Скорость прессования, необходимая для создания определенного режима заполнения, обеспечивается работой прессующего механизма машины. Схема работы прессующего механизма машины с горизонтальной камерой типа 515 представлена на рис. 61, a.
 |
Рис. 61. Схема прессующего узла машины с горизонтальной камерой прессования: a — работа прессового поршня; б — дросселирование рабочей жидкости на первой ступени прессования |
Движение поршня за один рабочий цикл можно разделить на четыре периода.
- I. Период разгона. Основным сопротивлением движению является сила инерции подвижных частей прессующего механизма и сила трения покоя. Период заканчивается после того, как сила инерции исчезает и в полости цилиндра установится давление, соответствующее постоянным гидравлическим сопротивлениям (в тот момент, когда движение станет равномерным).
- II. Период равномерного движения. Основным сопротивлением являются силы трения в гидравлической сети прессового механизма. Период заканчивается после того, как залитый металл поднимется и заполнит все поперечное сечение камеры прессования.
- III. Пepиод заполнeния. Этот период начинается с момента входа
металла в литниковую систему и заканчивается заполнением формы. Скорость
поршня начинает падать в результате гидродинамических сопротивлений на пути
расплавленного металла. При резком переходе от большого сечения камеры
прессования к малой площади питателя возникает скачкообразное повышение
давления в полости цилиндра и соответствующее снижение скорости движения
поршня.
В конце заполнения в гидравлической системе и в форме наблюдается гидравлический удар. - IV. Период подпрессовки. Период возможен и продолжается до тех пор, пока металл может перемещаться из камеры прессования в форму, компенсируя усадку. Перемещение поршня в этот период очень незначительно и скорость прессования можно считать равной нулю.
Решающее влияние на процесс заполнения оказывает скорость поршня в период его равномерного движения. Для расчета скорости прессования воспользуемся методикой, предложенной M. Ф. Макельским.
Скорость прессования υпр, равную скорости движения поршня в прессовом цилиндре, диаметр которого Dц, можно определить по удельному расходу рабочей жидкости:
откуда
(40)
Удельный расход жидкости в цилиндре равен количеству жидкости, поступающей из аккумулятора по трубе диаметром d0:
Скорость истечения жидкости из трубы в цилиндр прессования υж с учетом трения в гидравлической системе определяется из уравнения Бернулли:
(41)
где Σζ0 — сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений при движении рабочей жидкости от аккумулятора до полости цилиндра; рак — давление в аккумуляторе в н/м2; γж — удельный вес рабочей жидкости в н/м3.
Заменяя в выражении (40) удельный расход жидкости qж через скорость истечения υж из уравнения (41), получаем формулу для определения скорости прессования холостого хода на второй ступени движения поршня:
(42)
Если значение необходимой скорости прессования установлено, то из формулы (42) можно найти диаметр d0 трубопровода. Диаметр можно изменять регулированием дроссельного вентиля В1 (рис. 61, а) при полностью открытом запирающем вентиле В2.
При диаметре камеры прессования Dпр и площади питателя ƒ расплавленный металл начинает поступать в полость формы со скоростью υ
В начале движения поршня до перекрытия им заливочного окна камеры прессования скорость прессования меньше, так как отверстие d0 перекрыто и рабочая жидкость поступает через отверстие малого диаметра d1 (рис. 61, б).
Сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений Σζ0 складывается из сопротивлений при входе в трубу ζвх, в дроссельном вентиле В1ζдр трения в трубе ζтр и гидравлических потерь при внезапном расширении трубы в цилиндре ζв.р.:
Σζ0 = ζвх + ζдр + ζтр + ζв.р..
Коэффициент сопротивления при входе жидкости из аккумулятора в трубу определяется аналогично истечению через отверстие в тонкой стенке:
где ε = 0,64 — коэффициент относительного сжатия струи при входе в отверстие.
Сопротивление в дроссельном вентиле зависит от его конструкции и может достигать большой величины.
Например, для диафрагмы коэффициент гидравлических потерь определяется формулой
где ƒ'0 — площадь отверстия в диафрагме.
При регулировании скорости прессования площадь ƒ'0 изменяется в широких пределах от ƒ'0 = 0,785 d20 (в этом случае ζдр = 0) до ƒ'0 =0.
Если площадь пропускного отверстия вентиля мала и можно считать ее близкой к нулю, то коэффициент ζдр достигает максимальной величины ζmaxдр= 2,88.
