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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
유압프레스. 발명과 생산의 역사
유압 프레스는 높은 압축력을 생성하도록 설계된 간단한 유압 기계입니다. 1795년 Joseph Brahma가 발명하고 특허를 받았기 때문에 이전에는 "Brahma Press"라고 불렸습니다.
수압 프레스의 작동은 물의 가장 중요한 특성 중 하나인 낮은 압축 능력을 기반으로 합니다. 이로 인해 밀폐된 용기에 담긴 물에 발생하는 압력은 동일한 힘으로 모든 방향으로 전달되어 표면의 각 단위는 외부에서 발생하는 압력과 동일한 압력을 갖게 됩니다. 표면이 영향을 받는 힘은 공식 F=P•S에 의해 결정됩니다. 여기서 P는 압력이고 S는 힘이 가해지는 면적입니다. 두 개의 피스톤이 삽입된 물(또는 다른 비압축성 액체)로 채워진 닫힌 용기를 상상해 보십시오. 힘 F로 더 작은 피스톤에 작용함으로써 우리는 더 큰 피스톤을 상승시킬 것입니다. 물이 이 피스톤을 누르는 힘(위 공식에서 다음과 같이)은 면적이 작은 피스톤의 면적보다 몇 배나 더 큽니다. 이것이 수압 증폭 효과의 본질입니다. 예를 들어, 더 작은 피스톤이 10kg의 힘으로 눌려지면 직경이 40배인 다른 무릎의 피스톤에 미치는 영향은 1배 더 커집니다. 이 피스톤은 4배 더 큽니다), 즉 XNUMXkg과 같습니다. 두 피스톤의 직경을 적절하게 선택하면 물이 두 번째 피스톤에 가하는 압력을 극도로 크게 증가시킬 수 있지만 동일한 정도로 위로 상승하는 속도를 줄일 수 있습니다. (이 예에서는 큰 피스톤이 XNUMXcm 오르기 위해서는 작은 피스톤이 XNUMXcm 움직여야 합니다.)
현대 기술에서 가장 널리 사용되는 비압축성 유체의 이러한 놀라운 특성은 파스칼에 의해 발견되었습니다. 1663년 사후에 출판된 액체의 균형에 관한 그의 논문에서 그는 이렇게 썼습니다. 작은 피스톤을 밀면 한 사람이 백 배 큰 것을 밀고 있는 백 사람의 힘을 상쇄하고 그 중 99명을 압도할 것입니다." Pascal의 논문이 출판 된 후 유압 프레스에 대한 아이디어가 공중에 있었지만 고압에서 선박의 필요한 견고성을 얻을 수 없었기 때문에 90 년 이상 실행될 수 없었습니다. , 실린더 벽과 피스톤 사이에 물이 스며들어 보강이 이루어지지 않았습니다. XNUMX 세기의 XNUMX 년대에 잘 알려진 영국 발명가 Brama는 유압 프레스를 만들었습니다. 그는 또한 봉인 문제에 직면해야 했지만 Brahma는 직원이자 미래의 위대한 발명가인 Henry Maudsley와 함께 이 문제를 해결하는 데 도움을 주었습니다.
