Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

Основными узлами пресс-агрегата являются цилиндр прессования, камеры прессования, колонки и резьбовые соединения крепления на неподвижную плиту машины и стойку пресс-агрегата.

Расчет прочности цилиндра прессования. В момент срабатывания аккумуляторов удельное давление в пресс-цилиндре доходит до максимальных значений. Оно равномерно распределяется по окружности пресс-цилиндра.

Основной задачей расчета является определение необходимой минимальной толщины стенки цилиндра.

Для пресс-цилиндра длиной L уравнение прочности имеет вид

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

где Q-разрывное усилие, кН; f-площадь сечения стенки, мм2; [σ] - допускаемое напряжение на растяжение, МПа.

В результате действия силы Q разрыв цилиндра возможен одновременно по двум сечениям 1-1 и 2-2.

Разрывающее усилие р полуцилиндрической поверхности будет равно давлению на проекцию этой поверхности на плоскость, нормальную к направлению разрывающего усилия

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

Расчет крепления фланца шпильками. Шпильки для крепления фланца и мультипликатора нагружаются осевой силой (рпр). Кроме силы рпр шпильки нагружаются дополнительно в результате затяжки. Эта величина учитывается коэффициентом затяжки К. В большинстве случаев величину затяжки шпилек и болтов на практике не контролируют, поэтому смысл точного расчета теряется. Для приближенного расчета коэффициент затяжки шпилек принимают К = 1,2 +1,3.

Для расчета диаметра шпильки приемлема формула

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

где dш-расчетный диаметр шпильки, мм; Z- количество шпилек; р- давление рабочей жидкости в гидросистеме, МПа.

Напряжения растяжения, возникающие в шпильках, определяют по формуле

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

где F - площадь, на которую действует давление, мм2; Гш - площадь поперечного сечения шпильки, мм2

Подставляя полученные значения, получим уравнение

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

Толщина стенки цилиндра прессования определяется

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

где δ - толщина стенки цилиндра, мм; рmах - давление жидкости в цилиндре прессования в момент срабатвания мультипликатора, МПа; DВ - внутренний диаметр цилиндра, мм; [σр] - допускаемое напряжение на растяжение, МПа.

Напряжения растяжения σр, возникающие в стенках гидроцилиндра прессования, можно подтвердить расчетом по следующей формуле

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

где DН и DВ - наружный и внутренний диаметры цилиндра, мм; рmах - максимальное давление жидкости в поршневой полости, МПа.

Максимальное давление жидкости в поршневой полости достигается в момент срабатывания цилиндра мультипликатора; ртах= 30 МПа. При расчетах необходимо учитывать потери на трение в уплотнениях штока и поршня цилиндра прессования и ступенчатого плунжера мультипликатора, так как эти потери превышают в некоторых конструкциях 10-15 % номинального усилия.

На рис.52 представлены три варианта соединения фланца с пресс- цилиндром.

Расчет толщины фланца пресс-цилиндра. Разрывающее усилие в этом случае определяется умножением гидростатического давления р в сосуде у его крышки или днища на проекцию поверхности этой крышки на плоскость, нормальную к оси сосуда

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

где р - удельное давление, МПа.

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

Разрыв фланца может быть по сечению 1-1 и 2-2. Сечение же, по которому возможен отрыв крышки от цилиндрической части сосуда, определяется выражением

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

Расчет прочности определяется из равенства

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

толщина фланца равна

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

Расчет мультипликатора. При расчете мультипликатора необходимо определить давление мультипликации, создаваемое поршнем мультипликатора, в поршневой полости цилиндра прессования и ход поршня. Ступенчатый плунжер мультипликатора, внедряясь в полость цилиндра прессования, должен осуществить подпрессовку, т.е. обеспечить дополнительное перемещение прессующего поршня с повышенным усилием после окончания заполнения формы. Цель подпрессовки - компенсировать объем усадки расплавленного металла в пресс- форме и сжать (дополнительно уплотнить) газовые включения за счет технологической части пресс-остатка.

