Если вы инженер-технолог или менеджер цеха, вы, вероятно, заметили, что смотрите наГидравлический пресс с H-образной рамойна вашем предприятии, задаваясь вопросом, достаточно ли он универсален, чтобы справляться не только с холодной штамповкой или простыми задачами сборки. Возможно, у вас есть партия деталей, требующих горячего прессования (например, спекания металла, композитного ламинирования или даже термофиксированных вставок), и вы не хотите инвестировать в совершенно новое оборудование. Как поставщик гидравлических прессов я чаще всего получаю следующий вопрос: можно ли использовать гидравлический пресс с Н-образной рамой для горячего прессования? Короткий ответ — да, но только если вы учтете несколько ключевых факторов, которые отличают этот тип рамы от других типов прессов, таких как гидравлический пресс с C-образной рамой или гидравлический пресс со колонной. Давайте разберем это на основе реального понимания, основанного на тысячах установок прессы, которые я поддерживал за последние 15 лет.
Для начала давайте определимся, что же на самом деле собой представляет горячее прессование. В отличие от холодного прессования, при котором для придания формы или соединения материалов применяется сила комнатной температуры, горячее прессование сочетает в себе силу сжатия с контролируемым нагревом (обычно от 200°C до 1200°C, в зависимости от материала) для достижения свойств, с которыми холодная штамповка не может сравниться. Например, при спекании металла используется тепло для сплавления порошкообразных металлических частиц вместе, в то время как давление сохраняет форму, в результате чего детали становятся более плотными и прочными, чем альтернативы, полученные холодным спеканием. Композитные ламинаты (например, углеродное волокно для деталей аэрокосмической промышленности) часто требуют горячего прессования для отверждения смолы и устранения пустот между слоями, а термофиксированные вставки в пластиковых или металлических компонентах требуют точной температуры и силы, чтобы предотвратить растрескивание при закреплении вставки.
Конструкция H-образной рамы является популярным выбором для многих производителей, поскольку она обеспечивает высокую жесткость по всей широкой рабочей зоне, полный фронтальный доступ для загрузки и разгрузки крупных деталей, а также надежную несущую способность (до 10 000 тонн в некоторых нестандартных исполнениях). Но когда вы начинаете добавлять к этой раме тепловые компоненты, вам необходимо учитывать тепловое расширение, которое является критическим фактором, который не так уж важен при холодном прессовании. При работе в холодных условиях рама остается при температуре окружающей среды, поэтому геометрия ее конструкции во время эксплуатации практически не изменяется. Когда вы нагреваете плиты (плоские металлические пластины, которые прикладывают силу к детали), плиты расширяются как в продольном, так и в горизонтальном направлении, и это расширение передает тепло самой раме. Это может нарушить выравнивание толкателя пресса (подвижной части, придающей силу) и балки (неподвижной пластины, поддерживающей деталь), что приведет к неравномерному распределению давления по детали. В критически важных областях применения, таких как ламинаты в аэрокосмической отрасли, неравномерное давление может создавать слабые места, которые выходят из строя во время испытаний, поэтому эту проблему нельзя игнорировать.
Давайте поговорим о компонентах, которые необходимо изменить или добавить к стандартной Н-образной раме, чтобы сделать ее пригодной для горячего прессования. Во-первых, плиты: стандартные плиты холодного пресса представляют собой толстые стальные блоки, но плиты горячего пресса должны выдерживать высокие температуры и сохранять плоскостность как под воздействием тепла, так и под давлением. Мы часто предлагаем плиты из термообработанной легированной стали для горячего прессования с внутренними каналами для нагревательных элементов или картриджных нагревателей. Некоторые клиенты также добавляют к плитам каналы охлаждения, особенно для операций, чувствительных к циклам, чтобы они могли быстро снижать температуру между партиями и ускорять производство.
Далее система отопления. Существует два распространенных метода нагрева при горячем прессовании: электрические картриджные нагреватели (вставленные в каналы плиты) и нагрев жидкостью (с использованием горячего масла или воды, циркулирующих через плиту). Электрические нагреватели проще устанавливать и контролировать для небольших деталей, тогда как системы на основе жидкости обеспечивают более равномерное распределение тепла для больших плит. Ключевым моментом здесь является то, что гидравлическая система вашей Н-рамы должна быть совместима с любыми модификациями, которые вы вносите в опорные плиты. Вы не хотите устанавливать картриджные нагреватели на 500°C и обнаружить, что уплотнения толкателя вашего пресса не выдерживают температуру выше 150°C. Эту ошибку мы видим постоянно: клиенты не учитывают передачу тепла от пластин к толкателю или гидравлической жидкости, что приводит к выходу из строя уплотнений и дорогостоящим простоям.
Выравнивание — еще одна важная проблема, связанная с горячими прессами с H-образной рамой. Две вертикальные ножки рамы обеспечивают жесткость, но когда плиты нагреваются, их расширение может привести к небольшому смещению толкателя. Чтобы противодействовать этому, мы рекомендуем добавить к узлу толкателя линейные направляющие, которые сохранят его выравнивание даже при расширении рамы и плит. Некоторые производители используют подушки или регулируемые прокладки для регулировки выравнивания во время установки, но при горячем прессовании это выравнивание необходимо регулярно проверять по мере старения пресса, поскольку повторяющиеся термические циклы могут со временем вызвать небольшую деформацию.
