Усилия запирания машины для литья под давлением

В момент окончания заполнения на подвижную часть формы действуют силы давления Р_м прессующего поршня через расплавленный металл и Р_г.у гидравлического удара, возникающего в цилиндре прессующего поршня и в форме в момент остановки поршня. Минимальное запирающее усилие машины для литья под давлением

Р_зап = Р_м + P_г.у

Номинальное усилие расплавленного металла Р_м определяется технической характеристикой машины:

где Р_пр — усилие прессования машины; F_пр — площадь поперечного сечения камеры прессования; ΣF_пр — сумма площадей проекций отливки и элементов литииковой системы на плоскость разъема.

При выборе машины предварительно необходимо определить расположение отливки в форме вместе с литниками, промывниками и прессостатком и подсчитать сумму площадей проекций по формуле

ΣF_пр = F_пр.отл+F_пр.лит + F_{пр.пром} + F_пр.ост,

где F_пр.отл — площадь проекции отливки на плоскость разъема; F_пр.лит — площадь литников; F_{пр.пром} — площадь промывников; F_пр.ост — площадь прессостатка (только для машин с горизонтальной камерой прессования).

Графические зависимости усилия запирания машины для литья под давлением Рзап от давления на металл рпр и от суммарной площади проекций ΣFпр представлены на рис. 100, а. Аналогичные зависимости в логарифмических координатах даны на рис. 100, б. Рис. 100. Номограммы для определения запирающего усилия

Гидравлический удар при литье под давлением в ряде случаев является полезным фактором технологического процесса. При проектировании литейных машин необходимо рассчитывать запирающий механизм так, чтобы он мог воспринимать гидравлический удар без отвода подвижных частей.

При литье под давлением система соударяемых элементов состоит, с одной стороны, из жидкости в цилиндре прессования и прессующего поршня, а с другой стороны,— из элементов, воспринимающих удар (из жидкого металла и подвижной половины формы).

Так как подвижная половина формы в момент удара отходит от неподвижной, то, согласно принципу Даламбера, можно для движущихся частей написать следующее уравнение равновесия сил, действующих по оси запирающего механизма (ось x):

Р_зап — P_прΣF_пр — Δр_г.уΣF_пр + m ∂²х/∂τ² = 0,                        (122)

где P_зап – усилие запирания в н; р_пр - давление жидкого металла в форме в н/м2; ΣF_пр - сумма площадей проекций  отливки и литниковой системы в м2; Δр_г.у - повышение давления в результате гидравлического удара в н/м2; m - масса подвижных частей запирающего механизма в кг.

Величина повышения динамического давления состоит (по H. А. Шубину) из суммы повышения давления рабочей жидкости в цилиндре прессования Δр_ц и повышения давления жидкого металла в форме Δр_ф:

Δр_г.у= Δр_ц + Δp_ф.

Величина повышения давления рабочей жидкости в момент остановки прессующего поршня определяется формулой Жуковского:

где а_ж — скорость распространения звуковой волны в рабочей жидкости, определяемая по формуле (54), в м/сек; γ_ж — удельный вес рабочей жидкости в н/м3; υ_пр — скорость прессования в м/сек.

Повышение давления в форме при непрямом гидравлическом ударе можно найти по формуле (57):

где   L — длина отливки в м; а_м — скорость распространения звуковой волны в жидком металле.

E'_м — модуль упругости жидкого металла в н/м ; γ' —  удельный вес жидкого металла в н/м3; υ_пот — скорость движения потока металла в форме, определяемая уравнением неразрывности для системы «камера прессования — полость формы».

После сложения значений Δр_ц и Δр_ф получим выражение для определения величины повышения динамического давления:

Затем определяем уенлиезапирания:

В выражении (123) величина ∂²х/∂τ² представляет собой ускорение подвижных частей запирающего механизма и формы при их отходе. Эта величина определяет зазор.

При условии обеспечения плотного смыкания обеих половинок формы величину — следует считать равной нулю. В этом случае выражение (123) превращается в расчетную формулу для определения усилия запирания:

                            (124)

Определим усилие запирания для машины типа 515, имеющей усилие прессования Р_пр = 130 000 н (13 000 кГ), если диаметр камеры прессования D_пр = 40 мм = 0,04 м. Соответственно давление прессования на металл

Рассчитываем пластинчатую отливку размерами 200 х 100 х 5 мм (L = 0,2 м и F_отл = 0,0005 м2) из алюминиевого сплава γ'_м = 25 000 н/м3 (2500 кГ/мг) при скорости прессования υ_пр = 0,5 м/сек.

В качестве рабочей жидкости применяется веретенное масло с удельным весом γ_ж = 8700 н/м3 (870 кГ/м3). Скорость распространения звуковой волны в рабочей жидкости подсчитана в гл. II,аж - 1200 м/сек.

Скорость распространения звуковой волны в жидком металле (в полости формы) определяется выражением

Модуль упругости жидкого алюминиевого сплава принимаем равным 7·10¹⁰ н/м2 (0,7·1010кГ/м2),тогда

Найдем сумму проекций на плоскость разъема (F_пр.лит = 0,005 м2 и F_{пр.пром} = 0).

По формуле (124) определим усилие запирания:

Паспортное усилие запирания машины 515 составляет всего 1300 кн (130 г). Следовательно, для данной отливки выбирается более мощная машина, например 516M с усилием запирания 4000кн (400 т).

В тонкостенных отливках сложной конфигурации гидравлический удар в полости формы можно не учитывать. Для таких отливок формула (124) значительно упрощается: