Расчет гидравлического пресса на мощность и деформацию

 

Таблиця 2.5 – Геометричні розміри каналу матриці

Ky	Kp	Kt	Δі, мм	Aм, мм
0,005846	0,007747	0,0075	0,060867	33,75692
0,007386	0,009084	0,0075	0,041838	20,52124
0,029923	0,02355	0,0075	0	1,060973
0,02748	0,022224	0,0075	0	1,268645
0,017914	0,016606	0,0075	0	3,12606
0,02274	0,019535	0,0075	0	1,889596

2.3.2 Визначення габаритних розмірів матриці

 

 

Діаметр диска матриці слід визначати, як 1,25…1,5 від розміру внутрішнього діаметра втулки контейнера, тобто приймаємо:

 

D_д = 1,4 D_k = 1,4 159 = 222,6 мм.   (2.13)

 

На заводі розміри матриць, розсікачів, підкладок та матрицетримачів стандартизовані, отже приймаємо найближчу стандартну величину, що дорівнює 229,2 мм.

Товщина матриці дорівнює 0,15…0,3 від розміру діаметра матриці, обчислюємо:

 

H_д = 0,3 D_д = 0,15 222,6 = 33,4 мм.   (2.14)

 

Приймаємо товщину матриці рівною 35,3 мм.

Геометричні розміри матриці можуть відхилятись та виходити за вказані  межі в залежності від форми та матеріалу профілю та від матеріалу  матриці.

 

 

2.3.3 Визначення розмірів та форми  складових елементів розсікача

 

 

Сумарна  площа вікон розсікача  повинна бути в 4…5 разів меншою за площу контейнеру при загальному коефіцієнті витяжки більш 15. Більший коефіцієнт витяжки на розсікачі призводить до зменшення витяжки в зварювальній камері, що негативно впливає на якість поздовжнього шву. Менший коефіцієнт витяжки на розсікачі позначає більшу площу вікон та малу площу проекції містків в площині перпендикулярній до вісі пресування. З одного боку це зменшує тиск на розсікач, але з іншої призводить до зниження міцності містків.

Діаметр окружності, яка описує контури  розсікача, не повинен перевищувати 0,9 від розміру діаметра контейнера для запобігання потрапляння забруднень з бічної поверхні заготовки в метал профілю.

Коефіцієнт витяжки на розсікачі  та в зварювальній камері знаходиться в нижчезазначених межах:

 

m_р = 4…5.     (2.15)

 

Так як внутрішній діаметр втулки контейнера дорівнює 159 мм, то сумарна площа вікон розсікача буде визначатися таким чином:

 

∑S = (πD_к ²/4)/4 = (3.14 159²/4)/4 = 4961 мм².  (2.16)

 

Відношення площин вікон до площин питомих елементів каналу повинно бути приблизно однакове для різних вікон. Для славу АМг2 це відношення становить 15…20. Воно приймається меншим для вікон, які розташовані ближче до центру розсікача.

Площа вікон, які живлять два  або більше елементів різних каналів  повинна дорівнювати 0,6…0,8 від суми площ окремих (для кожного елементу) вікон, так як в цьому випадку вікно має менше відношення периметра до площі.

Двониткове виробництво профілю вимагає присутності на розсікачі 7 вікон.

Площа центрального вікна обчислюється за формулою:

 

F_вік.0 = 150,7(F_пр/4)2 = 621 мм²,   (2.17)

 

де F_пр – площа профілю.

Площа чотирьох рівновіддалених від  центру вікон буда однакова і розраховуватиметься  за формулою:

 

F_вік.1 = 17(F_пр/4) = 503 мм².    (2.18)

 

Останні два найвіддаленіші вікна  розраховуватимуться так:

 

F_вік.2 = 20(F_пр/4) = 592 мм².    (2.19)

 

Перевіряємо чи не виходить загально розрахована площа вікон за межі, встановлені виразом (2.15), що дає максимальну площу вікон розсікача ∑S:

 

F_вік.0 + 4F_вік.1 + 2F_вік.2 ≤ ∑S;   (2.20)

 

621 + 5034 + 5922 = 3817 мм².

 

Проаналізувавши отриманий результат (3817 мм² ≤ 4961 мм²), робимо висновок, що розраховані площі вікон розсікачів вірні.

