Làm thế nào để xác định nhu cầu về các gân gia cố bên trong trong tấm gia nhiệt dựa trên áp suất kẹp?

Nếu không được hỗ trợ đầy đủ, một trục lăn gia nhiệt khổng lồ sẽ uốn cong giống như một tấm bạt lò xo dưới lực ép 500 tấn, làm nát các cạnh của bộ phận và làm thiếu áp lực ở tâm. Các gân bên trong giống như một bộ xương, duy trì độ phẳng dưới sức căng lớn. Máy ép có trọng tải lớn để cán mỏng, tạo hình composite hoặc lưu hóa cao su có thể dễ dàng chịu áp lực kẹp vượt quá mức mà một tấm phẳng, rắn có thể chịu được về mặt cấu trúc trên bề mặt của trục lăn. Một trong những quyết định kỹ thuật quan trọng là liệu có cần các gân gia cố bên trong hay không và chúng nên có cấu hình như thế nào. Đây là sự đánh đổi giữa độ cứng cơ học và tính đồng nhất nhiệt.

Thử thách về kết cấu: Uốn dưới lực kẹp
Nhịp không được hỗ trợ, độ dày, độ cứng vật liệu (mô đun Young) và sự phân bố áp suất tác dụng lên trục lăn ảnh hưởng đến độ võng của trục lăn. Độ võng tăng theo lập phương của chiều dài không được đỡ và giảm theo lập phương của độ dày tấm đối với một áp suất kẹp nhất định. Một tấm ép đặc đủ dày để chống lại sự biến dạng mà không có gân sẽ trở nên quá nặng để thực tế, quá đắt để chế tạo và quá trình gia nhiệt quá chậm. Các tấm ép cán và đúc chính xác thường có giới hạn độ lệch hẹp đáng kinh ngạc, với yêu cầu chung là 0,025 mm trên 1 mét (0,001 inch mỗi foot). Nếu vượt quá giới hạn này, độ dày của sản phẩm sẽ không-đồng đều, liên kết sẽ không hoàn chỉnh hoặc các cạnh bị nén quá nhiều.

Các tấm kim loại dày bên trong (gọi là gân) được đúc hoặc gia công vào mặt sau (-mặt không hoạt động) của trục lăn để tránh bị lệch mà không làm cho trục lăn quá dày. Những gân này hoạt động như những thanh dầm làm cứng tấm bằng cách tăng mômen quán tính mà không tăng thêm khối lượng cho bề mặt làm việc. Sự cần thiết của các gân như vậy chủ yếu được quyết định bởi ba thông số: độ lớn của áp suất kẹp, nhịp trục lăn và độ lệch cho phép.

Áp suất kẹp và vai trò của thiết kế sườn trục gia nhiệt Đánh giá áp suất kẹp
Áp suất kẹp thiết kế sườn của trục lăn gia nhiệt là một từ thể hiện vòng lặp thiết kế chính: áp suất kẹp được áp dụng sẽ xác định hình dạng sườn cần thiết và hình dạng của sườn tác động đến hoạt động nhiệt của trục lăn. Quá trình ra quyết định thực sự bao gồm một loạt các quá trình, cả về số lượng và chất lượng.

Giới hạn độ cứng và độ lệch
Mômen quán tính chi phối độ cứng tương đối của tấm ép có gân với tấm rắn. Đối với một gân, mô men quán tính tăng ℎ3h3 đối với độ cao ℎh so với tấm đế. Do đó, một xương sườn cao gấp đôi có độ cứng gấp 8 lần khi uốn. Điều này làm cho các sườn cao hẹp hiệu quả hơn nhiều so với một tấm có độ dày không đổi. Tuy nhiên, các gân cung cấp khối nhiệt và đường truyền nhiệt có thể gây ra sự không đồng đều về nhiệt độ trên bề mặt làm việc .

