Cum să determinați nevoia de nervuri de armare interioare într-o plată de încălzire pe baza presiunii de prindere?

Dacă nu este susținută în mod adecvat, o plată uriașă de încălzire se îndoaie ca o trambulină sub 500 de tone de putere de presare, zdrobind marginile piesei și înfometând centrul de presiune. Coastele interne sunt ca un schelet, menținând planeitatea sub presiune mare. Presele de tonaj mare pentru laminare, formare compozite sau vulcanizare cauciuc pot fi supuse cu ușurință la presiuni de strângere peste ceea ce poate rezista structural o placă solidă, plată, pe suprafața platanului. Una dintre marile decizii tehnice este dacă sunt necesare sau nu nervuri interne de armare și ce configurație ar trebui să aibă. Acesta este un compromis între rigiditatea mecanică și omogenitatea termică.

Provocarea structurală: îndoirea sub forța de prindere
Lucrarea nesusținută, grosimea, rigiditatea materialului (modulul Young) și distribuția presiunii aplicate platanului influențează deformarea plăcii. Deformarea crește odată cu cubul lungimii nesuportate și se reduce ca cubul grosimii plăcii pentru o anumită presiune de strângere. O plată solidă suficient de groasă pentru a rezista la deformare fără nervuri devine prea grea pentru a fi practică, prea scumpă de construit și prea lent pentru a fi încălzită. Platanele de laminare și turnare cu precizie au adesea limite de deformare uimitor de înguste, cu 0,025 mm peste 1 metru (0,001 inci per picior) o cerință comună. Dacă această limită este depășită, grosimea produsului va fi ne-uniformă, lipirea va fi incompletă sau marginile vor fi prea comprimate.

Pânzele de metal care sunt groase în interior (numite nervuri) sunt turnate sau prelucrate în spatele (partea ne-de lucru) a platinei pentru a preveni deformarea fără a face placa prea groasă. Aceste nervuri funcționează ca grinzi care rigidizează placa prin creșterea momentului de inerție fără a adăuga masă la suprafața de lucru. Necesitatea unor astfel de nervuri este dictată în principal de trei parametri: mărimea presiunii de strângere, deschiderea plăcii și deformarea permisă.

Presiunea de prindere și rolul plăcii de încălzire Proiectarea nervurilor Evaluarea presiunii de prindere
Presiunea de strângere a nervurii plăcii de încălzire este un cuvânt care surprinde bucla principală de proiectare: presiunea de strângere aplicată determină forma necesară a nervurii, iar geometria nervurii influențează comportamentul termic al platanului. Procesul de decizie implică de fapt o serie de procese, atât cantitative, cât și calitative.

Limite de rigiditate și deformare
Momentul de inerție guvernează rigiditatea relativă a unei plăci cu nervuri față de o placă solidă. Pentru o nervură, momentul de inerție crește cu ℎ3h3 pentru o înălțime ℎh deasupra plăcii de bază . Astfel, o coastă de două ori mai înaltă are de 8 ori mai multă rigiditate la îndoire. Acest lucru face nervurile înalte înguste mult mai eficiente decât o placă de grosime constantă. Cu toate acestea, nervurile oferă rute de masă termică și flux de căldură care pot cauza neuniformități de temperatură pe suprafața de lucru .

Ghid calitativ prin presiunea de prindere
Următoarele sfaturi oferă o regulă generală pentru a stabili dacă nervurile interioare sunt esențiale pentru o plată standard din oțel (întindere ~1 m, grosime ~50-100 mm). Pragurile reale sunt dependente geometrice și de material.

Forța de strângere (bar) Aplicație tipică Nerturi Recomandare 10 bar (scăzut)Prese de laborator, laminare ușoară Poate fi suficient de placă solidă, plată. Deformarea este ușoară.
10-30 bar (med)Consolidarea cauciucului, compozitelor Se sugerează nervuri simple longitudinale sau transversale. Distanță 200–300 mm.
30-50 bar (mediu înaltă)Presare industrială, laminare PCB Necesită nervuri ortogonale ale grilei (design vafe) . Înălțimea nervurii de 2-3 ori grosimea bazei. 50 bar (înaltă) Ștanțare grea Formarea metalelor Consolidare de forță mare Necesită nervuri de grilă adânci. Înălțimea nervurilor de 4 până la 6 ori grosimea bazei. Este necesară analiza cu elemente finite (FEA).
Presiunile de prindere în presele grele de ștanțare și laminare depășesc adesea 100 bar. O placă solidă fără nervuri ar trebui să aibă o grosime de 300 mm pentru a obține o planeitate de 0,025 mm/m sub aceste solicitări, ceea ce este ineficient din punct de vedere termic și imposibil din punct de vedere economic. Nervurile interne reduc grosimea necesară a feței de lucru la 40-60 mm, păstrând în același timp rigiditatea generală.