Следовательно, можно записать пределы изменения ζдр0 < ζдр < 2,88.
Потери на трение постоянны и зависят только от длины трубы:
где λ при турбулентном движении определяется по эмпирической формуле
Блазиуса, 
. Для числа
Re, близкого к 105, λ≈0,02.
Гидравлические потери при внезапном расширении определяются формулой
Так как Fц значительно превосходит ƒ0, можно принять ζв.р.=1.
Суммарный коэффициент сопротивления при среднем положении дросселя (ζдр ≈1,5).
(43)
Подставив значение Σζ0 в формулу (42), определим скорость прессования при среднем положении дросселя для машины с горизонтальной камерой прессования, имеющей прессовый цилиндр диаметром 200 мм, диаметр трубопровода d0 = 30 мм и длину его l0 = 2 м. Давление в аккумуляторе Рак = 7,5 Мн/м2 (75 кГ/см2). В качестве рабочей жидкости применяется веретенное масло, удельный вес которого γ = 8700 н/м3 (870 кГ/м3).
Среднее положение дросселя означает, что площадь сечения трубы, подающей жидкость от аккумулятора в цилиндр, уменьшается в 2 раза. Следовательно, вместо диаметра dl0 в формулу (42) нужно подставить новое значение d'l0 :
откуда
Максимально возможная скорость прессования υmaxпр будет при полном открытии дроссельного вентиля. В этом случае сопротивление ζдр = 0 и суммарный коэффициент
В настоящее время установлено, что при литье магниевых сплавов требуются скорости прессования свыше 2 м/сек. При изготовлении крупногабаритных отливок на мощных машинах также необходимо повышать скорость прессования.
В современных машинах увеличение скорости прессования и величины статического давления в конце заполнения достигается за счет высокого давления в аккумуляторе — до 15 Мн/м2 (150 кГ/см2).
Для рассматриваемого примера при рак = 15 Мн/м2 (150 кГ/см2).
Формула (42) не учитывает сопротивлений, возникающих в результате затрудненного слива рабочей жидкости из штоковой полости прессового цилиндра. Противодавление слива достигает значительной величины.
Осциллограммы на рис. 62, записанные Д. Р. Акивисом, показывают изменение противодавления в штоковой полости (нижние кривые) при возрастании скорости прессования (верхние кривые) холостого хода.
При скорости прессования около 0,35 м/сек (осциллограмма на рис. 62, а) противодавление составляет 0,7—0,8 Мн/м2 (7—8 кГ/см2). Падение скорости в результате противодавления выражается разностью между пиковым значением скорости и средним установившимся ее значением. Для осциллограммы (рис. 62, а) это падение скорости равняется 0,07 м/сек (около 16%).
При скорости прессования 0,55 м/сек (осциллограмма на рис. 62, б) противодавление повышается до 1,3—1,4 Мн/мм2 (13— 14 кГ/см2), а при скорости 0,75 м/сек достигает 1,8 Мн/м2 (18 кГ/см2) (осциллограмма на рис. 62, в).
 |
Рис. 62. Изменение скорости прессующего поршня и противодавления в штоковой полости цилиндра прессования |
 |
На рис. 63 дана графическая зависимость противодавления слива в штоковой полости рп.с. от числа оборотов открытия регулировочного вентиля n для машины 515. Рис. 63. Зависимость противодавления слива pn.c от числа оборотов открытия вентиля n для машины |
Скорость прессования, определяемая по формуле (42), соответствует пиковым значениям скорости при окончании разгона поршня на второй ступени его движения.
Тарировочные графики скорости для различных машин определяют скорость прессования холостого хода при установившемся движении поршня.
Если для упрощения считать диаметр сливной трубы dсл (см. рис. 61, a) равным диаметру подводящей трубы d0, а скорость слива υсл считать равной скорости истечения рабочей жидкости из аккумулятора υж, то скорость прессования холостого хода υхолпр при установившемся движении определяется по формуле
(44)
где Σζсл — сумма коэффициентов гидравлических сопротивлений в сливной сети, в которую входят сопротивления входа, трения и внезапного расширения,
(45)
Формулу (44) можно использовать для расчета установившейся скорости движения холостого хода поршневых машин как с горизонтальной, так и с вертикальной (холодной или горячей) камерами прессования.
