4 Тепловой расчет оснастки

Целью теплового расчета пресс-форм является определение установленной мощности системы обогрева, которая необходима для обеспечения работоспособности как в пусковом так и в стационарном режиме работы пресс-формы. В тепловом расчете пресс-формы выделяют 2 этапа:

1. Определение мощности нагревательных элементов для разогрева пресс- формы в течении заданного времени в пусковом режиме работы (W₁);

2. Определение мощности нагревательных элементов в стационарном режиме работы (W₂).

Для большинства пресс-форм W₁ > W₂, но расчет величины W₂ обязателен, поскольку, например, конструкции пресс-форм с сильно развитой поверхностью при малой общей массе формующих элементов имеют значительные потери тепла в окружающую среду при размыкании пресс-формы в стационарном режиме ее работы. Таким образом W₁ > W₂. После расчетов принимают значение W(для реализации ее в пресс-форме) соответственно максимальному значению с W₁ и W₂.

4.1 Определение мощности нагревательных элементов для разогрева пресс-формы в пусковом режиме

Расчет W₁ при заданном времени разогрева пресс-формы τ_раз=30 минут.

(2.1)

где Q_пр ‒ тепло для разогрева пресс-формы до температуры прессования (без чета потерь), Дж;

‒ потери тепла за время разогрева, Вт.

τ_раз – время разогрева, час;

Принимаем, что время разогрева пресс-формы равно 20 минут, т.е. τ_раз=1200 с.

(2.2)

где с_уд ‒ удельная теплоемкость стали, кДж/кг˚С;

G_пф ‒ масса пресс-формы, кг;

‒ средняя температура пресс-формы в конце разогрева, °С.

с_уд = 500 Дж/(кг∙°С) по данным, приведенным в пособии [5] стр.569.

Примем , т.е. немного ниже температуры вулканизации, которая дана по заданию на курсовое проектирование и равна Т_в=157°С.

(2.3)

где ρ ‒ плотность стали,

V ‒ объем прес-сформы, м³.

По данным, приведенным в пособии [5] стр. 550 ρ= 7800

(2.4)

где а ‒ длина стороны пресс-формы, м;

b ‒ ширина пресс-формы, м;

с ‒ ширина пресс-формы, м.

Геометрические размеры пресс-формы возмем из сборочного чертежа оснастки: a=300 мм=0,30 м; b=260 мм=0,26 м; с=42 мм=0,042 м.

Объем пресс-формы по формуле (2.4) равен:

Потери тепла за время разогрева определяются по формуле (2.5):

(2.5)

где ‒ потери тепла боковыми поверхностями пресс-формы, Вт;

‒ потери тепла в стол пресса поверхностями контакта с прессом, кВт.

(2.6)

где ‒ коэффициент теплоотдачи боковых поверхностей и теплоизоляции, Вт/м²;

f_б ‒ площадь боковой поверхности пресс-формы, м²;

Т_и – темперетура боковой поверхности и теплоизоляции, °С.

Обычно , темпертура Т_и=80°С. Площадь боковой поверхности определим по следующей формуле:

(2.7)

Потери тепла в стол пресса:

(2.8)

где f_к ‒ площадь контакта пресс-формы с прессом, м²;

λ_пр ‒ коэффициент теплопроводности прокладки, Вт/м;

δ_пр ‒ толщина прокладки, м;

Т₀ ‒ средняя температура поверхностей контакта за период разогрева, °С;

Т_п – температура стола пресса, °С.

Площадь контакта пресс-формы с прессом равна f_к=a∙b=0,30∙0,26=0,078 м²; λ_пр=0,036 Вт/м ‒ по данным, приведенным в [5] стр.571; Примем толщину прокладки равной δ_пр=0,005 м; темперетуру стола пресса Т_п=20°С. Среднюю температуру поверхностей контакта за период разогрева определим по формуле:

(2.9)

где Т_с ‒ температура стенок пресс-формы, °С.

Принимаем температуру стенок пресс-формы равной 140°С.

_{Согласно формуле (2.7) потери в стол пресса составят:}

Потери при разогреве:

_{Мощность нагревательных элементов, необходимая для разогрева пресс-формы:}