Посадка втулок сборного контейнера

Обновлено: 01.07.2024

При расчете принимается, что распределение напряжений от внутреннего давления в толще контейнера, состоящего из нескольких втулок, аналогично эпюре напряжений в толще сплошного контейнера.

Создание контейнера оптимальной конструкции в значительной степени зависит от правильности выбора посадочных диаметров. Критерием оценки правильности разбивки контейнера на слои служит так называемый коэффициент толстостенности, выражаемый для каждой втулки отношением наружного и внутреннего диаметров. При расчете указанных контейнеров эти коэффициенты составляют: для первой втулки от 1,24 до 1,36; для второй от 1,34 до 1,38; для третьей 1,34; для четвертой 1,38.

Таким образом, на посадочных диаметрах определяют напряжения оr и oт от давления прессования и от натягов.

Определение контактных давлений с подсчетом эквивалентных напряжений начинается с подбора контактного давления

между обоймой и блоком внутренних втулок. При выбранном контактном давлении между обоймой и блоком внутренних втулок определяют напряжения or, и oT от этого давления во внутренних втулках и в обойме; подсчитывают эквивалентные напряжения и сравнивают их с соответствующими допускаемыми напряжениями. Задавая определенное контактное давление между втулкой с обогревателем и блоком внутренних втулок, определяют эквивалентное напряжение во втулке с обогревателем. Подобную операцию проделывают с двумя внутренними втулками. Таким образом определяют все эквивалентные напряжения, которые позволяют судить о работоспособности контейнера.


Четырехслойная конструкция контейнеров позволяет найти оптимальные соотношения в размерах отверстий контейнеров, величин натягов и удельных давлений прессования для изготовления контейнеров с напряжением в материале в пределах 60— 78 кГ/мм 2 .

На рис. 91, а показана диаграмма распределения напряжений в четырехслойном контейнере пресса усилием 5000 Т с рабочим


отверстием 170X570 мм, из которой видно, что максимальные приведенные напряжения на внутренней поверхности рабочей втулки контейнера составляют 63,8 кГ/м 2 .

На рис. 91, б показана конструкция четырехслойного контейнера с рабочим отверстием 240x900 мм пресса усилием 12 000 Т

и диаграмма распределения напряжений, из которой видно, что максимальные приведенные напряжения на внутренней поверхности рабочей втулки контейнера составляют 61 кГ/мм 2 .

На рис. 92 показан момент горячей посадки наружной обоймы на собранные уже втулки контейнера пресса усилием 5000 Т.

Контейнер собирают следующим образом. На внутреннюю втулку контейнера производят посадку нагретой, в зависимости

для прессования и поддержание его температуры во время прессования осуществляются индукционным способом. Система нагревателей представляет собой набор медных стержней, расположенных в рабочей втулке контейнера, в ее наименее нагруженной части (рис. 94). Такое расположение нагревателей нерационально, так как наблюдается значительный температурный перепад по периметру очка втулки. Так, в процессе нагрева контейнера размером 300 X 1100 мм этот перепад достигает 110 град и уменьшается при работе до 60—80 град. Поэтому нагревательные стержни дополнительно располагают во второй втулке контейнера, с целью подогрева захоложенных боковых частей канала контейнера.


от размера натяга, очередной втулки. После посадки и остывания удаляют появляющийся эллипс, после чего фиксируют с помощью механической обработки установленный расчетом натяг. Затем очередную втулку, с соответствующим допуском по наружному диаметру, нагревают и соединяют с ранее собранной парой. После сборки контейнера отверстие во внутренней втулке искажается (рис. 93) за счет неравномерной деформации контейнера от натягов при горячей посадке. Искажения отверстия контейнера по малой оси достигают 2 мм на сторону и устраняются механической обработкой.

