OBRÓBKA PLASTYCZNA- POLITECHNIKA POZNAŃSKA
Szymon Sikorski	Mechatronika	gr IV	Semestr II	Rok I

MASZYNY I OPRZYRZĄDOWANIE DO PROCESÓW OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

I.1. a)Schemat kinematyczny prasy mimośrodowej

b) Zasada działania

Prasa mimośrodowa jest to rodzaj prasy, w której ruch posuwisto-zwrotny stempla generowany jest przez mimośród i korbowód z ruchu obrotowego koła zamachowego i wału. Koło zamachowe napędzane jest silnikiem elektrycznym za pośrednictwem przekładni pasowej lub zębatej. Napęd z silnika elektrycznego umieszczonego na uchylnej płycie przenosi się przy pomocy przekładni pasowej na koło zamachowe osadzone na wale pośrednim i dalej przy pomocy przekładni zębatej na wał korbowy. Na mimośrodzie wału korbowego osadzony jest korbowód nadający suwakowi ruch posuwisto zwrotny. W celu zabezpieczenia prasy przed przeciążeniem, w suwaku pod poduszką korbowodu umieszczony jest bezpiecznik ścinowy połączony z wyłącznikiem. Wyłącznik ten w przypadku ścięcia bezpiecznika powoduje wyłączenie obwodu sterowania, a tym samym sprzęgła i zatrzymanie suwaka prasy.
Sterowanie prasy jest elektro-mechniczne i odbywa się przy pomocy przycisków ręcznych umieszczonych na pulpicie lub przy pomocy pedału nożnego. Wybór jednego systemu sterowania uniemożliwia sterowania drugim systemem załączania prasy.

I.2. Od czego zależy wartość siły w prasie mimośrodowej?

Odp. Obliczenie wartości siły cięcia jest konieczne ze względu na dobór nacisku i mocy silnika prasy lub nożyc odpowiednich do wykonania wyrobu. Wartość siły nacisku zależy przede wszystkim od długości linii cięcia, grubości materiału i jego wytrzymałości na ścinanie. Siła cięcia ulega zmianie w miarę zagłębiania się stempla w materiał. Moment, w którym następuje pęknięcie, zależy od rodzaju materiału. Dla materiałów miękkich i plastycznych, np. przy cięciu ołowiu, cyny lub miękkiego aluminium, pęknięcie występuje w końcowej fazie procesu . Natomiast proces plastycznego płynięcia materiałów twardych (np. stal o dużej zawartości węgla) może być już na samym początku przerwany pęknięciem materiału .

I.3. Jakie technologie możemy wykonać na prasach?

Odp. a) Wycinanie - jest to całkowite oddzielenie materiału wzdłuż linii zamkniętej. Część wycięta stanowi przedmiot, a materiał leżący na zewnątrz jest odpadem - rys. 8.2 a.

b) Dziurkowanie - jest to całkowite oddzielenie materiału wzdłuż linii zamkniętej. Część wycięta stanowi odpad, a materiał leżący na zewnątrz linii cięcia - przedmiot, w którym wycięto otwór - rys. 8.2 b.

c) Odcinanie - jest to całkowite oddzielenie przedmiotu od materiału wzdłuż linii nie zamkniętej - rys. 8.2 c.

d) Nacinanie - jest to częściowe oddzielenie materiału wzdłuż linii nie zamkniętej. Nie występuje tu rozdzielenie materiału na dwie oddzielne części - rys. 8.2 d.

e) Wygładzanie - celem operacji jest nadanie powierzchni przecięcia żądanej dokładności kształtu, wymiarów i gładkości. Przykład wygładzania przez ścinanie zewnętrznego naddatku przedstawia rys. 8.2. e.

f) Okrawanie - jest to wyrównanie obrzeża przedmiotu przez usunięcie nadmiaru materiału - rys. 8.2 f.

g) Dokładne wykrawanie - jest operacją, zapewniającą polepszenie jakości i dokładności wymiarów powierzchni ciętej, dzięki czemu niepotrzebna staje się wykańczająca obróbka skrawaniem wyrobów wykrawanych - rys. 8.2 g.