Maudsley의 발명은 실제로 인쇄기 자체의 발명과 같았습니다. 인쇄기 없이는 결코 작동할 수 없었기 때문입니다. 동시대 사람들은 이것을 잘 알고 있었습니다. Maudsley의 학생인 J. Nesmith는 나중에 Maudsley가 이 자체 밀봉 칼라 이외의 다른 것을 발명하지 않았다면 그의 이름은 기술 역사에 영원히 기록되었을 것이라고 썼습니다. 칼라는 단면이 거꾸로 된 V 모양의 링이었고, 환형 오목부와 솔리드로 구성된 주철 금형을 사용하여 따뜻한 물에 잘 담근 두꺼운 유프트 조각에서 꺼냈습니다. 내부 표면에 해당하는 링. 완전히 건조되기 전에 피부가 부드러움을 유지하기 위해 지방으로 포화되어야 했습니다. 고압으로 실린더에 물을 채우면 가죽 칼라의 가장자리가 떨어져 실린더 표면에 밀착되어 틈새가 닫힙니다. 피스톤 직경이 크면 이러한 칼라가 너무 유연하여 쉽게 뒤처지는 것으로 나타났습니다. 이 경우 스트레칭에 사용되는 것과 유사한 링이 내부에 배치되었습니다. 1797년 브라마는 최초의 유압 프레스를 만들었습니다. 여기서 EE는 기둥, D 덮개 및 C는 피스톤과 일체화된 프레스 플랫폼을 나타내며 외부 실린더는 기둥의 베이스와 함께 주조됩니다. 그 옆에 있는 실린더 섹션에서 Maudsley의 칼라가 보이며 또한 문자 Q 아래에 확대된 형태로 별도로 표시됩니다. 프레스 실린더는 유연한 튜브로 독립형 압력 펌프에 연결되었습니다. 그것의 단단한 피스톤은 레버 GH, 커넥팅 로드 H' 및 가이드 로드 K에 의해 초기 동작으로 설정되었습니다. 펌프는 일반적으로 액체(물, 글리세린 또는 오일)의 저장소 역할을 하는 주철 상자에 장착되었습니다. ), 압력이 설정 값에 도달하고 안전 밸브 V가 무게 P를 들어올리거나 나사 플러그가 열려 액체를 방출하고 피스톤이 다시 아래로 떨어질 때 액체가 동일한 저장소로 다시 흐릅니다. Brahma의 인쇄기는 나중에 발명된 다른 많은 유압 장치의 모델이 되었습니다. 곧 잭이 만들어졌습니다 - 무게를 들어 올리는 장치. 20 세기의 XNUMX 년대에는 연질 금속 제품을 스탬핑하는 데 프레스가 널리 사용되기 시작했습니다. 그러나 강철 및 철 부품 스탬핑에 적합한 강력한 단조 프레스가 만들어지기까지 수십 년이 더 걸렸습니다. 이러한 프레스의 긴급한 필요성은 가공 된 공작물의 크기가 크게 증가한 120 세기 후반에 나타났습니다. 그들의 단조에는 점점 더 강력한 증기 망치가 필요했습니다. 한편, 스팀해머의 충격력을 증가시키기 위해서는 낙하물의 무게를 증가시키거나 낙하 높이를 증가시킬 필요가 있었다. 하지만 둘 다 한계가 있었다. 기계 공학의 급속한 과정, 점점 더 큰 물체를 위조해야 할 필요성으로 인해 마침내 여성의 무게(망치의 타격 부분)가 약 XNUMX톤의 거대한 크기가 되었습니다. 물론 그러한 거대한 질량이 떨어지면서 필요한 정확도를 달성하는 것은 불가능했습니다. 또한, 물체의 급격한 변형을 일으키는 충격력은 관성으로 인해 단조물의 표층에만 작용하였다. 기술적인 관점에서 볼 때 금속이 팽창할 시간이 있고 이것이 더 정확한 변형에 기여했기 때문에 느리지만 강한 압력이 훨씬 더 적절했습니다. 마침내 강한 망치로 땅을 흔들어 주변 건물과 구조물에 위험을 초래했습니다. 처음으로 단조 프레스는 1860년에 비엔나에 있는 국영 철도 작업장 책임자인 J. Gaswell에 의해 개발되었습니다. 작업장은 주거용 건물 근처의 도시 내에 위치했기 때문에 강력한 증기 망치를 놓을 수 없었습니다. 그런 다음 Gaswell은 망치를 프레스로 교체하기로 결정했습니다. 그가 만든 프레스는 두 개의 펌프를 구동하는 수평 실린더가 있는 복동 증기 엔진에 의해 작동되었습니다. 프레스의 힘은 700 톤이었고 기관차 부품 인 피스톤, 클램프, 크랭크 등을 스탬핑하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 1862년 런던 세계 박람회에 출품되어 가장 활발한 관심을 끌었습니다. 그 이후로 모든 국가에서 점점 더 강력한 프레스가 만들어지기 시작했습니다. 영국 엔지니어 Whitworth(Henry Maudsley의 학생 중 한 명이자 자신이 뛰어난 발명가)는 Gaswell의 사례에 도취되어 철과 강철 잉곳에서 직접 제품을 생산하는 데 사용할 수 있는 인쇄기를 만드는 어려운 작업에 착수했습니다. . 1875년 그는 첫 단조 프레스에 대한 특허를 받았습니다. Whitworth 인쇄기는 기초 슬래브에 고정된 XNUMX개의 기둥으로 구성되었습니다. 기둥의 상단에는 두 개의 유압식 리프팅 실린더가있는 고정 가로 빔 (횡단)이있었습니다. 도움을 받아 이동식 트래버스가 위아래로 움직여서 스탬프가 아래에 설치되었습니다. 프레스 장치는 동력 펌프와 유압 축 압기의 결합 사용을 기반으로했습니다. (유압 어큐뮬레이터는 유압 에너지를 축적할 수 있는 장치로 실린더와 부하가 부착되어 있는 피스톤으로 구성되어 있습니다. 먼저 실린더에 유입되는 물이 부하를 들어 올리고 적절한 순간에 부하를 배출되고 실린더에 압력이 가해진 상태에서 물이 필요한 작업을 수행합니다.)
