Кривошипный пресс незаменим при формовке и штамповке металла: режет, гнет, вытягивает или пробивает материал.
Как он устроен и для чего применяется в различных отраслях промышленности? Разбираемся.
Кривошипный пресс — настоящий ветеран среди оборудования. Основные его принципы были придуманы и воплощены в жизнь более двухсот лет назад, когда промышленность только-только начинала свой бурный рост. Изначально, конечно, это были довольно простые, ручные механизмы, где сила человека приводила все в движение. Когда на сцену вышли паровые двигатели, а за ними и электрические, кривошипный пресс оказался идеальной находкой для новой эпохи — массового производства. Ведь он позволяет с удивительной скоростью и точностью изготавливать абсолютно одинаковые металлические детали, что крайне важно для конвейеров и стандартизации.
В основе пресса кривошипно-ползунный механизм. Отличие от гидравлики или пневматики кроется в том, как эти устройства создают и передают усилие. Гидравлический пресс работает за счет давления жидкости, он воздействует на материал плавно, постоянно на протяжении всего хода. Пневматический использует сжатый воздух.
Кривошипный пресс — механический. Коленчатый вал у него очень похож на тот, что ставят в двигателях внутреннего сгорания. Когда топливо в цилиндре сгорает, поршень двигается вниз и толкает вал. Это прямолинейное движение переходит во вращательное, благодаря чему, например, крутятся колеса. Герой этой статьи работает похожим образом, только в обратной последовательности: вращательное движение превращается в прямолинейное. Ползун поднимается и опускается и выполняет всю основную работу с металлом.
Кривошипные прессы различаются по своему размеру и мощности, иначе говоря тоннажу. Можно выделить легкие и тяжелые модели. Первые развивают усилие от нескольких десятков до ста тонн и подходят для относительно несложных операций. Например, чтобы быстро вырубить что-то из тонкого листового металла или не очень глубоко согнуть его. А вот для серьезных задач существуют более мощные прессы, способные выдавать усилие до нескольких тысяч тонн. Это машины для формовки толстого металла или холодной объемной штамповки — в общем, для всего, что требует колоссальной силы.
Даже в наше время, спустя столько лет после изобретения, это оборудование незаменимо в цехах холодной и горячей штамповки.
Кривошипный пресс — сложная, но логично устроенная машина. Вот его основные компоненты:
Станина (рама)
Несущий элемент пресса, его «скелет», который отвечает за устойчивость всей конструкции. Станину делают из высокопрочного чугуна или стали, чтобы она выдержала высокие рабочие нагрузки. У устройств малой и средней мощности она чаще всего одностоечная (С-образная), у тяжелых моделей — двухстоечная (О-образная).
Кривошипно-шатунный механизм
Это сердце пресса, преобразует вращательное движение в поступательное. Состоит из коленчатого вала, шатуна и ползуна.
Приводной механизм
Обеспечивает пресс энергией. Включает электродвигатель, маховик и передаточный механизм, в роли которого обычно выступают редуктор или шестеренки.
Муфта-тормоз
Муфта отвечает за соединение приводного вала с кривошипным валом, запускает движение ползуна. Тормоз же останавливает ползун в любом положении, а также фиксирует его в верхней мертвой точке после рабочего хода.
Механизм регулировки хода
Позволяет изменять высоту нижней точки хода ползуна и настраивать пресс под различные штампы и толщины заготовок.
Работа пресса начинается с того, что электродвигатель приводит в движение маховик. Тот обладает значительной массой и действует как инерционный накопитель. Это особенно важно в момент удара, когда пресс требует максимального усилия.
Вращение маховика через редуктор передается на коленчатый вал. На нем расположен кривошип — по сути, смещенная ось или эксцентрик.
Когда вал вращается, кривошип совершает круговое движение. Шатун, прикрепленный одним концом к кривошипу, а другим — к ползуну, преобразует вращательное движение кривошипа в прямолинейное движение ползуна вверх и вниз.
