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
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 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
где dш-расчетный диаметр шпильки, мм; Z- количество шпилек; р- давление рабочей жидкости в гидросистеме, МПа.
Напряжения растяжения, возникающие в шпильках, определяют по формуле
где F — площадь, на которую действует давление, мм2; Гш — площадь поперечного сечения шпильки, мм2
Подставляя полученные значения, получим уравнение
Толщина стенки цилиндра прессования определяется
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
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
где р — удельное давление, МПа.
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 прочности определяется из равенства
толщина фланца равна
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:
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)
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 металлоприемник, 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.
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.
Пресс-камеры, изготовленные из стали 2343 (Германия), имели стойкость 15 тыс.заливов, а из стали 4Х5МФС — 6 тыс.заливов.
