крупногабаритных деталей самолётов и ракет.
• В России крупные винтовые прессы производятся на заводах «Тяжпрессмаш» (Рязань) и «Кузнечно-прессовый завод» (Воронеж). Они применяются на авиастроительных и автомобильных предприятиях.
• Винтовые прессы широко использовались в монетном деле: до внедрения гидравлических прессов именно они чеканили монеты в Российской империи (Санкт-Петербургский монетный двор).
• В деревообработке винтовые прессы применяются для изготовления клеёного бруса и мебельных щитов — они обеспечивают равномерное давление по всей площади.

¶Источники

• ГОСТ 12.2.017-93 «ССБТ. Прессы винтовые. Требования безопасности».
• «Кузнечно-прессовое оборудование» / Под ред. А. Н. Маликова. — М.: Машиностроение, 1985.
• «Технология кузнечно-штамповочного производства» / Б. А. Кравченко. — М.: Машиностроение, 2004.
• «Винтовые прессы: конструкция, расчёт, эксплуатация» / В. И. Захаров. — М.: Машгиз, 1962.
• «Прессовое оборудование для металлообработки» / Каталог ОАО «Тяжпрессмаш» (Рязань), 2020.