Hướng dẫn định tính thông qua áp suất kẹp
Lời khuyên sau đây đưa ra nguyên tắc chung về việc liệu các gân bên trong có cần thiết cho tấm thép tiêu chuẩn hay không (khoảng cách ~1 m, độ dày ~50-100 mm). Ngưỡng thực tế phụ thuộc vào hình học và vật liệu.

Lực kẹp (bar) Ứng dụng điển hình Ribbing Khuyến nghị 10 bar (thấp)Máy ép trong phòng thí nghiệm, cán nhẹ Có thể đủ rắn, tấm phẳng. Độ lệch là nhẹ.
10-30 bar (trung bình) Cố kết cao su, vật liệu tổng hợp Đề xuất các gân dọc hoặc ngang đơn giản. Khoảng cách 200–300 mm.
30-50 bar (trung bình cao)Ép công nghiệp, cần cán màng PCB các gân lưới trực giao (thiết kế bánh quế). Chiều cao của sườn gấp 2-3 lần độ dày đế . 50 thanh (cao)Dập nặng Định hình kim loại Cố kết lực caoSân lưới sâu cần. Chiều cao của gân gấp 4 đến 6 lần độ dày đáy. Cần phải phân tích phần tử hữu hạn (FEA).
Áp suất kẹp trong máy ép dập và cán màng nặng thường vượt quá 100 bar. Một tấm ép đặc không có gân sẽ phải dày 300 mm để đạt được độ phẳng 0,025 mm/m dưới những ứng suất này, điều này không hiệu quả về mặt nhiệt và không khả thi về mặt kinh tế. Các gân bên trong giúp giảm độ dày cần thiết của mặt làm việc xuống 40-60 mm trong khi vẫn giữ được độ cứng chung.

Hiệu ứng bóng: Hình phạt nhiệt của Ribbing
Các xương sườn cung cấp sự hỗ trợ cơ học nhưng phải trả giá bằng sự chịu nhiệt. Các gân hoạt động như các bề mặt mở rộng (các cánh tản nhiệt) để tăng tổn thất nhiệt cục bộ ra môi trường xung quanh hoặc tới các giá đỡ máy ép và do đó lấy nhiệt ra khỏi khu vực làm việc. Điều này gây ra các vệt mát hơn một chút, hay còn gọi là 'bóng nhiệt', ở mặt trước, ngay phía trên mỗi đường gân. Tùy thuộc vào hình dạng của sườn, vị trí của nguồn sưởi và vật liệu cách nhiệt, chênh lệch nhiệt độ thay đổi từ 0,5 độ đến 3 độ.

Do đó, áp suất kẹp phải được tối ưu hóa liên quan đến thiết kế sườn của tấm gia nhiệt sao cho các gân chỉ được đặt ở những nơi cần thiết về mặt vật lý, thẳng hàng với các điểm hỗ trợ máy ép và nếu có thể, không nằm ngay dưới các vùng gia nhiệt quan trọng. Thường thì mặt sau có hoa văn giống như một chiếc bánh quế, một mạng lưới các đường gân trực giao tạo thành các ô hình vuông hoặc hình chữ nhật. Các gân được đúc hoặc gia công liền khối với đế của tấm ép. Mô hình FEA nhiệt thường xuyên được thực hiện để đảm bảo rằng đường gân không gây ra bóng nhiệt độ không mong muốn. Bằng cách thay đổi chiều cao, khoảng cách và hướng của gân, các nhà thiết kế có thể đạt được sự cân bằng về độ lệch cơ học trong phạm vi dung sai và độ đồng nhất nhiệt trên bề mặt làm việc trong các tiêu chuẩn quy trình (ví dụ: ± 1 độ).