А чем рама H отличается от других типов прессов для горячего прессования? Например, гидравлический пресс с C-образной рамой более компактен и дешевле для легких нагрузок, но у него есть одна сторона для поддержки, поэтому он более склонен к прогибу под высоким давлением, особенно в сочетании с тепловым расширением. Это делает рамы C менее идеальными для больших задач горячего прессования с применением больших усилий. В гидравлическом прессе со стойками используются четыре вертикальные стойки вместо двух боковых опор, что обеспечивает превосходное выравнивание, но стойки часто располагаются ближе друг к другу, что ограничивает доступ к крупным деталям. Рамы H, напротив, имеют полный доступ спереди и сбоку, что делает их идеальными для загрузки больших или тяжелых деталей, полученных горячим прессованием, таких как панели кузова автомобиля или компоненты ветряных турбин. Компромисс заключается в том, что вам придется спроектировать H-образную раму так, чтобы она выдерживала тепловое расширение, поэтому мы не предлагаем универсальное решение для горячего прессования — мы настраиваем каждую H-рамку на основе конкретного температурного диапазона клиента, размера детали и требований к усилию.
Давайте поделимся реальным примером клиента, чтобы прояснить это. Несколько лет назад мы работали с производителем шестерен из порошкового металла для большегрузных грузовиков, который хотел перейти от холодного спекания к горячему прессованию, чтобы повысить долговечность шестерен. Первоначально они рассматривали специальный столбчатый пресс для горячего прессования, но их шестерни имели диаметр 12 дюймов, а узкое расстояние между столбчатыми прессами не позволило бы выгрузить тяжелую спеченную шестерню, не повредив ее. Они решили модифицировать свой существующий 500-тонный пресс с H-образной рамой, но обратились к нам, потому что их первая попытка добавить нагревательные компоненты не удалась — их плунжер сместился на 0,5 мм, когда плиты достигли 400°C, что привело к неравномерной плотности в шестернях. Мы добавили к поршню линейные направляющие, заменили уплотнения высокотемпературным полиуретаном и установили датчики температуры в обе плиты, чтобы обеспечить равномерный нагрев по всей рабочей зоне. После модификации плотность их зубчатых колес увеличилась на 12%, что снизило износ и продлило срок службы деталей на 30%. Именно такой результат вы можете получить, если правильно адаптируете H-образную рамку для горячего прессования.
Существуют также ограничения, которые следует учитывать при использовании рамки H для горячего прессования. При очень высоких температурах (выше 800°C) мы часто рекомендуем дополнительную изоляцию между плитами и рамой, поскольку даже небольшая передача тепла к раме может вызвать проблемы с расширением. Мы также не рекомендуем использовать Н-образные рамы для горячего прессования со сверхвысокой силой (более 5000 тонн) без специального проектирования, поскольку две боковые опоры рамы могут испытывать большее скручивающее напряжение, чем четыре опоры колонного пресса, когда сила прикладывается неравномерно из-за теплового расширения. Для таких приложений, требующих больших усилий, пресс со столбом может быть более надежным вариантом, и мы покажем вам это сравнение.
Безопасность — еще один фактор, который мы никогда не упускаем из виду при модификации H-образных рам для горячего прессования. Горячие плиты могут достигать температур, вызывающих серьезные ожоги, поэтому мы устанавливаем защитные ограждения вокруг рабочей зоны, блокировки, которые останавливают пресс, если ограждения открыты, а также термостойкие перчатки и оборудование как часть нашего стандартного комплекта горячего прессования. Мы также проводим обучение операторов наших клиентов, поскольку горячее прессование добавляет новые риски, такие как выброс детали из-за теплового расширения и перегрева гидравлической жидкости.
В конце концов, то, подойдет ли гидравлический пресс с H-образной рамой для ваших нужд горячего прессования, зависит от трех факторов: требуемого температурного диапазона, размера детали и силы, а также готовности решать проблемы теплового расширения и выравнивания. Если у вас уже есть пресс с Н-образной рамой, не думайте, что он не может выполнять горячее прессование — при правильных модификациях плит, систем нагрева и компонентов выравнивания он может стать экономически эффективной альтернативой покупке специального горячего пресса. Если вы ищете новый пресс, работа с поставщиком, который понимает как конструкцию H-образной рамы, так и требования к горячему прессованию, поможет вам избежать дорогостоящих ошибок.
Для получения дополнительной информации о том, как адаптировать существующую H-образную раму или выбрать новую для горячего прессования, вы можете ознакомиться с полным спектром наших решений для гидравлических прессов, включаяГидравлический пресс с H-образной рамой, узнайте, как гидравлический пресс с C-образной рамой подходит для ваших конкретных задач, или ознакомьтесь с преимуществами выравнивания гидравлического пресса со колонной. Наша команда имеет многолетний опыт поддержки производителей в различных отраслях, от автомобильной до аэрокосмической, и мы здесь, чтобы помочь вам найти правильное решение для ваших потребностей в горячем прессовании. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы обсудить ваш проект и получить индивидуальные рекомендации, соответствующие вашим производственным целям.
Ссылки
- Калпакджян С. и Шмид С.Р. (2014).Процессы производства инженерных материалов(7-е изд.). Пирсон Образование.
- Грувер, член парламента (2020).Основы современного производства: материалы, процессы и системы(7-е изд.). Джон Уайли и сыновья.
- Американское общество инженеров-механиков (ASME). (2018).Стандарты безопасности для гидравлических прессов(Б11.1-2018). АСМЭ Интернешнл.
- Дитер, GE, и Бэкон, ди-джей (2018).Механическая Металлургия(3-е изд.). Макгроу-Хилл Образование.