I.4. Rodzaje ruchu prasy (ciągły, pojedynczy)

Na prasach mimośrodowych można przeprowadzać procesy technologiczne w sposób ciągły i pojedynczy. Drugi stosujemy, gdy występuje seryjna produkcja, lub na przykład, gdy chcemy wykonać kilka, kilkanaście wykrojów na danym elemencie. Z tym , że podawanie przedmiotu, powinno być zsynchronizowane z pracą prasy, dlatego też stosuje się różnego rodzaju podajniki, prowadzące do zautomatyzowania. Ruch pojedynczy jest wymuszony przez obsługującego. Każdy proces, musi być spowodowany przez obsługującego.

I.5. Rodzaje obsługi (ręczna, nożna)

Na prasach istnieje możliwość zarówno obsługi ręcznej jak i nożnej. Z uwagi na mechanizm powstawania wydarzeń wypadkowych przy użytkowaniu pras z ręczną obsługą, gdzie operator w każdym cyklu pracy musi sięgać do strefy oddziaływania narzędzia mającego olbrzymi potencjał energii, rozwiązania konstrukcyjne powinny iść w kierunku nadzorowanego i niezawodnego zatrzymywania suwaka w zwrotnym punkcie i utrzymywania go tam aż do chwili opuszczenia przez operatora tejże przestrzeni. Aby spełnić ten warunek, należy stosować pewne, sprawdzone układy nadzorowania ruchu suwaka, napędu i sterowania. Za bezpieczeństwo i niezawodność pracy odpowiadają głównie:

• hamulce i sprzęgła,

• systemy hydrauliczne i pneumatyczne,

• systemy sterowania, samonadzorowania i redundancji,

• nastawianie położenia i skoku suwaka,

• funkcja skoku pojedynczego,

• nadzorowanie wybiegu,

• zawieszanie funkcji bezpieczeństwa,

• blokady wznowienia ruchu,

• łączniki położeniowe,

• elementy sterownicze,

• ustawianie narzędzi, skoki próbne, konserwacja i smarowanie.

Na prasach z obsługą ręczną wszelkie łączniki położeniowe, sterujące ruchem suwaka powinny mieć konstrukcję typu elektromechanicznego. Łączniki zbliżeniowe mogą być stosowane w mechanizmie krzywkowym wału korbowego tylko na prasach pracujących w cyklu automatycznym. Przy obsłudze ręcznej tylko osłony ryglowane można stosować na dowolnych prasach, w tym na prasach mechanicznych, ze sztywnym sprzęgłem zapadkowym. Użytkowanie osłon ruchomych bez ryglowania wymaga spełnienia wielu specyficznych postulatów odnoszących się do konstrukcji pras, sterowania i nadzorowania. Wielkości otworów (ażuru) w osłonach, przez które można mieć dostęp do nadzorowanych przestrzeni, powinny pozostawać w zależności od odległości do miejsc niebezpiecznych.
 Odległości bezpieczeństwa powinny być zgodne z normą PN-EN 294: Bezpieczeństwo maszyn. Odległości bezpieczeństwa uniemożliwiające sięganie kończynami górnymi do stref niebezpiecznych. Pośród wielu zasad użytkowania osłon warto zapamiętać i stosować tę, która mówi, że osłony mogą przyjmować tylko dwie pozycje: albo zamkniętą (ochronną) albo otwartą (bez ochrony). Osłony prawie zamknięte, czy lekko uchylone, to osłony zawsze otwarte.

II.1. Schemat kinematyczny prasy hydraulicznej i jak działa.

Schemat 1

Schemat 2

Prasa hydrauliczna - urządzenie techniczne zwielokrotniające siłę nacisku dzięki wykorzystaniu zjawiska stałości ciśnienia w zamkniętym układzie hydraulicznym (prawo Pascala).

Prosta prasa hydrauliczna zbudowana jest z dwóch połączonych ze sobą cylindrów, które są wypełnione olejem hydraulicznym i zamknięte szczelnymi tłokami. Cylinder roboczy ma zwykle znacznie większą średnicę niż cylinder spełniający rolę pompy. Jeśli działamy określoną siłą na tłok pompy, to na tłok roboczy działa znacznie większa siła.

