4.2 Определение мощности нагревательных элементов в стационарном режиме работы

Принцип расчета подобен до расчета . Мощность нагревательных элементов должна быть достаточной для обеспечения полного теплового баланса (внешних источников тепла):

(2.10)

где Q_пол ‒ полезное тело, расходуемое на нагревание пресс-массы, Вт;

Q_сп ‒ потери тепла пресс-формы поверхностями контакта с прессом, Вт;

Q_ос ‒ потери тепла в окружающую среду через боковые поверхности и места разъема пресс-формы, Вт;

Q_проч ‒ прочие потери (при обдувке пресс-форм и т.д.), Вт;

Q_бс ‒ потери тепла через болтовые соединения, Вт.

Основные потери тепла ‒ первые три члена, которые могут быть определены с достаточной степенью точности. Определение потерь является задачей менее определенной, поскольку последние 2 члена являются незначительными по величине.

По экспериментальным данным при различных условиях работы пресс-формы величина прочих потерь колеблется в пределах 10-30% от общего расхода электроэнергии.

Полезная теплота рассчитывается по формуле (2.11):

(2.11)

где с_уд ‒ теплоемкость прессуемого материала, Дж/(кг∙°С);

G₁ ‒ масса одного изделия, кг;

z ‒ число изделий в час, шт./ч.

ΔТ ‒ изменение температуры материала в процессе его нагревания в пресс-форме, °С;

с_уд=1880 Дж/(кг∙°С) – по данным, приведенным в [1] стр.31; z=126 изд./час – исходя из конструкции пресс-формы (в час пресс-форма делает 6 циклов (6∙21=126)). Примем, что температура материала равна 20°С, тогда при нагреве в прессформе температура изменяется на 137°С.

При расчете потерь в окружающую среду основной вклад вносят потери в окружающую среду через поверхности разъема:

(2.12)

где τ_р ‒ длительность нахождения пресс-формы в открытом состоянии, с.

‒ коэффициент теплоотдачи, Вт/м².

f_p – площадь поверхности разъема, м²;

ΔT_пов – разность температур поверхностей пресс-формы и окружающей среды,°С.

Для матрицы и пуансона эти потери нужно рассчитывать отдельно, т.к. значения α_р и f_p для них различны. Также следует учесть, что пресс-форма имеет вторую плоскость разъема для извлечения литниковой системы.

Длительность нахождения пресс-формы в открытом состоянии τ_р=6∙5=30 мин=1800 с (эксплуатационная характеристика пресса). ΔT_пов=155‒ ‒20=135°С. Коэффициент теплоотдачи для оформляющей части матрицы находится по формуле (2.13):

(2.13)

_{Площадь поверхности разъема матрицы:}

По формуле (2.12) определим Q_p:

Примем прочие потери равными 20% от основных потерь:

Мощность нагревательных элементов, необходимая для работы в стационарном режиме согласно формуле (2.10) равна:

Для уменьшения тепловых потерь, учитывая реальные их значения, предусматривают применение теплоизоляционных плит, а также покрытие наружных поверхностей термостойкой краской.

В результате рассчетов получили W₁=1464,08 Вт, W₂=261,664 Вт. Согласно полученным результам принимаем необходимую мощность нагревательных элементов равной W₂.

5 Расчет установленного ресурса оснастки

Стойкость пресс-форм (ресурс оснастки) определяется числом отпрессовок до полного износа формующих элементов пресс-формы, то есть до получения изделия, соответствующего ТУ, ГОСТ или требованиям чертежа.

Стойкость пресс-форм существенно влияет на стоимость прессуемых изделий и зависит от целого ряда факторов, к числу которых следует отнести:

а) сложность конструкции и конфигурации прессуемых деталей;

б) их точность;

в) характер прессуемого материала;

г) тип и конструкцию пресс-формы;

д) материал и термообработку формующих деталей пресс-формы;

е) качество изготовления пресс-формы;

ж) состояние пресса.

Сложность конструкции и конфигурации изделий значительно понижает стойкость пресс-форм. Наличие в изделии пазов небольшого сечения или глубоких отверстий, образуемых элементами пресс-формы, склонными к поломке, небольшая толщина стенок изделия при относительно большой высоте, что вызывает необходимость приложения большого давления прессования, и т. д. - все это вызывает преждевременный выход пресс-формы из строя. Неправильный выбор марки материала (хрупкость, малая износостойкость и т. д.) является причиной поломки или быстрого износа формующих элементов. Плохая термическая обработка, некачественная полировка, увеличенные зазоры в подвижных соединениях, отсутствие точного сопряжения сборных элементов и т. д. значительно сокращают продолжительность эксплуатации пресс-форм [4].

Таким образом, комплекс факторов, влияющих на стойкость пресс-форм, весьма велик, что создает трудности при определении сроков их эксплуатации. Гамма-процентная наработка до отказа рассчитывается по формуле:

T_γ =H _γ·_·К_г ·К_в· К_к· К_м ·К_т ·К_а ·К₀ · К_р· n, (5.1)

T_рγ=3·T _γ , (5.2)

где H_y – процентная наработка до отказа пресс-формы с одной формообразующей плоскостью, шт. (Н_y = 5380 шт.);

К_г - коэффициент, учитывающий гнездность пресс-формы (К_г=0,98);

К_в – коэффициент, учитывающий высоту формуемых резиновых изделий (К_в=1,00);

К_к – коэффициент, учитывающий квалитет точности формуемых изделий (К_к=0,50);

К_м – коэффициент, учитывающий материал формообразующих деталей (К_м=0,70);

К_т – коэффициент, учитывающий твердость формообразующих поверхностей (К_т=0,85);

К_а – коэффициент, учитывающий глубину азотирования формующих деталей (К_а=1,00);

К_о – коэффициент, учитывающий конструкционные особенности пресс-форм и дополнительные требования к качеству формуемых изделий (К_о=1,1);

К_р – коэффициент, учитывающий тип каучука (К_р=1,00);

n – число гнёзд (n=21 шт.).

T_γ= 5380·0,98·1,00·0,50·0,70·0,85·1,00·1,1·1,00·21=24155,25 шт,

T_рγ=3·72465,75=27606 шт.

Таким образом, данная пресс-форма должна выдержать число циклов равное:

N_ц = T_рγ /n , (5.3)

N_ц = 27606/21=1314,6