2. Опис гідравлічного пресу і принцип його роботи.

Пресуванням формують вироби з термо- і реактопластів шляхом пластичної деформації матеріалу при одночасній дії на нього тепла і тиску з наступною фіксацією форми виробу. Операція пресування здійснюється, як правило, в прес-формах, конфігурація робочих порожнин яких відповідає конфігурації виробів.

При формуванні прес-форму встановлюють між плитами пресу, який створює необхідне для формування стискаюче зусилля. Преси чинять статичну (неударну) дію на прес-форму.

Найважливішою класифікаційною ознакою є система передачі енергії від двигуна до пресуючого механізму. За цією ознакою преси ділять на механічні (кривошипні, ексцентрикові, гвинтові, важільні), пневматичні, парові, гідравлічні і комбіновані (пневмогідравлічні, важільно-гідравлічні). У промисловості переробки пластмас найбільшого поширення набули гідравлічні преси.

Механічні преси знаходять обмежене застосування для пресування дрібних деталей, таблетування, обрізання облою і ливників та деяких інших операцій.

Гідравлічні преси (рис. 2.1) розділяють за наступними ознаками:

– за конструктивними ознаками підрозділяються на колонні (рис. 2.1, а) і рамні (рис. 2.1, б);

– за типом приводу – з груповим або з індивідуальним приводом;

– за розташуванням головного (робочого) циліндра – з верхнім або нижнім циліндром;

– за кількістю плит – одноповерхові, двоповерхові і багатоповерхові;

– за питомим тиском пресування – високого (вище 20 МПа) і низького (до 10 МПа) тиску;

– за характером управління – з ручним, напівавтоматичним і автоматичним управлінням;

– за типом системи обігріву плит – з паровим і електричним обігрівом.

а– колонний прес з верхнім розташуванням головного циліндру;

б – рамний поверховий прес;

1 – головний циліндр; 2 – плунжер; 3 – верхняя траверса; 4 – гайка;

5 – грундбукса; 6 – ущільнюючий манжет; 7 – фланець;

8 – напрявляюча втулка; 9 – рухома плита; 10 – циліндрична колона;

11 – зйомна опора; 12 – повертаючий циліндр;

13 – диференційний плунжер; 14 – виштовхувач; 15 – стійка;

16 – лита стійка; 17 – нижня траверса; 18 – гвинт; 19 – шток.

Рисунок 2.1 – Гідравлічні преси

Привід гідравлічного пресу складається з циліндра з поршнем і насосу. Створюючи порівняно невеликим зусиллям високий тиск в робочому циліндрі насосу, одночасно створюють такий же тиск і в робочому циліндрі пресу. При цьому зусилля, що розвивається в циліндрі пресу, в стільки разів більше зусилля, діючого на поршень насоса, в скільки раз площа поршня робочого циліндра більше площі поршня насосу. Номінальне зусилля змикання гідравлічного пресу без урахування втрат на тертя в ущільненнях можна визначити за формулою [3]:

T = πD² P / 4 (2.1)

де D – діаметр плунжера гідроциліндра; P – тиск гідравлічної рідини.

Відповідно до ГОСТ 8200-70 гідравлічніпреси, призначенідля пресування виробів з пластмас, випускаються з номінальним зусиллям кН (тс): 100(10), 160(16); 250(25); 400(40); 630(63); 1000(100); 1600(160); 2500(250); 4000(400); 6300(630). Для кожного типорозміру ГОСТ регламентує: хід рухомої плити, найбільшувідстань між нерухомою і рухомою плитою, розміри столу, номінальне зусилля і хід виштовхувача, швидкість рухливої траверси (плити) при холостому, робочому і поворотному ходах, швидкість виштовхувача при робочому ході.

Чотирьохколонний одноповерховий гідравлічний прес (див. рис. 2.1, а) складається із замкнутої силової рами, утвореної нижньою 17 і верхньою 3 траверсами і сполученої чотирма циліндричними колонами 10. Кріплення колон до траверс здійснюється за допомогою масивних гайок 4. Головний циліндр 1 нерухомо закріплений у верхній траверсі. До плунжера 2 головного циліндру 1 за допомогою гвинта 18 кріпиться рухлива траверса (плита) 9, що переміщується по колонах пресу, як по направляючих. На краях рухомої траверси укріплені штоки 19 поворотних (ретурних) циліндрів 12, закріплених в гніздах нижньої траверси 17. У отворах рухливої траверси запресовані направляючі втулки 8, які при русі траверси ковзають по колонах. Крайнє нижнє положення траверси обмежується знімними упорами 11, що запобігають виштовхуванню главного плунжера з циліндра. У проточці головного циліндра встановлені грундбукса (напрямна втулка) 5 і ущільнююча манжета 6. Для захисту поверхні плунжера і манжет від попадання на них дрібних абразивних часток перед манжетами встановлюють еластичний пильовик. Манжета і пильовик утримуються в гнізді за допомогою втулки з фланцем 7, закріпленою за допомогою шпильок.

Рух плунжера вниз (робочий хід) відбувається під тиском рідини, що подається в головний циліндр пресу. При цьому порожнини ретурних циліндрів сполучають зі зливом. Відкриття пресу відбувається під дією зусилля, що розвивають ретурні циліндри. В цей час робочу порожнину головного циліндра сполучають зі зливом. На поверхню столу рухливої траверси і на опорну поверхню нерухомої зазвичай встановлюються плити, що обігріваються, з паровим або електричним обігрівом. Прес-форма з матеріалом, що піддається формуванню, встановлюється на поверхню нагрітої плити і прес закривається під дією тиску рідини, що подається в робочу порожнину циліндра. Тепло, що подається до матеріалу від гарячої плити, розплавляє його, і розплав вдавлюється пуансоном в матрицю форми.