Efect de umbră: penalități termice ale nervurilor
Coastele oferă suport mecanic dar cu prețul unei penalități termice. Nervurile funcționează ca suprafețe expandate (ariotoare) pentru a crește pierderea locală de căldură către mediul înconjurător sau către suporturile presei și, prin urmare, a îndepărta căldura din zona de lucru. Acest lucru provoacă dungi puțin mai reci, sau „umbre termice”, pe fața frontală chiar deasupra fiecărei nervuri. În funcție de geometria nervurii, de amplasarea sursei de încălzire și de izolație, diferența de temperatură variază de la 0,5 la 3 grade.

Prin urmare, presiunea de prindere ar trebui optimizată în ceea ce privește designul nervurilor plăcii de încălzire, astfel încât nervurile să fie situate numai acolo unde sunt necesare fizic, aliniate cu punctele de sprijin ale suportului presei și, dacă este posibil, nu direct sub zonele importante de încălzire. Adesea, spatele este modelat ca o vafe, o grilă de nervuri ortogonale care creează celule pătrate sau dreptunghiulare. Nervurile sunt turnate integral sau prelucrate cu baza plăcii. Modelarea FEA termică este efectuată frecvent pentru a se asigura că nervurile nu provoacă umbre de temperatură nedorite. Prin modificarea înălțimii nervurilor, a distanței și a orientării, proiectanții pot obține un echilibru de deformare mecanică în limitele toleranței și omogenitatea termică pe suprafața de lucru în cadrul standardelor de proces (de exemplu, ± 1 grad).

Considerații privind materialele și suportul
Materialul plăcuței are un efect mare asupra deformarii și designului nervurilor. Fonta (de exemplu, ASTM A48 Clasa 40) are amortizare și prelucrabilitate ridicate, dar are un modul mai mic (100 până la 120 GPa) decât oțelul. Fontă ductilă cu rezistență mai mare (ASTM A536). Oțelul (A36, 4140) are un modul de 200 GPa, prin urmare este de două ori mai rigid decât fonta pentru aceeași geometrie, dar este mai greu și mai scump. Aluminiul (E ~ 69 GPa) este mai ușor, dar necesită nervuri mult mai groase pentru a obține aceeași rigiditate ca oțelul.

Suportul de presare definește grila nervurilor prin distanța dintre suporturi. Punctele de sprijin (tije de împingere-în sus sau coloane de susținere) trebuie plasate la intersecția nervurilor pentru a minimiza momentele de încovoiere dintre suporturi. Pentru o plată dreptunghiulară susținută la colțuri de patru suporturi, îndoirea maximă are loc peste centru. O grilă completă sau o nervură transversală-centrală poate fi utilizată pentru a reduce deformarea.

Co-Design structural și termic: un rezumat al procesului
Pentru presele de mare tonaj este necesară o proiectare structurală și termică detaliată{0}. Fluxul normal de lucru este:

Definiți parametrii procesului. Presiune de prindere. Dimensiunile platanului. Deformare permisă (de ex. . 0.025 mm/m) Cerință de uniformitate a temperaturii (±1 grad)

Alegeți material: oțel pentru rigiditate ridicată, fontă ductilă pentru cost/performanță.

Aspectul preliminar al nervurilor: Ghidarea calitativă a presiunii, înălțimea nervurii, distanța și modelul grilei.

FEA structural: Determinați deformarea pentru sarcina de prindere în cel mai rău caz. Dacă deformarea este prea mare, măriți înălțimea nervurilor sau reduceți distanța. Rigiditatea este proporţională cu cubul înălţimii nervurii, prin urmare nervurile înalte sunt foarte eficiente.

FEA termică: model de transmisie a căldurii prin plată de la încălzitoarele implantate (cartuș sau turnat{0}}in). Localizați umbrele de temperatură peste coaste. De aceea trebuie să reglați nervurile sau să adăugați încălzitoare.

Prototip sau producție: examinați planeitatea și uniformitatea termică pe un banc de testare.

Concluzie: plăci cu nervuri: o primă abordare structurală-
Prima linie de apărare împotriva deformării la presiune mare de strângere este nervura internă. Dar trebuie să fie construit în paralel cu sistemul termic pentru a asigura uniformitatea. O soluție bună pentru presiunea de strângere a plăcii de încălzire cu design nervurat are ca rezultat o planeitate de până la 0,025 mm/m și o variație de temperatură mai mică de 2 grade pe suprafața de lucru. Fără nervuri, placa fie s-ar deforma prea mult, fie ar fi un bloc solid de metal cu o conducție termică slabă.

Platanele mari de încălzire sunt primele elemente structurale, apoi încălzitoarele. Presiunea de prindere definește scheletul, sistemul de încălzire îl umple cu energie uniformă. Pentru inginerii care specifică echipamente pentru aplicații de laminare, turnare sau presare, un design cu nervuri nu este o opțiune atunci când presiunile depășesc 20-30 bar. Secretul este un aspect optimizat care se rigidizează acolo unde este necesar și umbrește doar acolo unde este acceptabil - un compromis care poate fi văzut doar printr-o modelare și testare atentă.