2.3.8. Расчет на прочность основных деталей пресс-формы

Основные детали пресс-формы рассчитывают на прочность. Проверить прочность матрицы можно сделав расчет внешнего диаметра по формуле:

, (2.33)

где – диаметр изделия, мм;

– допустимое напряжение на растяжение материала матрицы, МПа;

– максимальное давление прессования, МПа;

– коэффициент Пуассона материала прессуется (для железного порошка = 0,28).

Матрицы, а так же пуансоны, стержни, прокладки и другие нагруженные детали пресс-форм изготавливают из инструментальных сталей типа Х12М, Х12Ф1, Х12Ф4М, закаленных до твердости 58-62 HRC. Допускаемые напряжения для таких сталей составляют, МПа: при растяжении - 250, сжатия - 1600, изгибе 500, смятии - 1000.

Давление прессования можно найти в справочной литературе [1] или рассчитать ориентировочно, без учета потерь на трение по формуле М.Ю. Бальшина.

Если рассчитанный по формуле (2.33) внешний диаметр будет менее принятого - прочность матрицы достаточная. Для расчетов принимаем: = 250 МПа; = 500 МПа.

мм.

Прочность матрицы достаточная.

Эскиз матрицы приведен на рис. 2.2.

Рисунок 2.2 - Эскиз матрицы детали "втулка с буртом"

На рисунке 2.3 приведен эскиз сконструированной пресс-формы для прессования детали "втулка с буртом".

На рисунке 2.3 приведен эскиз сконструированной пресс-формы для прессования детали "втулка с буртом".

Рисунок 2.3 - Пресс-форма для прессования детали «втулка с буртом»: 1) стержень; 2) пуансоны нижние; 3) матрица; 4) пуансоны поверхности; 5) прес совка

2.4 Конструирование пресс-блока детали «шестерня»

Эскиз прессовки "шестерня" с учетом упругого последействия, усадки при спекании, припусков на восстановление приведен на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Эскиз прессовки "шестерня" с учетом упругого последействия, усадки при спекании, припусков на восстановление

Расчеты исполнительных размеров инструмента выполнены аналогично расчетам инструмента для детали «втулка с буртом».

Расчет диаметра прессовки:

Дпр.min = 30,34 + 30,34*0,005 = 30,49 мм

Дпр.max = 30,50 + 30,50*0,005 = 30,65 мм

Расчет диаметра матрицы:

Дм.min = 30,49-30,49*0,0018 = 30,54 мм

Дм.max = 30,65-30,65*0.0018 = 30,70 мм

Расчет припуска на износ:

Д = 30,65-30,54 = 0,11 мм

Д = 30,65-(30,54+0,025) = 0,085 мм

Расчет высоты прессовки, высоты загрузочной камеры и внешнего диаметра матрицы:

Hпр = 5-5*0,03 = 4,85 мм

Нз = 1,85*4,85 = 8,97 мм

F = 3,14( 30,4-6)/4 = 697,20 мм

р = 9,8*140*0,8= 499,006 МПа

Q0 = 2.6/6.0 = 0.43

m = 2 + 0.8/(0.8-0.43) = 4.532

Рпр. = 499,06*697,20 = 348 кН

Р = 348*1,35 = 470 кН

Дн = 30,65*1,519 = 46,55 мм

На рисунке 2.5 приведены эскиз сконструированной пресс-формы для прессования детали "шестерня".

Рис. 2.2. Эскиз матрицы детали "втулка с буртом"

Рисунок 2.5 - Пресс-форма для прессования детали «шестерня»: 1) стержень; 2) пуансон нижний; 3) матрица; 4) пуансон верхний; 5) прессовка.

