Kā noteikt vajadzību pēc iekšējām stiegrojuma ribām sildīšanas plāksnē, pamatojoties uz iespīlēšanas spiedienu?

Ja tas netiek pienācīgi atbalstīts, milzīgs sildītājs liecas kā batuts zem 500 tonnām preses jaudas, saspiežot detaļas malas un izbadinot spiediena centru. Iekšējās ribas ir kā skelets, kas saglabā plakanumu lielas slodzes apstākļos. Lielas tonnāžas preses laminēšanai, kompozītmateriālu formēšanai vai gumijas vulkanizācijai var viegli pakļaut saspiešanas spiedienam, kas pārsniedz to, ko cieta, plakana plāksne var strukturāli izturēt virs plāksnes virsmas. Viens no galvenajiem tehniskajiem lēmumiem ir tas, vai ir vajadzīgas iekšējās stiegrojuma ribas un kādai tām jābūt konfigurācijā. Tas ir kompromiss starp mehānisko stingrību un termisko viendabīgumu.

Strukturālais izaicinājums: lieces zem savilkšanas spēka
Neatbalstītais laidums, biezums, materiāla stingrība (Young's modulis) un uz plāksni pielietotais spiediena sadalījums ietekmē plāksnes novirzi. Izliece palielinās līdz ar neatbalstītā garuma kubu un samazinās, palielinoties plāksnes biezuma kubam noteiktam iespīlēšanas spiedienam. Cieta plāksne, kas ir pietiekami bieza, lai izturētu novirzi bez ribām, kļūst pārāk smaga, lai būtu praktiska, pārāk dārga uzbūvēšanai un pārāk lēna karsēšanai. Laminēšanas un precīzās formēšanas plāksnēm bieži ir pārsteidzoši šauras novirzes robežas, un 0,025 mm virs 1 metra (0,001 colla uz pēdu) ir izplatīta prasība. Ja šī robeža tiek pārsniegta, izstrādājuma biezums būs nevienmērīgs, savienojums būs nepilnīgs vai malas būs pārāk saspiestas.

Metāla audumi, kas ir iekšēji biezi (saukti par ribām), tiek ielieti vai apstrādāti plāksnes aizmugurē (ne{0}}darba pusē), lai novērstu novirzi, nepadarot plāksni pārāk biezu. Šīs ribas darbojas kā sijas, kas nostiprina plāksni, paaugstinot inerces momentu, nepievienojot masu darba virsmai. Šādu ribu nepieciešamību pārsvarā nosaka trīs parametri: iespīlēšanas spiediena lielums, plaknes laidums un pieļaujamā novirze.

Saspiešanas spiediens un sildīšanas plāksnes ribu konstrukcijas nozīme saspiešanas spiediena novērtēšanā
Sildīšanas plāksnes ribu konstrukcijas iespīlēšanas spiediens ir vārds, kas atspoguļo galveno dizaina cilpu: pielietotais iespīlēšanas spiediens nosaka nepieciešamo ribu formu, un ribas ģeometrija ietekmē plāksnes termisko izturēšanos. Lēmumu pieņemšanas process faktiski ietver virkni procesu, gan kvantitatīvu, gan kvalitatīvu.

Stingruma un deformācijas robežas
Inerces moments nosaka rievotās plāksnes relatīvo stingrību pret cieto plāksni. Ribai inerces moments palielinās par ℎ3h3 augstumam ℎh virs pamatplāksnes. Tādējādi divreiz garākai ribai ir 8 reizes lielāka stingrība saliekšanā. Tas padara augstas šauras ribas daudz efektīvākas nekā nemainīga biezuma plāksne. Tomēr ribas nodrošina termiskās masas un siltuma plūsmas ceļus, kas var izraisīt temperatūras nevienmērību uz darba virsmas.

Kvalitatīva rokasgrāmata, izmantojot saspiešanas spiedienu
Šis padoms sniedz īkšķa noteikumu par to, vai iekšējās ribas ir būtiskas standarta tērauda plāksnei (laidums ~ 1 m, biezums ~ 50-100 mm). Faktiskie sliekšņi ir ģeometriski un atkarīgi no materiāla.

Saspiedes spēks (bar) Tipisks pielietojums Rievojums Ieteikums 10 bar (zems)Laboratorijas preses, viegla laminēšana Var būt pietiekami cieta, plakana plāksne. Izliece ir neliela.
10-30 bar (med) Gumijas, kompozītmateriālu konsolidācijaIeteicamas vienkāršas gareniskās vai šķērsribas. Atstatums 200–300 mm.
30-50 bar (vidēji augsts)Rūpnieciskā presēšana, PCB laminēšanaNepieciešamas ortogonālas režģa ribas (vafeļu dizains) . Rievu augstums 2-3 reizes lielāks par pamatnes biezumu. 50 stienis (augsts)Smags štancēšana Metāla formēšana Liela spēka konsolidācija Nepieciešamas dziļas režģa ribas. Rievu augstums 4 līdz 6 reizes pārsniedz pamatnes biezumu. Nepieciešama galīgo elementu analīze (FEA).
Saspiedes spiediens smagajās štancēšanas un laminēšanas presēs bieži pārsniedz 100 bārus. Cietai plāksnei bez ribām jābūt 300 mm biezai, lai sasniegtu līdzenumu 0,025 mm/m pie šiem spriegumiem, kas ir termiski neefektīvi un ekonomiski neizdevīgi. Iekšējās ribas samazina nepieciešamo darba virsmas biezumu līdz 40-60 mm, vienlaikus saglabājot vispārējo stingrību.

