كيفية تحديد الحاجة إلى أضلاع تقوية داخلية في لوح التسخين بناءً على ضغط التثبيت؟
ترك رسالة
إذا لم يتم دعمها بشكل كافٍ، تنحني لوحة التسخين الضخمة مثل الترامبولين تحت 500 طن من قوة الضغط، مما يؤدي إلى سحق حواف الجزء وتجويع مركز الضغط. تشبه الأضلاع الداخلية الهيكل العظمي، حيث تحافظ على استواء الجسم تحت ضغط كبير. يمكن أن تتعرض المكابس ذات الحمولة العالية للتصفيح أو التشكيل المركب أو الفلكنة المطاطية بسهولة لضغوط تثبيت تتجاوز ما يمكن أن تتحمله اللوحة الصلبة المسطحة هيكليًا على سطح اللوحة. أحد القرارات الفنية الكبيرة هو ما إذا كانت هناك حاجة لأضلاع التسليح الداخلية أم لا وما هو التكوين الذي ينبغي أن تكون عليه. هذه مقايضة بين الصلابة الميكانيكية والتجانس الحراري.
التحدي الهيكلي: الانحناء تحت قوة التثبيت
يؤثر الامتداد غير المدعم، والسمك، وصلابة المادة (معامل يونج) وتوزيع الضغط المطبق على اللوح على انحراف اللوح. يزداد الانحراف كلما كان المكعب ذو الطول غير المدعم ويقلل مثل مكعب سمك اللوحة عند ضغط تثبيت معين. إن الصفيحة الصلبة السميكة بدرجة كافية لمقاومة الانحراف بدون أضلاع تصبح ثقيلة جدًا بحيث لا تكون عملية، ومكلفة للغاية في البناء، وبطيئة جدًا في التسخين. غالبًا ما يكون لألواح التصفيح والقولبة الدقيقة حدود انحراف ضيقة بشكل مثير للدهشة، مع 0.025 مم على 1 متر (0.001 بوصة لكل قدم) وهو متطلب شائع. إذا تم تجاوز هذا الحد، فسيكون سمك المنتج غير-موحدًا، وستكون الرابطة غير مكتملة أو مضغوطة الحواف أكثر من اللازم.
يتم صب الشبكات المعدنية السميكة داخليًا (تسمى الأضلاع) أو تشكيلها في الجزء الخلفي (-الجانب العامل) من اللوحة لمنع الانحراف دون جعل اللوحة سميكة للغاية. تعمل هذه الأضلاع كحزم تعمل على تقوية اللوحة عن طريق رفع عزم القصور الذاتي دون إضافة كتلة إلى الوجه العامل. يتم تحديد ضرورة مثل هذه الأضلاع في الغالب من خلال ثلاث عوامل: حجم ضغط التثبيت، وامتداد الصوانى، والانحراف المسموح به.
ضغط التثبيت ودور تصميم ضلع التسخين في تقييم ضغط التثبيت
إن ضغط التثبيت بتصميم ضلع لوح التسخين هو كلمة تجسد حلقة التصميم الرئيسية: يحدد ضغط التثبيت المطبق شكل الضلع المطلوب وتؤثر هندسة الضلع على السلوك الحراري للصوانى. تتضمن عملية اتخاذ القرار في الواقع سلسلة من العمليات الكمية والنوعية.
حدود الصلابة والانحراف
تتحكم لحظة القصور الذاتي في الصلابة النسبية للوحة المضلعة للوحة الصلبة. بالنسبة للضلع، يزداد عزم القصور الذاتي بمقدار ℎ3h3 لارتفاع ℎh فوق صفيحة القاعدة. وبالتالي فإن الضلع الذي يبلغ طوله ضعف طوله لديه 8 أضعاف صلابة الانحناء. وهذا يجعل الأضلاع الضيقة العالية أكثر فعالية بكثير من لوحة ذات سمك ثابت. ومع ذلك، توفر الأضلاع كتلة حرارية ومسارات تدفق الحرارة التي يمكن أن تسبب عدم تجانس درجة الحرارة على سطح العمل.