Tłok pompy o powierzchni S₁, na który działa siła F₁, wywołuje w układzie ciśnienie p:

Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie to rozchodzi się we wszystkich kierunkach i działa ono także na tłok roboczy o powierzchni S₂ wywołując siłę F₂

Z powyższego wzoru wynika, że siła działająca na tłok roboczy jest tyle razy większa od siły działającej na tłok pompy ile razy powierzchnia tłoka roboczego jest większa od powierzchni tłoka pompy.

W prasie hydraulicznej jest spełniona zasada zachowania energii. Praca wykonana przez tłok pompy (ten o mniejszej powierzchni) jest równa sile F1 pomnożonej przez przesunięcie, które z kolei jest tyle razy większe od przesunięcia tłoka roboczego, ile razy przekrój tłoka roboczego jest większy od przekroju tłoka pompy. Energia (lub praca) wykonana przez tłok roboczy jest więc taka sama jak energia tłoka pompy.

Przykładowo: niech S1 będzie równe 10 cm kwadratowych a S2 dwa razy więcej czyli 20 cm kwadratowych. Niech siła F1 będzie równa 10 N - wtedy tłok roboczy zareaguje siłą 20N. Przesunięcie tłoka pompy niech wyniesie 10 cm, tłok roboczy przesunie się wówczas o 5 cm. Praca po stronie tłoka pompy jest równa iloczynowi siły razy przesunięcie czyli 10 N razy 10 cm co daje 1 J. Taka sama praca równa 1 J zostanie wykonana po stronie tłoka roboczego w wyniku pomnożenia siły 20 N razy 5 cm.

Prasy hydrauliczne o prostej klasycznej budowie z pompa tłokową stosuje się tylko w układach, gdzie nie jest wymaganie działanie dużych nacisków jak na przykład w hydraulicznych podnośnikach samochodowych lub w układach hamulcowych pojazdów samochodowych.
Jeśli w urządzeniu wymagane są duże naciski, mogące sięgać aż kilkudziesięciu tysięcy ton, albo szybkie przemieszczenia organu roboczego wtedy w prasach hydraulicznych stosuje sie inne pompy niż tłokowe np. zębate lub łopatkowe, które najczęściej są napędzane silnikami elektrycznym.

II.2. Od czego zależy siła?

Tłok pompy o powierzchni S₁, na który działa siła F₁, wywołuje w układzie ciśnienie p:

Zgodnie z prawem Pascala ciśnienie to rozchodzi się we wszystkich kierunkach i działa ono także na tłok roboczy o powierzchni S₂ wywołując siłę F₂

Z powyższego wzoru wynika, że siła działająca na tłok roboczy jest tyle razy większa od siły działającej na tłok pompy ile razy powierzchnia tłoka roboczego jest większa od powierzchni tłoka pompy.

II.3. Jakie technologie możemy wykonywać na prasach hydraulicznych?

operacje wykrawania, gięcia, tłoczenia, przetłaczania, operacje głębokiego ciągnienia, wielozabiegowe łącznie wykrawania i gwintowania

Kilka przykładów zastosowania:

• prasy do obróbki plastycznej metali

• podnośniki różnego rodzaju (również w windach osobowych)

• układy hamulcowe pojazdów samochodowych

• napęd różnych zespołów obrabiarek skrawających, wtryskarek itp

• prasa hydrauliczna do surowców wtórnych

• prasa hydrauliczna warsztatowa o napędzie ręcznym

• przenośna do badania wytrzymałości skał

• prasa hydrauliczna do wyprasek zniczowych

• prasa hydrauliczna do brykietowania

• prasa hydrauliczna do fornirowania

• automatyczna prasa hydrauliczna do prasowania proszków ceramicznych

III. Wnioski

Prasy o największych naciskach budowane są z napędem hydraulicznym, a nie mechanicznym, ponieważ prasy hydrauliczne mają stosunkowo małą wagę w porównaniu z naciskiem. Wadą pras hydraulicznych w porównaniu z prasami mechanicznymi jest znacznie mniejsza liczba cykli roboczych, jaka mogą one wykonać w jednostce czasu. Z tego względu prasy hydrauliczne stosuje się rzadziej.

Porównanie napędu mechanicznego prasy (a) z napędem hydraulicznym prasy PH-250 (b)

---