Давление мультипликации, создаваемое поршнем мультипликатора в поршневой полости цилиндра прессования, равно:

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

где ра - давление жидкости в аккумуляторе, МПа; рм - давление жидкости в цилиндре мультипликатора, МПа; Fп.м- площадь поршневой полости мультипликатора, мм2; Fш - площадь штока поршня мультипликатора, мм2.

Коэффициент мультипликации, т.е. отношение максимального гидравлического давления в цилиндре прессования после подпрессовки и до нее, принимают обычно равным 2,5-4. При больших величинах этого коэффициента могут оказаться недостаточными усилия обратного хода пресс-поршня и давление в камере прессования в период заполнения формы до включения подпрессовки. При меньших величинах механизм прессования получается утяжеленным и затруднено обеспечение максимальной скорости пресс-поршня.

Ход поршня мультипликатора необходим для компенсации изменений объема цилиндра прессования и заполняющей его жидкости при повышении давления в цилиндре до максимальной расчетной величины.

Ход поршня мультипликатора определяется по формуле (хм,мм)

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

где V0 - объем жидкости в поршневой полости цилиндра прессования, мм; Еж- объемный модуль упругости жидкости (для масла 1,75-103 МПа); Fn-площадь поршневой полости цилиндра прессования, мм2; 6-наибольшая масса заливаемой порции сплава, кг; ум- плотность жидкого металла, кг/м3; FKn - площадь поперечного сечения камеры прессования, мм2; Кх - коэффициент, учитывающий сжатие жидкого металла с газовыми включениями и его усадку. Для алюминиевых сплавов К = 0,06; рм и ра - давление жидкости в цилиндре мультипликатора и в аккумуляторе, соответственно, МПа.

Пресс-камера. Камера прессования представляет собой металлоп- риемник, где на предварительно поступившую из раздаточной печи порцию металла действует возрастающее давление, заставляющее металл заполнять полости пресс-формы за очень короткое время. Камеры прессования разделяются на горячие и холодные. Горячие камеры прессования монтируется в котле плавильной печи, из которой метал для каждой операции поступает в камеру через соответствующие каналы.

В современных машинах ЛПД алюминиевых и медных сплавов используют холодную горизонтальную камеру прессования. За каждый цикл работы машины пресс-камера принимает тепловой и гидравлический удар, а также происходит эрозионное разрушение от действия струи жидкого металла при заливке сплава.

В отечественной и зарубежной промышленности пресс-камеры и поршни для больших машин изготовляют в основном из хромовольфрамованадиевых и хромомолибденовых сталей мартенситного класса с последующей химикотермической обработки HRS 41-46.

Пресс-поршень на всех машинах с горизонтальной камерой прессования охлаждается проточной водой (рис.53), что уменьшает приваривание металла к пресс-камере и уменьшает склонность к задирам, но увеличивает склонность к появлению сетки разгара. Однако применение одинаковых материалов для трущихся пар не всегда дает положительные результаты. Так, при литье алюминиевых сплавов высокую стойкость имели пресс-камеры, изготовленные из магниевого чугуна марки В450-1,5,и пресс-поршень, изготовленный из стали ЗОХМА, подвергнутых химикотермическому сульфоцианированию. Известен случай (США) при литье алюминиевых сплавов изготовления пресс-поршня из бериллиевой бронзы, который выдерживает 51000 циклов теплосмен.

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

 

Стойкость пресс-поршней при литье ’’Блок цилиндров” и Картер” на машинах DMKh-2000 и DMKh-1100 составляет: для стали 2342 (Германия) - тыс. ударов, а 4Х5МФС (ГОСТ5950-73) 2 тыс. ударов. На машинах CLOO-400 и CLOO-250 при литье мелких деталей чугунные поршни имеют стойкость 1000 ударов.

На рис.54 показаны пресс-камеры, предназначенные для литейных машин DMKh-2000 и DMKh-900 фирмы ’’Wotan”. На УМПО пресс-камеры изготовляют из стали 4Х5МФС ГОСТ 5950-73.

Расчет узлов пресс-агрегата на прочность

Пресс-камеры, изготовленные из стали 2343 (Германия), имели стойкость 15 тыс.заливов, а из стали 4Х5МФС - 6 тыс.заливов.

Смотрите также