Розміщення швів повинно бути скореговано таким чином, щоб площі різних елементів каналу відрізнялися не більше ніж у півтора рази. Радіуси закруглень повинні бути не менше 0,05 від розміру діаметру контейнеру.

Бокові стінки вікон, концентричні до стінок контейнеру, раціонально  виконувати з нахилом в 3…5⁰ так, щоб вікно розширювалося до виходу.

Форму містків використовуємо таку, що забезпечить найкращу якість зварного шву. Поперечний переріз містка може бути несиметричним та нижня його вершина зміщена до кута каналу матриці (куту профілю). Зараз використовуються також виступаючі містки, в якому  висота виступаючої частини не перевищує  глибини живильника, розташованого під розсікачем.

Визначення форми поперечного  перерізу містків розсікача:

• ширина містків розсікача дорівнює 0.1…0,15 від розміру діаметра контейнеру:

 

b_м = 0,15D_k = 0,15159 = 24 мм;   (2.21)

 

- довжина містків не більше ніж у 2 рази від ширини:

 

 l_м = 2b_м = 224 = 48 мм.    (2.22)

 

Довжину містків приймаємо за 45 мм.

- висота містків приблизно дорівнює  висоті розсікача мінус величина  заокруглення, радіус якого дорівнює 2…6 мм:

 

h_м = h_р - Δ,      (2.23)

 

де h_р – висота розсікача, мм;

Δ - величина заокруглення, мм.

- співвідношення між площиною  поверхні розсікача, яка сприймає  тиск пресування, та площиною  поперечного перерізу містка  становить не більше 0,75.

- кут при нижній вершині містка  знаходиться в межах 15…30⁰;

- у верхній частині розсікача може бути зроблена фаска розміром 0.25 від товщини [6].

Форму містків використовуємо таку, щоб вона забезпечувала найкращу якість зварного шва (рисунок 2.3).

З умови міцності вважається достатнім  відношення висоти містка до ширини не менше 3.

Рисунок 2.3 – Форма містка розсікача

 

 

 

2.3.4 Визначення глибини зварної камери

 

 

Глибина зварної камери обмежена конструктивно, тому що камера виконується в матриці  та розповсюджується в розсікач на величину обумовлену кутом при вершині містка та радіусом його заокруглення. Таким чином, глибина зварної камери складає не більше 0.25…0.4 від розміру товщини матриці [6]:

 

h_зк = 0.25H_д = 0,2535,3 = 9 мм.   (2.24)

 

 

2.3.5 Обґрунтування доцільності використання форкамери

 

 

У зв'язку з тим, що вплив робочого пояска на швидкість витікання також  обмежено, іноді, особливо при пресуванні профілів із різною товщиною його складових частин, додатково до основного каналу, що формує перетин профілю на дзеркалі матриці, додають різні проточки та виїмки біля тих елементів профілю, на витікання яких хочуть зробити вплив. Ці виїмки, що називаються  форкамерами, полегшують плин металу в утруднених місцях і сприяють вирівнюванню швидкостей пресування різних елементів профілю.

Використання форкамер дозволяє зменшити прогин матриці, що особливо важливо при пресуванні так званих «розгалужених» профілів чи профілів напівзамкнутого типу. Перевагами використання форкамер є: стабілізація розмірів одержуваного профілю, зниження імовірності поломки робочого пояска, полегшення ручного і можливість використання верстатного коректування матриці [6].

Ширину форкамери приймаємо  5 мм. 

2.3.6 Розрахунок довжини калібруючого пояска

 

 

Призначення довжини калібруючих поясків для полого профілю повинно враховувати положення елементу каналу відносно вікна розсікача (відстань до його центра тяжіння та до стінок вікна).

Особливістю призначення довжини  пояска для полої частини профілю є те, що біля стінок розсікача та під містками він повинен бути в 1,3…1,5 рази меншим, ніж в середині вікна. Для тонкостінних труб та труб постійного діаметру його виконують постійним. Для компенсації впливу тертя о бічну поверхню містка (коли метал прагне текти у внутрішньому напрямку полого профілю) належить виконувати поясок в матриці на 20…25% більшим за довжину, ніж на оправці.

Для компенсації пружної деформації розсікача поясок на оправці повинен бути зміщений вгору по течії металу на величину цієї деформації по відношенню до пояска матриці.