В рабочем цикле есть несколько ключевых стадий:
Ход вниз (рабочий ход)
Когда коленчатый вал начинает вращаться из верхней мертвой точки (ВМТ), ползун движется вниз. В этот момент муфта соединяет маховик с кривошипным валом, передавая накопленную энергию. По мере приближения ползуна к заготовке его скорость постепенно увеличивается, достигая максимума примерно в середине хода.
Приложение усилия (зона деформации)
Это критическая фаза, происходящая непосредственно перед и в самой нижней мертвой точке (НМТ). Ползун, несущий пуансон, входит в контакт с заготовкой, лежащей на матрице. Вся накопленная энергия маховика и привода используется для деформации материала — формования детали, вырубки или пробивки.
Обратный (холостой) ход
После прохождения НМТ ползун начинает движение вверх, возвращаясь в исходное положение. В этот момент муфта обычно размыкается, а тормоз активируется, чтобы остановить кривошипный вал и ползун в ВМТ, готовом к следующему циклу. Если пресс работает в режиме непрерывных ходов, муфта может оставаться замкнутой, и цикл повторяется автоматически.
Во время обратного хода извлекают готовую деталь и удаляют отходы.
Кривошипные прессы — универсальное оборудование. С их помощью изготавливают множество деталей:
Двери, капоты, крылья, элементы шасси автомобилей.
Корпусы холодильников и стиральных машин, детали микроволновок, плит, вентиляторов, пылесосов и другой бытовой техники.
Контакты, клеммы, радиаторы, внутренние элементы для электродвигателей и трансформаторов.
Заготовки для гаечных ключей, плоскогубцев, молотков и других инструментов.
Даже когда мы открываем банку газировки или консервов, пользуемся аэрозолями, в наших руках оказывается результат работы кривошипного пресса: ведь именно он формирует металлическую тару и упаковку.
Первый плюс — скорость. Кривошипные прессы работают очень быстро и выдают огромное количество деталей за смену. Это прямо влияет на производительность завода.
Еще один важный момент — простота конструкции. Принцип работы оборудования довольно понятный, а значит, и надежность выше. Меньше сложных узлов — проще ремонт и обслуживание.
И, конечно, стоимость. Кривошипные более доступны, чем некоторые другие прессы, как при покупке, так и в дальнейшей эксплуатации.
Теперь перейдем к минусам. Кривошипный пресс развивает наибольшую мощность лишь к самому концу своего рабочего хода. Если требуется равномерное усилие на протяжении всей операции, с такими задачами лучше справится, например, гидравлика.
Также эти прессы сильно шумят. Необходимо использовать виброизолирующие фундаменты или подставки, установить шумопоглощающие кожухи, а также применять СИЗ — беруши или наушники.
Прежде всего, должна быть надежно защищена та зона пресса, где расположен штамп. Стационарные или подвижные ограждения физически исключают возможность того, что оператор попадет в опасное место во время работы. Дополняют их световыми или оптоэлектронными барьерами. Эти системы создают невидимый световой занавес, и если рука или любая другая часть тела оператора пересекает его во время хода, пресс мгновенно останавливается.
Для запуска обязательно применяется двухручное управление. Нужно одновременно нажать две кнопки, при этом дотянуться до них одной рукой не получится. Это гарантирует, что при движении ползуна оператор будет в безопасности.
Очень важно предусмотреть возможность немедленно остановить пресс. Кнопки аварийной остановки — крупные, грибовидные и красного цвета. Они находятся в легкодоступных местах.
Категорически нельзя вручную проталкивать деталь или поправлять ее — для этого есть пинцеты и крючки. Перед каждым запуском обязательно стоит убедиться, что на штампе и рабочем столе нет посторонних предметов, например обрезков.
Сейчас у кривошипных прессов появилось множество «конкурентов», например лазерная резка. Однако своей актуальности это оборудование все еще не теряет. Ведь штампованные детали получаются идентичными, с минимальными отклонениями, что крайне важно для конвейерного производства. В дальнейшем такие фрагменты можно отправить на автоматизированную сборку, чтобы в целом ускорить все производственные процессы.