الدليل النوعي عن طريق الضغط لقط
توفر النصيحة التالية قاعدة أساسية حول ما إذا كانت الأضلاع الداخلية ضرورية لصفيحة فولاذية قياسية (امتداد ~ 1 متر، سمك ~ 50-100 مم). العتبات الفعلية تعتمد على الأشكال الهندسية والمادية.
قوة التثبيت (بار) التطبيق النموذجي توصية التضليع 10 بار (منخفض) مكابس المختبر، التصفيح الخفيف قد يكون كافيًا لوح صلب ومسطح. الانحراف طفيف.
10-30 بار (متوسط)توحيد المطاط، المواد المركبة يقترح وجود أضلاع طولية أو عرضية بسيطة. تباعد 200-300 ملم.
30-50 بار (متوسط مرتفع) الضغط الصناعي، تصفيح ثنائي الفينيل متعدد الكلور يحتاج إلى أضلاع شبكية متعامدة (تصميم الوافل). ارتفاع الضلع 2-3 مرات سمك القاعدة . 50 بار (عالي) تشكيل المعدن الثقيل، الدمج عالي القوة، تحتاج أضلاع الشبكة العميقة. ارتفاع الأضلاع 4 إلى 6 أضعاف سمك القاعدة. مطلوب تحليل العناصر المحدودة (FEA).
غالبًا ما تتجاوز ضغوط التثبيت في مكابس الختم والتصفيح الثقيلة 100 بار. سيتطلب الأمر أن يكون سمك الصفيحة الصلبة بدون أضلاع 300 مم لتحقيق تسطيح قدره 0.025 مم/م تحت هذه الضغوط، وهو أمر غير فعال حرارياً وغير مجد اقتصاديًا. تعمل الأضلاع الداخلية على تقليل السمك المطلوب لوجه العمل إلى 40-60 مم مع الحفاظ على الصلابة العامة.
تأثير الظل: العقوبات الحرارية للتضليع
توفر الأضلاع دعمًا ميكانيكيًا ولكن على حساب عقوبة حرارية. تعمل الأضلاع كأسطح موسعة (زعانف) لزيادة فقدان الحرارة المحلي إلى البيئة المحيطة أو إلى دعامات الضغط وبالتالي إبعاد الحرارة عن منطقة العمل. يؤدي هذا إلى ظهور خطوط أكثر برودة قليلاً، أو "ظلال حرارية"، على الوجه الأمامي فوق كل ضلع مباشرةً. اعتمادًا على هندسة الضلع، وموضع مصدر التسخين والعزل، يختلف اختلاف درجة الحرارة من 0.5 درجة إلى 3 درجات.
لذلك يجب تحسين ضغط التثبيت فيما يتعلق بتصميم ضلع لوح التسخين بحيث تقع الأضلاع فقط في الأماكن الضرورية ماديًا، وتتماشى مع نقاط دعم مسند الضغط، وإذا أمكن، ليس مباشرة تحت مناطق التسخين المهمة. غالبًا ما يكون الظهر منقوشًا مثل كعكة الوافل، وهي شبكة من الأضلاع المتعامدة التي تشكل خلايا مربعة أو مستطيلة. يتم صب الأضلاع بشكل متكامل أو تشكيلها بقاعدة الصفيحة. يتم إجراء نمذجة FEA الحرارية بشكل متكرر للتأكد من أن التضليع لا يسبب ظلال درجة حرارة غير مرغوب فيها. من خلال تغيير ارتفاع الضلع، والتباعد والاتجاه، يمكن للمصممين تحقيق توازن الانحراف الميكانيكي ضمن التسامح والتجانس الحراري على سطح العمل ضمن معايير العملية (على سبيل المثال ±1 درجة).