Зазвичай виконується пряма підрізка (рисунок 2.4) з уклоном на вихідній частині, тобто поясок паралельний вісі контейнера, вихідна частина похила. Величина підрізки в цьому випадку дорівнює 0.3…1 мм, кут конусності 3…7⁰ [6].

 

Рисунок 2.4 – Розташування пояска на оправці

Розміри поясків приймаємо:

- поясок на матриці: глибина підрізки 0,7 мм, довжина 2,4 мм;

- поясок на оправці: глибина  підрізки 0,7 мм, довжина 3,4 мм.

 

 

2.4 Розрахунок енергосилових параметрів  при виробництві прямокутних  труб розміром 33х20 мм

 

 

Розрахунок  зусилля деформування зробимо за методикою, запропонованою І. Л. Перліним  [7].

Використовуємо  спрощену формулу для визначення зусилля пресування:

 

P = τ_крF_т.кр. + M_р.н.пiF_к,    (2.25)

 

де P - зусилля пресування, МН;

τ_кр - напруження тертя на бічній поверхні контейнера, МПа;

F_т.кр – площа контактної поверхні розпресованної заготовки з контейнером, м²;

M_р.н.п – модуль робочого напруження, МПа;

i – величина, яка дорівнює lnλ;

F_к – площа поперечного перерізу втулки контейнера, м².

В цій  формулі величину M_р.н.п можна знайти по аналогії з поняттям про модулі пружності та пластичності і назвати її «модулем робочого напруження» при пресуванні. Ця величина в деяких літературних джерелах називається «константа пресування». При відсутності досить точних даних про величини максимальних напружень зсуву на різних ділянках пластичних зон за різних деформаційних умов, доцільно, при вивченні силових умов пресування, в першу чергу, визначати модуль робочих напружень M_р.н.п з тим, щоб користуватися цією величиною при розрахунках для подібних умов пресування.

Величину  M_р.н.п визначаємо за допомогою монограми, призначаємо τ_кр=20МН. За формулою (2.25):

 

P = 200,1826 + 404,340,0199 = 7,1 МH.

 

Потужність  пресування:

 

                               N = P ν_п.-ш. = 7,1 0,01 = 0,071 МДж/c,                      (2.26)

 

де  ν_п.-ш. – швидкість прес-штемпеля, м/с.

 

 

2.5 Розрахунок елементів конструкції пресу на міцність

2.5.1 Розрахунок контейнера

 

 

Втулка  контейнера як приймач нагрітого  злитка випробовує надзвичайно важкі  температурні впливи й значні механічні навантаження.

Часті цикли  пресування й нерівномірність тиску  по довжині втулки - все це ставить  роботу втулки контейнера в тяжкі  умови.

Проведемо розрахунок системи контейнер-втулка [8]. Контейнер складається з двох частин – втулки та корпусу. Вони мають наступні розміри:

- внутрішній  діаметр втулки D_k = 159 мм, радіусом якої є r = 79,5 мм;

- внутрішній радіус контейнера r₁ = 126 мм;

- зовнішній радіус контейнера r₂ = 305 мм;

Модуль нормальної пружності сталі Е = 2,2 · 10⁵ Н/мм².

Натяг по діаметру при гарячій посадці втулки в контейнер δ = 0,4 мм.

 

2.5.1.1 Розрахунок питомого тиску пресування

 

 

   (2.27)

 

 

2.5.1.2 Розрахунок питомого тиску, створеного гарячою посадкою

 

 

    (2.28)

 

 

 

2.5.1.3 Розрахунок напруження від гарячої посадки

 

 

Визначаючи  напруження будемо розглядати тільки тангенціальні напруження σ_t, як найбільші. Тоді від гарячої посадки вони складуть:

а) на внутрішньому діаметрі втулки:

 

  (2.29)

 

б) на діаметрі сполучення:

 

 (2.30)

 

б) на зовнішньому  діаметрі контейнера:

 

  (2.31)

 

 

2.5.1.4 Розрахунок напружень від тиску пресування

 

 

а) на внутрішньому діаметрі втулки:

 

 (2.32)

 

б) на діаметрі сполучення:

 

 (2.33)

 

в) на внутрішньому діаметрі контейнера:

 

  (2.34)

 

 

 

 

2.5.1.5 Розрахунок сумарних напруг від гарячої посадки й тиску пресування

 

 

а) на внутрішньому діаметрі втулки:

 

  (2.35)