Ēnu efekts: rievojuma termiskie sodi
Ribas nodrošina mehānisku atbalstu, bet uz termiskā soda rēķina. Ribas darbojas kā paplašinātas virsmas (spuras), lai palielinātu lokālos siltuma zudumus apkārtējai videi vai presēšanas balstiem un tādējādi atņem siltumu no darba zonas. Tas izraisa nedaudz vēsākas svītras jeb “termiskās ēnas” priekšpusē tieši virs katras ribas. Atkarībā no ribu ģeometrijas, apkures avota izvietojuma un izolācijas temperatūras starpība svārstās no 0,5 grādiem līdz 3 grādiem.

Tāpēc saspiešanas spiediens ir jāoptimizē attiecībā uz sildīšanas plāksnes ribu konstrukciju, lai ribas atrastos tikai tur, kur tās ir fiziski nepieciešamas, saskaņotas ar presēšanas balstu atbalsta punktiem, un, ja iespējams, ne tieši zem svarīgām sildīšanas zonām. Bieži vien aizmugure ir rakstaina kā vafele, ortogonālu ribu režģis, kas veido kvadrātveida vai taisnstūrveida šūnas. Ribas ir integrēti atlietas vai apstrādātas ar plāksnes pamatni. Bieži tiek veikta termiskā FEA modelēšana, lai nodrošinātu, ka rievojums nerada nevēlamas temperatūras ēnas. Mainot ribu augstumu, atstarpi un orientāciju, dizaineri var panākt līdzsvaru starp mehānisko deformāciju pielaides robežās un termisko viendabīgumu virs darba virsmas procesa standartu ietvaros (piemēram, ±1 grāds).

Materiālu un atbalsta apsvērumi
Plāksnes materiālam ir lieliska ietekme uz novirzi un ribu dizainu. Čugunam (piemēram, ASTM A48 klase 40) ir augsta amortizācija un apstrādājamība, taču tam ir zemāks modulis (100 līdz 120 GPa) nekā tēraudam. Augstākas stiprības kaļamais čuguns (ASTM A536). Tērauda (A36, 4140) modulis ir 200 GPa, tāpēc tas ir divreiz stingrāks par čugunu tai pašai ģeometrijai, taču tas ir smagāks un dārgāks. Alumīnijs (E ~ 69 GPa) ir vieglāks, taču, lai sasniegtu tādu pašu stingrību kā tēraudam, ir vajadzīgas daudz biezākas ribas.

Preses balsts nosaka ribu režģi, izmantojot atstatumu starp balstiem. Atbalsta punkti (uz augšu-stieņi vai balstu kolonnas) jānovieto ribu krustojumos, lai samazinātu lieces momentus starp balstiem. Taisnstūrveida plāksnei, kas stūros atbalstīta ar četriem balstiem, maksimālā saliekšana notiek pāri centram. Lai samazinātu novirzi, var izmantot pilnu režģi vai centrālo šķērsenisko-ribu.

Strukturālā un termiskā kop{0}}projektēšana: procesa kopsavilkums
Lielas tonnāžas presēm ir nepieciešams detalizēts strukturālais un termiskais kop{0}}dizains. Parastā darbplūsma ir šāda:

Definējiet procesa parametrus. Saspiedes spiediens. Plāksnes izmēri. Pieļaujamā novirze (piem., . 0.025 mm/m) Temperatūras vienmērīguma prasība (±1 grāds)

Izvēlieties materiālu: tērauds augstai stingrībai, kaļamais čuguns izmaksu/veiktspējas nodrošināšanai.

Sākotnējais ribu izkārtojums: kvalitatīva spiediena vadība, ribu augstums, atstarpes un režģa raksts.

Strukturālā FEA: nosakiet novirzi sliktākajā iespīlēšanas slodzes gadījumā. Ja novirze ir pārāk liela, palieliniet ribu augstumu vai samaziniet atstarpi. Stingums ir proporcionāls ribas augstuma kubam, tāpēc augstās ribas ir ļoti efektīvas.

Termiskā FEA: modeļa siltuma pārnešana caur plati no implantētiem sildītājiem (kasetne vai ielieta{0}}). Atrodiet temperatūras ēnas virs ribām. Tāpēc jums ir jāpielāgo ribas vai jāpievieno sildītāji.

Prototips vai ražošana: pārbaudiet plakanumu un termisko viendabīgumu uz testa stenda.

Secinājums: rievotas plāksnes: strukturālā{0}}pirmā pieeja
Pirmā aizsardzības līnija pret novirzi pie augsta iespīlēšanas spiediena ir iekšējā rievojums. Bet tas ir jābūvē paralēli siltuma sistēmai, lai nodrošinātu viendabīgumu. Labs sildīšanas plāksnes ribu konstrukcijas iespīlēšanas spiediena risinājums nodrošina līdzenumu 0,025 mm/m robežās un temperatūras svārstības, kas ir mazākas par 2 grādiem virs darba virsmas. Bez ribām plāksne vai nu pārāk daudz novirzīsies, vai arī būtu ciets metāla bloks ar sliktu siltuma vadītspēju.

Lielas sildīšanas plāksnes ir pirmie konstrukcijas elementi, otrie sildītāji. Saspiedes spiediens nosaka skeletu, apkures sistēma piepilda to ar vienmērīgu enerģiju. Inženieriem, kas nosaka aprīkojumu laminēšanai, formēšanai vai presēšanai, rievotu dizainu nevar izvēlēties, ja spiediens pārsniedz 20-30 bar. Noslēpums ir optimizēts izkārtojums, kas kļūst stingrāks, kur nepieciešams, un aizēno tikai tad, ja tas ir pieņemams. Tas ir kompromiss, ko var redzēt tikai rūpīgi modelējot un pārbaudot.