По отверстию контейнера подгоняют прессшайбу с зазором 0,55 мм по боковым радиусным сторонам с переходом до 1 мм к середине прессшайбы. Увеличенный зазор по середине прессшайбы дается с учетом искажения контейнера от внутренних напряжений в процессе его нагрева. Нагрев контейнера

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Базовыми поверхностями втулок и колец являются поса­дочные поверхности, а также их торцы. Одним из торцов эти детали сами базируются по торцам смежных деталей, второй то­рец служит базой для другой смежной детали (см. чертёж узла).

Посадки втулок должны иметь минимальный зазор или ми­нимальный натяг. Если выбор полей допусков отверстия и вала ничем не обусловлен, то наиболее подходящими посадками вту­лок на вал и в корпус являются Н7/jS6, H7/k6, H7/m6. Если же поля допусков валов и отверстий заданы в связи о уста­новкой соседних деталей, например, подшипников качения, зуб­чатых и червячных колес, приходится подбирать такие поля до­пусков отверстий или внешних диаметров втулок, чтобы зазоры или натяги были минимальны (см. П4 табл. 1).

Посадки колец на валу или в отверстии корпусов должны иметь зазор. Если выбор полей допусков отверстий и вала ничем не обусловлен, рекомендуется принимать посадки колец на вал H11/d11, H10/d10 или H9/d9. При высокой частоте вращения вала (n>1500 мин -1 ) в целях снижения возможного дисбаланса посадки колец на вал следует принимать H8/h8, H8/h7, H7/h6. Если поля допусков валов заданы в связи с установкой соседних деталей, например, зубчатого колеса, то для гарантии зазора между валом и кольцом поля допусков от­верстий колец следует принимать D11, D10 или D9.

Поле допуска наружного диаметра колец, установленных в отверстиях корпусов, во всех случаях следует принимать d11.

Часто кольцо размещают на посадочной поверхности для подшипников качения. В этом случае поле допуска на отверстие кольца назначают в зависимости от частоты вращения вала. Так, при частоте вращения вала меньше 1500 мин -1 поле допуска на отверстие кольца назначают D9, D10 или D11. При частоте вращения более 1500мин -1 принимают поля допусков Н9, Н10, Н11. Рекомендации по выбору посадок колец см. П4 табл. 2.

3.2 Выбор посадок для соединений “стакан - корпус”

3.3. Выбор посадок для соединений “крышки подшипников - корпус”

По конструкции крышки подшипников могут быть привёртными и закладными без или с отверстием для прохода вала.

Исходя из условий эксплуатации и сборки соединение буртика крышки подшипника с корпусом должно быть выполнено с зазором. В случае глухой крышки это соединение можно считать неответственным. Крышка со сквозным отверстием для выхода вала должна обрабатываться по более высокому квалитету, чем глухая, и более точно центрироваться. Это необходимо для обеспечения надёжной работы сальника или иного защитного уплотнения.

Поле допуска центрирующей поверхности (буртика) привёртной глухой крышки принимают согласно ГОСТ 18511-73 d11, a имеющей отверстие для прохода вала принимают по ГОСТ 18512-73 h8.

Поле допуска центрирующей поверхности закладных кры­шек любой конструкции в целях уплотнения против вытекания смазки принимают h8. Общим для всех закладных крышек являет­ся посадка выступа крышки в пазу корпуса, которую принимают H11/h11.

У крышек с отверстием для прохода вала поле допуска отверстия под уплотнение принимают H8.

Итоговые данные по выбору допусков посадок гладких цилиндрических соединений методом подобия оформить в виде таблицы.

Обозначение соединения на сбор. чертеже Наименование соединения Выбранная посадка Предельные отклонения и допуски, мкм Предельные зазоры и натяги, допуски посадок, мкм
отверстие вал
Es Ei TD es ei Td Smin Smax TS Nmin Nmax TN

В нашем примере

Соединение буртика крышки подшипника с корпусом должно быть выполнено с зазором. В случае глухой крышки это соединение можно считать неответственным. Крышка со сквозным отверстием должна обрабатываться по более высокому квалитету, чем глухая, и более точно центрироваться. Это необходимо для надежной работы сальника или иного защитного уплотнения ([1], 1т., стр.297…346).

