Расчет гидравлических прессов

Усилия, развиваемые прессами

Номинальное усилие (F_h) гидравлического пресса любой конструкции с одним рабочим цилиндром определяется по формуле.

гдер_н — номинальное (расчетное) давление рабочей жидкости; D — диаметр плунжера или поршня рабочего цилиндра.

В прессах российского производства номинальное давление рабочей жидкости обычно соответствует требованиям ГОСТ 6540 и выбирается из ряда: (0,63); (0,1); (1,6); 2,5; 6,3; 10,0; 16,0; 20,0; 25,0; 32,0; 40,0; 50,0; 63,0 МПа. В скобках указаны допустимые, но нежелательные величины номинальных давлений.

В прессах с несколькими рабочими цилиндрами номинальное усилие гидравлического пресса определяется как:

где п — число рабочих цилиндров; F_Hi — номинальное усилие i-го рабочего цилиндра.

Величина номинального усилия должна быть достаточной для преодоления полезного сопротивления, определяемого произведением <75_ф. В этом произведении q — удельное давление прессования, зависящее от природы иресс-материала, а 5_ф — площадь проекции прессуемого изделия на плоскость плиты пресса.

В табл. 3.1 приведены величины удельных давлений прессования для ряда наиболее распространенных пресс-материалов. Достаточно большие пределы колебания этих величин для одного и того же иресс-материала объясняются зависимостью удельного давления прессования от конфигурации изделия и ряда других факторов.

Таблица 3.1. Удельные давления прессования, МПа.

Эффективное усилие пресса (F), то есть реальное усилие, воздействующее через пресс-инструмент на формуемый объект, для прессов с верхним расположением рабочего цилиндра (или рабочих цилиндров) определяют из зависимости: где п — число рабочих цилиндров, установленных на прессе; G — суммарный вес подвижных деталей пресса (плунжера или поршня каждого из рабочих цилиндров, подвижной плиты и верхней полуформы); F — F ,+F^; F j — сила трения, возникающая в уплотнениях гидроцилиндра (-ов); F_w2 — сила трения, возникающая в направляющих подвижной плиты, для правильно отрегулированного пресса — (0,005+0,01) F;

F — сила, необходимая для преодоления сил сопротивления, возникающих в возвратных цилиндрах (при плунжерной конструкции рабочего цилиндра) или в штоковой полости рабочего цилиндра поршневого типа. Для прессов с нижним расположением рабочего цилиндра (или рабочих цилиндров) зависимость (3.6) приобретает следующий вид:

В этом случае сила тяжести подвижных частей направлена в сторону, противоположную усилию, создаваемому рабочим цилиндром, а возвратные цилиндры на подобных прессах отсутствуют, так как возврат нижней подвижной плиты в исходное положение осуществляется за счет силы тяжести подвижных деталей пресса.

Угловые прессы, как правило, имеют верхний и боковой цилиндр, причем верхний цилиндр является прессующим, а боковой служит для замыкания формы. Поэтому эффективное усилие рассчитывается обычно только для верхнего цилиндра по уравнению (3.6).

Возвратные цилиндры предусматриваются в прессах с рабочими цилиндрами плунжерного типа.

где п — количество возвратных цилиндров, установленных на прессе; р_о — остаточное давление в возвратных цилиндрах во время хода вниз подвижной плиты и прессования изделия; D_o — диаметр плунжеров возвратных цилиндров; — силы трения, возникающие в уплотнениях возвратных цилиндров.

Так как во время хода вниз подвижной плиты возвратные цилиндры обычно соединяются со сливной магистралью, то величина остаточного давления р_о определяется гидравлическим сопротивлением этой магистрали. В этом случае.

g — ускорение свободного паления (g — 9,81 м/с²); у— удельный вес рабочей жидкости; v — скорость опускания верхней подвижной плиты; 5 и s — соответственно площадь поперечного сечения плунжера возвратного цилиндра и канала трубопровода;? — общий коэффициент потерь;? — коэффициент потерь в местных сопротивлениях;

т — количество местных сопротивлений в сливной магистрали; А,. — коэффициент потерь на /-м прямолинейном участке трубопровода; L. — длина /-го прямолинейного участка трубопровода; d_t — диаметр /-го прямолинейного участка трубопровода; п — количество прямолинейных участков трубопровода.

Потери на трение в уплотнениях из кожаных и резиновых манжет рассчитываются, но формуле

где, А — высота соприкосновения манжет с плунжером;/— коэффициент трения скольжения между материалом манжет и плунжером (для краснодубной кожи / - 0,006; для хромовой кожи / = 0,008; для резины / = 0,01−0,02); D, — для цилиндров поршневого типа — диаметр штока поршня, а для цилиндров плунжерного типа — диаметр плунжера.

При использовании манжет, изготовленных из пластифицированного поливинилхлорида, потери на трение в уплотнениях определяются как.

где/— коэффициент трения между материалом манжет и плунжером (/- 0,35−0,45); q_K — контактное давление от предварительного натяга манжет (q_K = 1−2 МПа).

При малых давлениях (например, в возвратных цилиндрах во время их соединения со сливной магистралью), учитывая предварительную затяжку манжет, q_% = 2−5 МПа.

Потери на трение в набивочных уплотнениях могут быть рассчитаны по формуле.

где, А — высота уплотнения; k — сила трения, приходящаяся на единицу площади трущейся поверхности набивки.

Величина k зависит от затяжки сальника и при давлении рабочей жидкости до 6,5 МПа составляет 0,04−0,13 МПа.

Усилие, необходимое для подъема подвижной плиты пресса верхнего давления, снабженного возвратными цилиндрами, можно определить по формуле.

где </<sub>в и я — диаметр и количество плунжеров возвратных цилиндров соответственно; IF_rp — суммарные силы трения в уплотнениях рабочего (их) и возвратных цилиндров; F — потери усилия возвратных цилиндров из-за противодавления главного цилиндра.

Если пресс оборудован рабочим цилиндром (ми) поршневого типа и возвратные цилиндры отсутствуют, то усилие, необходимое для подъема подвижной плиты пресса верхнего давления, можно рассчитать по формуле.

где D, — диаметр штока поршня рабочего цилиндра (ов); IF — суммарные потери на трение в уплотнениях рабочего цилиндра (ов); F_t — потери усилия в штоковой полости из-за противодавления в поршневой полости рабочего цилиндра (ов).

Усилие подъема выталкивателя при его приводе с помощью цилиндра поршневого типа рассчитывается по уравнению.

где — диаметр поршня выталкивающего цилиндра; ZF_p — суммарные потери на трение в уплотнениях выталкивающего цилиндра; F — потери усилия выталкивателя из-за противодавления в штоковой полости цилиндра выталкивателя. Усилие опускания выталкивателя равно.

где D_m — диаметр штока поршня выталкивателя; F_ml — потери усилия опускания выталкивателя из-за противодавления в поршневой полости цилиндра выталкивателя.

Силой тяжести подвижных элементов при расчете усилий подъема и опускания выталкивателя обычно пренебрегают.