المواد واعتبارات الدعم
مادة الصوانى لها تأثير كبير على الانحراف وتصميم الضلع. يتميز الحديد الزهر (على سبيل المثال ASTM A48 Class 40) بقدرة عالية على التخميد وقابلية التشغيل الآلي ولكن لديه معامل أقل (100 إلى 120 جيجا باسكال) من الفولاذ. حديد الدكتايل عالي القوة (ASTM A536). يمتلك الفولاذ (A36، 4140) معاملًا يبلغ 200 جيجا باسكال، وبالتالي فهو أقوى بمرتين من الحديد الزهر لنفس الشكل الهندسي ولكنه أثقل وأكثر تكلفة. الألومنيوم (E ~ 69 GPa) أخف وزنًا، ولكنه يتطلب أضلاعًا أكثر سمكًا لتحقيق نفس صلابة الفولاذ.
يحدد المسند الصحفي شبكة الضلع عبر تباعد الدعامات. يجب وضع نقاط الدعم (-قضبان الدفع أو أعمدة الدعم) عند معابر الأضلاع لتقليل لحظات الانحناء بين الدعامات. بالنسبة للصفيحة المستطيلة المدعومة عند الزوايا بأربع دعامات، فإن الحد الأقصى للانحناء يحدث فوق المركز. يمكن استخدام شبكة كاملة أو ضلع متقاطع مركزي- لتقليل الانحراف.
التصميم الهيكلي والحراري-: ملخص العملية
بالنسبة للمكابس ذات الحمولة الكبيرة، يلزم توفر تصميم مشترك هيكلي وحراري مفصل-. سير العمل الطبيعي هو:
تحديد معلمات العملية. ضغط لقط. أبعاد الصوانى. الانحراف المسموح به (على سبيل المثال . 0.025 مم/م) متطلبات توحيد درجة الحرارة (±1 درجة)
اختر المادة: الفولاذ من أجل الصلابة العالية، والحديد المرن من أجل التكلفة/الأداء.
تخطيط الضلع الأولي: توجيه الضغط النوعي، ارتفاع الضلع، التباعد ونمط الشبكة.
FEA الهيكلي: تحديد الانحراف لأسوأ حمل تثبيت. إذا كان الانحراف كبيرًا جدًا، قم بزيادة ارتفاع الأضلاع أو تقليل المسافات. تتناسب الصلابة مع مكعب ارتفاع الضلع، وبالتالي فإن الأضلاع الطويلة فعالة جدًا.
FEA الحراري: نموذج لنقل الحرارة عبر الصفيحة من السخانات المزروعة (خرطوشة أو - مصبوبة). تحديد موقع ظلال درجة الحرارة على الأضلاع. لهذا السبب تحتاج إلى ضبط الأضلاع أو إضافة سخانات.
النموذج الأولي أو الإنتاج: فحص التسطيح والتجانس الحراري على منصة الاختبار.
الاستنتاج: الصفائح المضلعة: النهج الهيكلي-الأول
خط الدفاع الأول ضد الانحراف عند ضغط التثبيت العالي هو التضليع الداخلي. ولكن يجب أن يتم بناؤه بالتوازي مع النظام الحراري لضمان التجانس. إن محلول ضغط التثبيت ذو تصميم ضلع التسخين الجيد يؤدي إلى تسطيح يصل إلى 0.025 مم / م وتغير في درجة الحرارة أقل من 2 درجة على سطح العمل. بدون الأضلاع، إما أن تنحرف اللوحة كثيرًا، أو تكون كتلة صلبة من المعدن ذات توصيل حراري سيئ.
ألواح التسخين الكبيرة هي العناصر الهيكلية الأولى، والسخانات الثانية. يحدد ضغط التثبيت الهيكل العظمي، ويملأه نظام التسخين بطاقة موحدة. بالنسبة للمهندسين الذين يقومون بتحديد معدات لتطبيقات التصفيح أو القولبة أو الضغط، فإن التصميم المضلع ليس خيارًا متاحًا عندما تتجاوز الضغوط 20-30 بار. السر هو التصميم الأمثل الذي يصبح أكثر صلابة عند الضرورة ويظلل فقط عندما يكون ذلك مقبولاً - وهو حل وسط لا يمكن رؤيته إلا من خلال النمذجة والاختبار الدقيقين.
