液压机将力“放大”的奥秘

科普中国-科学原理一点通 2021-08-09

  随着我国制造业的迅速发展,对零件的加工精度要求越来越高,一些形状复杂且精度要求高的锻件,特别是一些难以用机床加工或成本较高的锻件,必须在不加工的前提下直接进行精确的锻造。而大型液压机正是能够在产品加工过程中起重要作用的设备,液压机的设计对其性能和质量都有着决定性的作用。

   

  液压机是指以高压液体(油、乳化液)传递工作压力的锻压机械。液压机具有行程可变、工作压力高、工作平稳等优点。液压机能够达到较大的锻造深度,因此适合大锻件生产。生产过程中可以在液压机上进行开坯、镦粗、切断、拔长等工序。

  那液压机是如何产生很大的力的呢?液压机由一个连通器组成,假设左右两端的活塞面积是S1、S2,且S2=10S1。将竖直向下的力F1施加在左端活塞上,右端活塞会产生竖直向上的力F2。根据帕斯卡定律,在该系统左端活塞上施加一定的压强,必将在右端活塞上产生大小相同的压强增量。由于压强等于压力除以受力面积,即=,于是可得F2=F1·。由于S2=10S1,则F2=10F1。这就是液压机可以产生很大力的“奥秘”!

  液压机一般由主机、动力系统和液压控制系统三部分组成。按结构型式分类,液压机有双柱、四柱、八柱、焊接框架和多层钢带缠绕框架等型式。其中,四柱液压机通过四根立柱连接上下横梁,其带滑块的活动横梁依靠四根立柱导向。此机器具有结构简单、制造成本低等特点,因此应用最为广泛。此外,根据不同工作的需要,还有各种其他特殊结构形式的液压机,如:多柱式、多向式、卧式、龙门式等。

  在液压机中,工作缸是一个非常重要的执行元件。液体压力在工作缸作用下可以转换为机械能。根据结构形式,工作缸大致可以被划分为4种不同的类型,即伸缩式工作缸、活塞式工作缸、柱塞式工作缸、以及摆动式工作缸。

   

  现在,液压机几乎适用于所有需要压力加工的工艺。

  目前液压机被主要应用在下列领域:(1)金属薄板件的冲压拉伸成形工艺,主要用在汽车、家电行业中金属覆盖件的成形加工;(2)金属机械零件的压力成形,主要包括模压成形、金属型材的挤压成形、冷热模锻、自由锻造等加工工艺;(3)粉末制品行业,如磁性材料、粉末冶金等;(4)非金属材料的压制成形,如SMC成型、汽车内饰件的热压成型、橡胶制品等;(5)木制品的热压成型,比如植物纤维板材、型材的热压加工;(6)其他应用:如压装、校正、塑封、压印等工艺。

  本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。  

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