Для крышки со сквозным отверстием посадка

Так как кольцо расположено на ответственном участке вала, то посадка его на вал зависит от посадки соседней детали на вал, поэтому выбираем посадку H7/h7. Посадка H7/h7 широко распространенная, предпочтительная по СТ СЭВ 144-75. Применяется в неподвижных соединениях, при высоких требованиях к точности центрирования часто разбираемых деталей: сменные шестерни на валах металлообрабатывающих станков, фрикционные муфты и установочные кольца на валах, фрезы на оправках; для деталей, которые должны легко передвигаться одна в другой при настройках и регулировках: шпиндельная головка шевинговального станка в станине, неразрезные кулачки на валах (положение кулачков на валу регулируется и фиксируется штифтом).

Выбор посадки производится из условия, чтобы при наименьшем натяге были обеспечены прочность соединения и передача нагрузки, а при наибольшем натяге – прочность деталей.

Посадку Н7/р6 является предпочтительной для данного типа посадок. Примеры: клапанные седла в гнездах при работе в условиях вибраций, втулки и кольца в корпусах, втулки и шестерни передней бабки токарных станков, установочные кольца на валах электродвигателей, грунд-буксы в корпусах сальников, уплотнительные кольца на валах для фиксации положения внутреннего кольца подшипника качения, зубчатые колеса на валах редукторов, канатных барабанов и других валах с дополнительным креплением шпонкой.

Итоговые данные по выбору посадок для гладких цилиндрических соединений методом подобия.

Экструзия алюминия – это процесс пластической деформации, в котором материал нагретой алюминиевой заготовки, обычно в виде круглого цилиндра, выдавливается из контейнера через отверстие матрицы. При этом площадь поперечного сечения этого отверстия намного меньше, чем у исходной заготовки (рисунок 1). Под воздействием усилия пресс-штемпеля заготовка взаимодействует с контейнером и матрицей таким образом, что во всем ее объеме возникают высокие сжимающие напряжения, которые подавляют образование трещин в материале литой заготовки при его пластическом течении через матрицу. В свою очередь, в прессовом инструменте – пресс-шайбе, контейнере и матрице – также возникают очень высокие напряжения [1].


Рисунок 1 – Принцип экструзии (прямое истечение) [1]

Контейнер экструзионного пресса

Контейнер является самой дорогой частью прессового инструмента экструзионного пресса (рисунок 2). Компоненты контейнера – корпус и внутренняя втулка, а часто, промежуточная средняя втулка – изготавливают из специальной теплостойкой инструментальной стали. Срок службы компонентов контейнера оказывает большое влияние на экономические характеристики пресса в целом. Корпус контейнера и его внутренняя втулка, а также, часто, еще одна, средняя, втулка (рисунок 3) должны иметь конструкцию и материалы, которые обеспечивают им длительный срок службы при высокой температуре и высоких циклических нагрузках при каждом цикле прессования.


Рисунок 2 – Контейнер экструзионного пресса компании Tecalex [2]


Рисунок 3 – Основные компоненты контейнера
современного экструзионного пресса (Tecalex) [2]

Напряжения в компонентах контейнера

Напряжения в компонентах контейнера имеют две составляющие:

  • напряжения от горячей посадки втулки при сборке контейнера и
  • напряжения, которые возникают в цикле прессования.

Пресс-штемпель экструзионного пресса и матрица подвергаются осевой нагрузке. Втулка контейнера несет осевую нагрузку из-за трения между заготовкой и контейнером. Кроме того, втулка (и, следовательно, контейнер в целом) испытывают термические напряжения, которые возникают при ее запрессовке и экструзии. Осевое усилие прессования вызывает очень высокие тангенциальные и радиальные напряжения во всей конструкции контейнера [3].

При оценке напряжений в компонентах контейнера обычно применяют метод упругого расчета напряженного состояния толстого цилиндра при его нагружении внутренним давлением. Предполагается осевая симметрия напряжений в контейнере, а также осевая симметрия распределения температуры вдоль всей его длины. Локальными термическими напряжениями, а также продольными напряжениями от сборки контейнера и трения между заготовкой и контейнером пренебрегают. Предполагается, что все материалы имеют одинаковый модуль упругости и все напряжения являются упругими.

