Пресс для банок на пневмоцилиндре: усилие, ход и расход воздуха

Краткий ответ: банку сминают вдоль оси, и усилие берут из испытаний на осевую нагрузку: у алюминиевой банки с толщиной стенки 95 мкм в лабораторных опытах оно составило около 1,03 кН (≈ 105 кгс). Дальше расчёт простой: F = p × A. С запасом 50 % нужно около 1,55 кН; это даёт цилиндр Ø63 серии SC при давлении около 0,56 МПа. Ход под банку высотой до 160 мм — 250 мм, расход воздуха на цикл — около 10,2 нл.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Какое усилие нужно, чтобы смять алюминиевую банку?

Банка выдерживает без складок только осевую нагрузку: стенка толщиной в доли миллиметра работает как тонкая труба, и при превышении предела она складывается гармошкой. Это испытание у производителей банок называют испытанием на осевую нагрузку. В открытом исследовании пустой банки со стенкой 95 мкм и лаковым слоем 5 мкм максимальная сила перед складыванием составила в среднем 1 031 Н (разброс ±24 Н по пяти повторам).

Эта цифра — ориентир, а не паспорт вашей банки. Разные заводы делают стенку тоньше или толще, а по численной модели из того же исследования прибавка в 10 мкм по стенке поднимает силу складывания на 116 Н, то есть примерно на десятую долю от всей нагрузки. Ещё одна оговорка: 1,03 кН — пик перед первой складкой. Сколько нужно в конце хода, когда дожимаются дно и сложенные слои, в исследовании не измеряли. Поэтому усилие берут с запасом, а пробой проверяют на своих банках, например прессом с динамометром.

Сминание банки поперёк, на боку, требует заметно меньшей силы, но равномерно её не сплющить: банка уходит из-под плиты. Поэтому ставят банку вертикально и сжимают вдоль оси, а плиту делают с центрирующим углублением.

Как перейти от усилия к диаметру цилиндра?

Усилие на штоке — произведение давления на площадь поршня: F = p × A. При 0,6 МПа теоретическое усилие толкающего хода цилиндра Ø50 — 1 178 Н, Ø63 — 1 870 Н, Ø80 — 3 016 Н. Трение уменьшает эти значения; для расчёта возьмём КПД цилиндра 0,9.

1. Усилие по испытаниям. Fбанки = 1,03 кН.
2. Запас. × 1,5 ≈ 1,55 кН.
3. Диаметр. Ø50 при 0,6 МПа с КПД 0,9 даёт 1,06 кН — мало. Ø63 при 0,6 МПа даёт 1,68 кН — достаточно. Ø80 избыточен: больше воздуха и места без выигрыша.
4. Рабочее давление. p = 1 547 / (3 117 × 0,9) ≈ 0,55 МПа; с округлением вверх берём 0,56 МПа — ниже предела 0,8 МПа по каталогу завода.

Как посчитать ход и расход воздуха на реальном артикуле?

Исходные данные: цилиндр SC-63-250, 29 040 ₸, Ø63, ход 250 мм, давление 0,56 МПа. Ход складывается из высоты банки и зазора для укладки: при банке высотой до 160 мм остаётся 90 мм на то, чтобы спокойно вставить банку и убрать плиту. Высоту банки возьмите со своей тары: у узкой банки 0,355 л печатная высота по справочнику Ball 150 мм, а полная выше; банки 0,5 л выше узкой 0,355 л, их меряют отдельно — ход 250 мм оставляет запас и для них.

1. Площадь. A = π × 63² / 4 ≈ 3 117 мм².
2. Усилие при 0,56 МПа. 3 117 × 0,56 × 0,9 ≈ 1 571 Н — выше 1 547 Н нужных.
3. Расход на цикл. V = (π·D²/4) × S × 2 × (P + 1,013)/1,013 × 10⁻⁶ = 3 117 × 250 × 2 × (5,6 + 1,013)/1,013 × 10⁻⁶ ≈ 10,2 нл. Это верхняя оценка: в формуле не вычтен объём штока.
4. Производительность. Цикл — подача банки, ход вниз, ход вверх, снятие — примем 6 с: это 600 банок в час, а расход воздуха около 102 нл/мин (10,2 × 10 циклов в минуту). Значение пересчитайте под ваш темп.

Для другого темпа или диаметра посчитайте усилие и скорость в калькуляторах усилия цилиндра и скорости цилиндра.