Рамний гідравлічний прес (див. рис. 2.1, б) відрізняється від колонного тим, що силова конструкція в ньому утворена двома сталевими рамами 1, в які вставлені і укріплені верхня 2 і нижня 3 траверси.

У деяких типах пресів застосовують стаціонарні прес-форми, які кріпляться безпосередньо до поверхні столу спеціальними монтажними гвинтами, вставленими в спеціальні Т-подібні пази (рис. 2.2), розміри яких уніфіковані і визначаються ГОСТ 16114-80 і ГОСТ 1574-75.

Рисунок 2.2 – паз для кріпильних гвинтів

У столах пресів із зусиллям пресування від 100(10) до 400(40) кН(тс) роблять по два пази, що проходять по діагоналям столу. У столах пресів із зусиллям пресування понад 400(40) і до 1600(160) кН(тс) до двох діагональних пазів додається третій, такий, що проходить через центр столу паралельно одній з його сторін. У столах пресів понад 1600(160) і до 6300(630) кН(тс) пази розташовують паралельно коротшій стороні з кроком 150 мм.

Циліндр виштовхувача 14 (див. рис. 2.1, а) закріплений в центральному вікні на нижній траверсі на стійках 15. Виштовхування виробу здійснює диференціальний плунжер 13, що переміщується під час виштовхування вгору під дією тиску рідини, що подається в нижню порожнину циліндра. Прес кріпиться до фундаменту за допомогою литих стійок 16. Якщо головний циліндр пресу розташовується знизу (рис. 2.3), то плунжер і рухомі траверси можуть повертатися в нижнє положення під дією власної ваги. Примусове зворотнє переміщення робочого столу може виконуватися або за допомогою ретурних циліндрів, або за допомогою ступінчастих (диференціальних) головних плунжерів двосторонньої дії.

При установці ретурних циліндрів для уникнення перекосів їх розміщують попарно по діагоналі або на середній лінії пресу.

Диференціальні циліндри компактніше і менш металоємні. Їх недолік – необхідність шліфовки внутрішньої поверхні циліндра по усій його довжині і підвищені вимоги до надійності рухомих ущільнень, в якості яких найчастіше застосовують поршневі кільця. Заміна зношених ущільнень диференціального плунжера вимагає практично повного розбирання циліндра і займає значно більше часу, чим заміна манжет на звичайному гідроциліндрі.

Циліндр пресу зазвичай виготовляють із сталевого литва (при тиску рідини не більше 32 МПа). Заготівлі, з яких виготовляють циліндри, ретельно перевіряють на наявність раковин, тріщин або волосяних тріщин, присутність яких неприпустима. Ковані циліндри виготовляють з вуглецевих або низьколегованих сталей. Поковки перед механічною обробкою для зняття внутрішньої напруги і поліпшення структури металу піддають нормалізації. Циліндри пресів виготовляють за 3 класом точності. Шорсткість поверхні глухих циліндрів повинна відповідати 6 класу чистоти, наскрізних – 7-8 класу. Напрямну втулку (грундбуксу), через яку плунжер контактує з циліндром, виготовляють з олов’янистої бронзи або антифрикційного чавуну. Втулки великого діаметру для економії бронзи виконують біметалічними з товщиною шару бронзи 2-4 мм.

1 – циліндр; 2 – плунжер; 3 – станина; 4 – рухома траверса;

5 – колона; 6 – плита з паровим обігрівом; 7 – верхня траверса;

8 – труби паропроводів; 9 – паровий колектор;

10 – манжета ущільнювача.

Рисунок 2.3 – Колонний чотириповерховий прес

Добре себе зарекомендували і втулки з тонким полімерним покриттям (наприклад, капрографітом), нанесеним відцентровим методом. Термін служби метало-полімерних втулок в кілька разів вище, ніж бронзових. Довжина направляючої втулки складає від 0,6 до 1,0 діаметру плунжера, при цьому великі значення відповідають меншим діаметрам плунжера. Якщо діаметр направляючої втулки не перевищує 700 мм, то зазвичай її встановлюють в циліндрі по напруженій посадці. При більшому діаметрі для полегшення збірки втулку встановлюють по ковзаючій посадці. Сполучення плунжера з направляючою втулкою звичайно виконується за ходовою посадкою 3 класу точності.

Плунжер гідравлічного пресу сприймає від гідравлічної рідини робоче зусилля і передає його на рухому траверсу. Основні вимоги, що пред’являються до плунжера: підвищена твердість і чистота поверхні, оскільки від дотримання цих вимог залежить термін служби ущільнень і направляючої втулки. Тому поверхню плунжера зазвичай шліфують і полірують.

Плунжери малого діаметру виготовляють суцільними з вуглецевої сталі. Плунжери великих діаметрів часто роблять порожнистими із сталевого литва, розраховуючи їх як товстостінні посудини, що працюють під зовнішнім тиском.

Ущільнення гідравлічного пресу повинні зводити до мінімуму витоки робочої рідини з порожнини циліндра. Одночасно вони повинні попереджувати попадання в циліндр пилу і піску, абразивна дія яких може викликати передчасний знос робочих органів. Ущільнення нерухомих з’єднань (труб, фланців, кришок і т. д.) здійснюють за допомогою різних прокладок, манжет і нерозрізних кілець. Проміжки між рухливими деталями ущільнюють манжетами, сальниками, гумовими кільцями і поршневими (розрізними) кільцями.