Больше втулок – меньше напряжения

На рисунках 4 и 5 показаны расчетные напряжения в контейнере для двух типов контейнеров:

  • с одной внутренней втулкой (рисунок 4) и
  • со средней втулкой и внутренней втулкой (рисунок 5).

Оба контейнера имеют одинаковые внутренние и наружные диаметры, а также одинаковую нагрузку внутри контейнера – 63 кг/мм 2 .


Рисунок 4 – Контейнер с одной внутренней втулкой.
Максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу – 100 кг/мм 2 [2]


Рисунок 5 – Контейнер с внутренней и средней втулками.
Максимальное эквивалентное напряжение по Мизесу – 77 МПа [2]

Эти расчеты показывают, что применение двух втулок вместо одной дает существенное снижение напряжений на внутренней втулке контейнере. При этом напряжение на наружной стороне контейнера незначительно возрастает [3].

Контроль температуры контейнера

Чтобы минимизировать термические напряжения и предотвратить ослабление внутренней втулки контейнер и внутреннюю втулку нагревают до рабочей температуры в течение около 8 часов или даже больше с ограничением роста температуры до 50-60 ºС в час. В ходе прессования температура контейнера и внутренней втулки редко поднимается выше 450 ºС. Если элементы контейнера перегреваются, то происходит отпуск термически упрочненной стали, из которой они изготовлены, и снижение ее прочностных свойств, в том числе, твердости.

Резкий нагрев или охлаждение корпуса или втулки приведет к чрезмерным термическим напряжениям. Это может послужить причиной возникновения трещин в этих компонентах контейнера или сдвигу втулки. Чтобы минимизировать термические напряжения, необходимо контролировать температуру. Для этого минимизируют градиент (перепад) температуры в элементах контейнера.

При рассмотрении градиентов температуры в контейнере необходимо учитывать как радиальное, так и осевое распределение температуры.

Радиальное распределение температуры

Радиальное распределение имеет значительно более крутой градиент и поэтому его труднее контролировать. В процессе прессования внутреннее отверстие втулки неизбежно является самой горячей частью контейнера с температурой, которая приближается к температуре заготовки. Распределение температуры в рабочем контейнере имеет вид, который показан на рисунке 6.


Рисунок 6 – Радиальное распределение температуры в контейнере [3]

Внутри контейнера основным видом передачи тепла является теплопроводность. Температура наружной поверхности корпуса контейнера задает потери тепла за счет излучения. Температура внутренней поверхности втулки зависит от температуры заготовки и энергии, которая превращается в тепло в процессе прессования.

При нормальных условиях корпус контейнера обычно не бывает горячее втулки. Это может происходить, когда контрольная термопара расположена слишком далеко от нагревателей и втулка остывает. В этом случае полное давление главного плунжера может привести к разрушению втулки.

Осевое распределение температуры

Контроль за относительно небольшим осевым градиентом температуры в контейнере также является очень важным. График температуры по оси втулки имеет вид, показанный на рисунке 7.


Рисунок 7 – Осевое распределение температуры во втулке контейнера [3]

Потеря тепла от торцов контейнера приводит к тому, что в центре контейнер горячее, чем на концах. Кроме того, конец контейнера возле матрицы является более горячим, чем вход в контейнер, так как заготовка находится возле матрицы намного дольше, чем на входе в контейнер.

Система нагрева контейнера

Зачем нагревать контейнер

Регулирование температуры внутри контейнера является важным по нескольким причинам. Это не только снижает напряжения в контейнере и, тем самым, увеличивает его срок службы, но и также дает возможность повышать производительность и качество прессованной продукции.

Система нагрева контейнера выполняет две важные функции:

  • предварительный нагрев контейнера
  • поддержание температуры контейнера в ходе экструзии.