Что поставить рядом с цилиндром в пневмолинии?

Усилие задаёт давление, поэтому нужен регулятор с манометром: ARG, от 20 520 ₸. Его диапазон 0,1–0,85 МПа покрывает 0,56 МПа. Воздух в цилиндре SC фильтруют до 40 мкм, поэтому на вводе ставят фильтр-регулятор AW, от 6 360 ₸. Подвод и возврат ведёт пятилинейный распределитель 4V210-08, например 4V210-08-DC24V, 7 200 ₸; резьба портов — внутренняя G, 4V210-08 — G1/4. Скорость хода настраивают дросселями AS на портах цилиндра, с дросселированием на выпуск, от 1 080 ₸. Шум сброса убирает глушитель PSL, от 180 ₸.

Расчёт расхода на линию целиком разобран в статье про расход воздуха пневмосистемы; смежные задачи — пресс для люверсов и пресс для клёпки и пробивки.

Что учесть в конструкции пресса?

• Ровный подвод. Плита должна встать на банку без удара: подвод настраивают дросселями.
• Центровка. Банка встаёт в направляющую или углубление по оси штока: перекос даёт складку набок и банку, выскакивающую из-под плиты.
• Упор по высоте. Жёсткий упор ограничивает ход, когда банка уже сплющена; иначе плита бьёт по основанию.
• Боковая нагрузка. Плита должна идти по направляющим: шток цилиндра не рассчитан на поперечную силу от смещённой банки.
• Защита рук. Руки в зоне плиты — это риск раздавливания. Нужны ограждение, закрытая зона загрузки и пуск двумя руками: двуручное управление типа III по ISO 13851:2019 требует нажатия обеих кнопок с разбежкой не более 0,5 с.

Когда хватит пневмоцилиндра, а когда нужна гидравлика?

Пневмоцилиндр с ходом 250 мм справляется с бытовой и малой сдачей: десятки и сотни банок в час, давление 0,56 МПа от обычного компрессора. Если банки нужно прессовать тоннами в смену, сплющивать брикеты или давить банки вместе с другим металлом, нужны гидравлический пресс и мощная силовая часть: пневмоцилиндр здесь по усилию и по расходу воздуха становится непрактичным.

Типичные ошибки

• Усилие «на глаз». Начинайте с силы складывания банки (около 1 кН) и добавляйте запас, а не берите цилиндр «побольше».
• Цилиндр «впритык». Ø50 даёт около 1,06 кН с учётом трения: на толстой банке он не сложит стенку.
• Сеть 10 бар напрямую. Давление определяет усилие и скорость: регулятор обязателен.
• Банка без направляющей. Смещённая банка складывается набок, а плита получает боковую нагрузку.
• Открытая зона плиты. Пресс, в зону которого могут попасть руки, нужно ограждать; соответствие требованиям безопасности подтверждается отдельной оценкой рисков, эту статью заменой ей считать нельзя.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры;
• Регуляторы давления AR;
• Калькулятор усилия цилиндра;
• Калькулятор скорости цилиндра.

Частые вопросы

Какое усилие нужно, чтобы смять алюминиевую банку?

Вдоль оси банка с толщиной стенки 95 мкм складывается при силе около 1,03 кН (105 кгс) по лабораторным опытам; для пресса берут запас, в примере 50 % — около 1,55 кН.

Какой цилиндр взять для пресса под банки?

По формуле F = p × A: нужное усилие с запасом делят на давление и КПД. В примере подошёл Ø63 серии SC при давлении около 0,56 МПа.

Какой ход нужен?

Высота банки плюс зазор для укладки и снятия. Для банки до 160 мм в примере взят ход 250 мм.

Сколько воздуха расходует пресс?

Для Ø63 и хода 250 мм при 0,56 МПа около 10,2 нл на цикл по верхней оценке; при 10 циклах в минуту около 102 нл/мин.

Можно ли так сплющивать пластиковые бутылки?

Усилие и ход считают так же, но исходные данные другие: нужна сила сжатия именно вашей бутылки, а ход больше, потому что бутылка выше банки. Цифры для банки на бутылки не переносите.

Когда нужна гидравлика вместо пневматики?

Когда банки прессуют большими объёмами или вместе с другим металлом: усилие и расход воздуха становятся неоправданными для пневмоцилиндра.