Cân nhắc về Vật liệu & Hỗ trợ
Vật liệu trục lăn có ảnh hưởng lớn đến độ lệch và thiết kế sườn. Gang (ví dụ: ASTM A48 Class 40) có khả năng giảm chấn và gia công cao nhưng có mô đun thấp hơn (100 đến 120 GPa) so với thép. Sắt dẻo có độ bền cao hơn (ASTM A536). Thép (A36, 4140) có mô đun 200 GPa do đó nó cứng gấp đôi gang đối với cùng một hình dạng nhưng nặng hơn và đắt hơn. Nhôm (E ~ 69 GPa) nhẹ hơn nhưng cần có sườn dày hơn nhiều để đạt được độ cứng tương tự như thép.

Đệm ép xác định lưới sườn thông qua khoảng cách của các giá đỡ. Các điểm hỗ trợ (thanh đẩy hoặc cột tăng cường) phải được đặt tại các điểm nối sườn để giảm thiểu mômen uốn giữa các giá đỡ. Đối với một tấm ép hình chữ nhật được đỡ ở các góc bằng bốn thanh chống, sự uốn cong tối đa diễn ra ở tâm. Có thể sử dụng một lưới đầy đủ hoặc gân chéo ở giữa-để giảm độ lệch.

Thiết kế kết cấu và nhiệt-: Tóm tắt quy trình
Đối với máy ép có trọng tải lớn, cần phải có thiết kế đồng{0}về cấu trúc và nhiệt chi tiết. Quy trình làm việc bình thường là:

Xác định các tham số của quá trình Áp lực kẹp. Kích thước tấm ép. Độ lệch cho phép (ví dụ:. 0.025 mm/m) Yêu cầu về độ đồng đều nhiệt độ (±1 độ )

Chọn vật liệu : thép để có độ cứng cao , sắt dẻo để đảm bảo chi phí / hiệu suất .

Bố trí sườn sơ bộ: Hướng dẫn áp suất định tính, chiều cao sườn, khoảng cách và mô hình lưới.

FEA kết cấu: Xác định độ võng cho tải trọng kẹp trong trường hợp xấu nhất. Nếu độ võng quá lớn thì tăng chiều cao của các gân hoặc giảm khoảng cách. Độ cứng tỷ lệ thuận với lập phương chiều cao của sườn nên sườn cao rất hiệu quả.

FEA nhiệt: mô hình truyền nhiệt qua trục lăn từ bộ gia nhiệt được cấy vào (hộp mực hoặc vật đúc{0}}). Xác định vị trí bóng nhiệt độ trên xương sườn. Đó là lý do tại sao bạn cần phải điều chỉnh lại các gân hoặc thêm bộ phận sưởi.

Nguyên mẫu hoặc sản xuất: kiểm tra độ phẳng và độ đồng đều nhiệt trên bàn thử nghiệm.

Kết luận: Trục lăn có gân: Phương pháp tiếp cận đầu tiên về kết cấu{0}}
Tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại sự biến dạng ở áp suất kẹp cao là gân bên trong. Nhưng nó phải được thi công song song với hệ thống nhiệt để đảm bảo tính đồng nhất. Giải pháp áp suất kẹp thiết kế sườn trục lăn gia nhiệt tốt mang lại độ phẳng trong khoảng 0,025 mm/m và sự thay đổi nhiệt độ dưới 2 độ trên bề mặt làm việc. Nếu không có các gân, trục lăn sẽ bị lệch quá nhiều hoặc trở thành một khối kim loại rắn có khả năng dẫn nhiệt kém.

Tấm sưởi lớn là thành phần cấu trúc thứ nhất, lò sưởi thứ hai. Áp suất kẹp xác định khung xương, hệ thống sưởi ấm sẽ cung cấp năng lượng đồng đều cho nó. Đối với các kỹ sư chỉ định thiết bị cho các ứng dụng cán, đúc hoặc ép, thiết kế có gân không phải là một lựa chọn khi áp suất vượt quá 20{4}}30 bar. Bí mật là một bố cục được tối ưu hóa, cứng cáp ở những nơi cần thiết và chỉ đổ bóng ở những nơi có thể chấp nhận được - một sự thỏa hiệp chỉ có thể được nhìn thấy thông qua mô hình hóa và thử nghiệm cẩn thận.