2.5 Проектирование нагревательных устройств

2.5.1 Выбор типа нагревательной печи для термической обработки

Основное оборудование для термической обработки - печь пламенного нагрева муфельная с защитной атмосферой. В печи установлены горизонтально 108 радиальных труб с электроопорой и тремя вентиляторами в возведении рабочего пространства печи. Агрегат непрерывного действия. Рабочая среда имеет площадь 9,25 м2 и габаритные размеры 812х1000х 2548. Нагревательная печь снабжена камерой загрузки с выдвижной тележкой, размеры которого 500х600х400, толкателем для перегрузки пустых поддонов на загрузочную тележку, кроме того, на обратной ветке агрегата смонтирована система пульсирующих конвейеров. В агрегат также входит моющая машина и отпускная печь с рециркуляцией газовоздушной смеси. Агрегат имеет маслонапорну станцию, установку для приготовления контролируемой атмосферы, состоящий из двух генераторов, станции смесителя и пульта управления.

Производительность такого агрегата 15 - 20 кг / час.

2.5.2 Выбор и расчет энергоносителя

Расчет горения топлива

Состав газа: H₂ -12%; CO-10%; CO₂-10%; CH₄-0.5%; N₂-72.5%.

В горении участвуют:

CH₄+2O₂ = CO₂+2H₂O

2H₂+O₂ = 2H₂O

2CO+O₂ = 2CO₂

Теоретический расход воздуха для газообразного топлива на 1 м³:

Lт = 0,0476 (0,5СО + 0,5 Н₂ +2 СН₄) =

=0,0476 (0,5 · 10 + 0,5 · 12 + 2 · 0,5) = 0,57 м³,

где СО, Н2, СН4 – содержание оксида углерода, водорода и метана в газообразном топливе, процент на единицу объема.

Практически в печах сжигают топливо с действительным расходом, превышающим теоретический.

Действительный расход воздуха, м:

Lд = · Lт = 1,1 · 0,57 = 0,627 м³,

где - коэффициент расхода воздуха.(для газа – 1,05 - 1,15).

Выход продуктов горения на единицу сжигаемого газообразного топлива на 1 м³:

V= 0.01 (CO + CO2 + CH4) = 0.01 (10 + 0.5 +5) = 0,155 м³;

V= 0.01 (H2 + 2CH4) = 0.01 (12 + 1) = 0,13 м³;

V = 0.01 (N2 + 0.79 Lт) = 0.01(72.5 + 0.79 · 0.57)= 1.175 м³;

V = V+ V+ V = 1.46 м³;

Действительный выход продуктов горения:

Vд = V + (-1) Lт = 1,517 м³.

где V, V, V - объемы соответствующих газов на 1 м³ газообразного топлива;

V - теоретический выход продуктов.

Состав продуктов горения %:

CO2 = = ; N2 = %;

H2O = %; O2 = %;

Плотность продуктов горения:

Низкая теплота сгорания топлива, кДж/ м³ найдена из соотношения:

Q= 35800CH4 + 10760H2 +12645CO,

где CH4, H2, CO - содержание горючих продуктов в рабочем топливе.

Q= 35800·0,005 +10760·0,12 +12645·0,1 = 2734 кДж/м³.

2.5.3 Определение основных размеров рабочего пространства нагревательного устройства

Определяем критерий В_i для заданных деталей:

B_i=S* α_изл+к / λ,

где S - радиус или половина толщины детали, м;

λ- коэффициент теплопроводности стали;

α - суммарный коэффициент теплоотдачи.

α_изл+к = 0,03С_пр(Т/100)³+10 Вт/м²час град;

где С_пр=4,9/[(1/ε₁)+F₁ (1/ε₂ -1) /F₂],

ε1 - степень черноты обрабатываемой стали, принимаем равной 0,3;

ε2 - степень черноты огнеупорной кладки, принимаем 0,75;

F₁ - поверхность металла, воспринимает тепло.

F₁= 2,96 м²;

Внутренняя поверхность печи F₂=9,25 м³;

С_пр=4,9/((1/0,3)+2,96(1/0,75-1)/9,25) =1,4 ккал/ м²час град;

λ=25Вт/м²с

α_изл+к =0,03С_пр(Т/100)³+15=0,03·1,4·((1150+273)/100)³+15=136 ккал/м²час град.

Прибавляем 10-15 ккал/ м²час град – коэффициент конвекционной теплоотдачи в печи для печей с температурой до 1200 ° С.

B_i=S* α_изл+к / λ=0,01·136/25=0,05