Whitworth 인쇄기에서 어레이 P는 모루 K 위의 특정 높이에 있는 1개의 기둥 사이에 배치되었습니다. 큰 실린더 C가 내부에 삽입되었으며 피스톤 E가 프레스의 단조 부품이었습니다. 이 피스톤은 1개의 작은 실린더 a와 aXNUMX의 피스톤에 연결되었고 또한 어레이에 삽입되어 작동 중에 XNUMX개의 피스톤 모두가 동시에 상승 및 하강했습니다. 큰 실린더의 피스톤 위의 공간 C는 물이 펌프에 의해 구동되는 상자 D에 연결되었습니다. 소형 실린더의 경우 피스톤 위의 공간은 화물 축압기 AB의 튜브에 연결되었으며, 그 하중은 세 개의 피스톤 E, a 및 aXNUMX의 무게와 균형을 이룹니다. 단조 작업 자체는 다음과 같이 수행되었습니다. 압력 상자의 밸브 d가 열리고 펌프의 물이 큰 실린더의 피스톤 위 공간으로 향하여 세 개의 피스톤이 모두 떨어졌습니다. 동시에 큰 피스톤은 금속을 압축하고 작은 피스톤은 그 아래의 물을 누르고 이 압력으로 축압기의 균형추를 올립니다. 압력 펌프 밸브가 닫히면 큰 피스톤의 압력이 멈춘 다음 어큐뮬레이터의 높아진 무게가 떨어지기 시작하여 압력이 물로 전달되어 세 개의 피스톤이 모두 올라갔습니다. 따라서 하중과 그에 균형을 이루는 세 개의 피스톤은 말하자면 두 개의 저울을 나타냅니다. 펌프는 증기 엔진으로 구동되었습니다. 압축력을 모니터링하기 위해 화살표 F를 단조 피스톤에 연결하여 탁월한 정확도로 단조를 수행할 수 있었습니다. Whitworth의 유압 프레스는 1884년에 주물을 단조하는 데 처음 사용되었습니다. 그때까지 Whitworth 공장의 총신 단조는 다른 많은 대장간 작업과 마찬가지로 증기 망치로 수행되었습니다. 그러나 스팀 해머에 비해 유압 프레스의 장점은 부인할 수 없습니다. 예를 들어, 36톤 무게의 주괴로 총신을 단조하려면 5주와 3회의 중간 가열이 필요했습니다. 33톤의 힘을 가하는 유압 프레스를 사용하여 4000톤 무게의 잉곳을 단조하는 데 단 37일이 걸렸고 5번의 중간 가열이 필요했습니다. 해머를 프레스로 교체하면 대형 부품 단조 비용이 약 90배 감소했습니다. 따라서 짧은 시간에 Whitworth의 인쇄기가 널리 보급되었습니다. 곧, 수압 단조 프레스의 사용은 대규모 야금 및 기계 제조 공장에서 주요 기술 혁신으로 이어졌습니다. 무거운 증기 망치는 모든 곳에서 해체되고 프레스로 대체되었습니다. XIX 세기의 1000 년대 초에는 이미 XNUMX 톤 용량의 프레스가있었습니다. 저자: Ryzhov K.V.
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