Однако, поскольку процесс прессования является источником большого количества тепла, то не требуется большого дополнительного нагрева для контейнера, а часто его не требуется вообще. В некоторых случаях для достижения оптимальных условий требуется только небольшой нагрев и/или охлаждение.

Однородная температура по оси контейнера

Поддержание постоянного распределения температуры в осевом направлении контейнера обычно требует только незначительных количеств энергии в отдельных участках внутри контейнера. Например, чтобы поддерживать однородное осевое распределение температуры, добавляют дополнительный нагрев на конце контейнера, который примыкает к матрице и на входе в контейнер. Поскольку различные концы контейнера имеют различную температуру, то система нагрева контейнера должна различать их и компенсировать это различие.

Отдельный нагрев верха и низа контейнера

Кроме того, может быть необходимым разделять нагрев между верхом и дном контейнера. Верхняя половина контейнера обычно всегда горячее, чем нижняя. Основным механизмом передачи тепла в этом случае является теплопроводность. Тем не менее, вследствие конвекции отбор тепла от нижней части контейнера может быть более высокими, от верхней его части. Поэтому система нагрева контейнера должна иметь возможность нагревать нижнюю часть контейнера независимо от верхней его части.

Подогрев контейнера перед работой пресса

Подогрев контейнера перед началом работы пресса, а также поддержание его температуры при остановке пресса может быть довольно сложным делом. Контейнер нужно подогревать, чтобы минимизировать термический удар, который возникает в начале прессования. Кроме того, контейнер нужно подогревать достаточно быстро и эффективно.

Многие старые контейнеры имели наружные нагреватели, которые подавали тепло с наружной стороны корпуса контейнера. Такой нагрев формирует распределение температуры, которое имеет вид, обратный тому, который возникает в ходе прессования: наружная поверхность контейнера является самой горячей, а внутренняя поверхность втулки – самой холодной. Такой тип нагрева и такой градиент температуры в корпусе контейнера и втулке является неприемлемым для прессования. Решением этой проблемы является размещение нагревателей ближе к центру контейнера, чтобы нагревать непосредственно втулку.

Картриджные нагревательные элементы

Картриджные нагревательные элементы дают возможность подавать тепло в заданное место внутри контейнера (рисунок 8). Они располагаются близко к втулке, что позволяет сократить время, которое требуется теплу для прогрева втулки до заданной температуры.



Рисунок 8 – Картриджные нагревательные элементы контейнера [2]

  1. Aluminum extrusion technology / Pradip K. Saha – ASM International, 2000 , Tecalex, 2017
  2. Thermal Control of the Extrusion Press Container / D. Van Dine, N. Gilada, P. Robbins, V.I. Johannes, S. Takagi, Aluminum Extrusion Technology Seminar, Chicago, 2004

  • ← Previous О роли трения между заготовкой и контейнером при экструзии алюминия
  • Алюминиевые сплавы: деформируемые и литейные Next →

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к конструкциям рабочих втулок контейнеров, и может быть использовано при горячем прессовании труб на горизонтальных прессах Цель изобретения - повышение качества получаемых изделий за счет уменьшения разнотолщинности их стенок путем использования слитков с наружным диаметром, соответствующим диаметру выходной ступени полости втулки контейнера. Повышается и эксплуатационная надежность устройства за счет исключения заклинивания переднего торца слитка в начале выходной ступени полости втулки Цель достигается за счет выполнения конического переходного участка между ступенями втулки с основаниями , плоскости которых наклонены к верхней части основания меньшего диаметра перпендикулярно продольной оси втулки. Для снижения трудоемкости механической обработки полости втулки переходной участок может быть выполнен в теле кольцевой вставки. Она устанавливается в конце входной ступени втулки. 1 з.п ф-лы 5 ил (Л С


Изобретение относится к обработке материалов давлением и может быть использовано при создании оборудования высокого давления для прессования


Изобретение относится к обработке давлением и может быть использовано при изготовлении контейнеров, крупногабаритных сосудов высокого давления и трубных станин прессов

Читайте также: