Пресс для стружки на пневмогидравлическом цилиндре: усилие

Откуда берётся давление прессования стружки?

Давление зависит от металла, формы стружки и нужной плотности брикета, и единого числа «для стружки» нет. Для алюминиевой стружки есть прямая оценка: чтобы получить относительную плотность брикета 70–80 %, давление брикетирования должно быть не ниже 80–100 МПа. Чем прочнее металл стружки, тем большее давление нужно для той же плотности брикета, поэтому цифру для алюминия нельзя переносить на сталь.

Подобрать и купить пневмоцилиндры в каталоге →

Для стальной и чугунной стружки цифры выше. В опыте белорусских металлургов смесь стальной стружки и шлифовального шлама с жидким стеклом, нагретую до 700 °C, прессовали под давлением 350 МПа в брикет диаметром 150 мм и высотой 70–80 мм на прессе Б6238. Там же отмечено, что при горячем прессовании давление снижается в 2,8–4,8 раза по сравнению с холодным: то есть холодное брикетирование стальной стружки требует ещё большего давления. Поэтому в расчёте ниже для стали мы берём 350 МПа только как порядок величины и не выдаём за норму.

Если вам нужен брикет из опилок и биомассы, это другая задача с заметно меньшим давлением; о ней мы писали в статье пресс для топливных брикетов своими руками. Здесь речь о металле и о честной границе применения пневмогидравлического привода.

Как посчитать усилие?

F = p × A, где A = π × d² / 4 — площадь поршня-пуансона пресс-формы (площадь брикета). Эту силу даёт привод на последних миллиметрах уплотнения. Трение стружки о стенки стакана и силу выталкивания брикета расчёт не учитывает, поэтому берут запас. Коэффициент 1,3 — наш инженерный выбор, уточняется пробной прессовкой вашей стружки.

листайте таблицу вбок →

1 кН ≈ 102 кгс. Строки до Ø50 — расчёт по формуле, площадь — по диаметру брикета.

Пример: брикет Ø30 мм из алюминиевой стружки

Допущения: диаметр пресс-формы 30 мм, давление прессования 100 МПа (верхний край оценки «не ниже 80–100 МПа»), сеть 10 бар подают через регулятор.

1. Площадь. A = π × 0,030² / 4 ≈ 7,07·10⁻⁴ м² = 7,07 см².
2. Усилие. F = 100·10⁶ × 7,07·10⁻⁴ ≈ 70 700 Н ≈ 70,7 кН ≈ 7 200 кгс.
3. Запас 1,3. 70,7 × 1,3 ≈ 91,9 кН ≈ 9 370 кгс.
4. Усилитель. По таблице усилий SNS для серии MPTF усилие исполнения Ø100 10T F = K × p, K = 1 560 кгс на 1 кгс/см² давления воздуха; для MPT и MPTD это оценка, своей таблицы усилий у них в каталоге нет. Нужное давление: 9 370 / 1 560 ≈ 6,0 кгс/см² ≈ 0,59 МПа. Это внутри рабочего диапазона наших серий 0,2–0,8 МПа.

Хватит ли обычного цилиндра или нужен усилитель?

Обычный цилиндр при 0,6 МПа даёт Ø63 — 1 870 Н, Ø100 — 4 712 Н, Ø125 — около 7 360 Н, Ø160 — около 12 060 Н. Нужные 92 кН дал бы цилиндр диаметром около 440 мм (при 0,6 МПа). Даже крупный SC-160-100, 124 380 ₸, даёт в разы меньше. Поэтому для давления в сотни мегапаскалей берут газогидравлический усилитель: воздух двигает поршень, масло в малом цилиндре работает под высоким давлением, и усилие на коротком ходе растёт в разы.

Подойдёт MPT-100-1~100, 583 740 ₸ — исполнение Ø100 на 10 т, ход 1–100 мм (прайс WAALPC, стр. 102). Если стружка разной насыпной высоты и ход приходится менять, удобнее MPTD-100-1~100, 648 600 ₸, с регулируемым полным ходом. Когда важен быстрый подвод, смотрите MPTF-100-1, 928 620 ₸: в нём есть дополнительный цилиндр быстрого подвода, а «примерно на 30 % быстрее» — заявление производителей. Различия серий разобраны в статье отличия MPTF от MPT. Исполнение по усилию (10T) в артикуле не кодируется, его называют при заказе.

Важное ограничение — ход усиления. У серии MPT в прайсе WAALPC исполнения обозначены «5-20-…T» (ход усиления до 20 мм), то есть полное усилие есть только на последних миллиметрах. Для стружки это работает: основной ход цилиндр проходит быстро и сминает насыпной столб до сопротивления, а на конечных миллиметрах идёт доуплотнение. Высоту засыпки и степень усадки считайте по своей стружке пробой: их у нас нет в источнике, и подставлять чужие числа нельзя.

Честная граница: где заканчивается наш привод

Возьмём сталь. При 350 МПа брикет Ø20 мм требует 110 кН, с запасом 1,3 — 143 кН (≈14 580 кгс). Это Ø125 15T: 14 580 / 2 560 ≈ 5,7 кгс/см² ≈ 0,56 МПа (K по таблице SNS MPTF, для MPT — оценка). Подходит MPT-125-1~100, 707 520 ₸, в исполнении 15T.

Но брикет Ø30 мм из стальной стружки при тех же 350 МПа уже требует 247 кН, с запасом — около 322 кН (≈32 800 кгс): больше, чем даёт Ø125 20T даже при 0,7 МПа (24 500 кгс по таблице SNS MPTF). Остаются Ø150 25T и Ø160 30T и 40T, например MPT-160-1~100, 1 591 800 ₸, но таблицы усилий для этих исполнений в нашем источнике нет, а промышленные брикеты Ø150 мм требуют около 630 тс при 350 МПа — в 16 раз больше самого мощного исполнения 40T. Это территория гидравлических прессов, и мы не предлагаем подменять их пневмоусилителем. Наш привод разумен для малосерийных задач: лабораторные пробы, брикеты небольшого диаметра из алюминия, латуни, цветных сплавов, пробные партии, ручной пост для участка.

Пневмоавтоматика и безопасность

Давление задаёт регулятор с манометром, наш ARG (цена от 20 520 ₸): для каждой стружки записывают свою настройку. Подвод и возврат ведёт распределитель 5/2 серии 4V, от 4 920 ₸; узел усиления включает 3/2 3V, от 3 600 ₸, когда стружка уже сжата. Дроссель с обратным клапаном AS, от 1 080 ₸, на портах цилиндра на выпуск делает подвод плавным; выхлоп гасит глушитель PSL, от 180 ₸. Присоединительная резьба внутренняя: у регулятора ARG — G, у распределителя 4V по умолчанию PT, резьба G заказывается кодом. Максимальное давление у 4V — 0,8 МПа, у ARG — 0,85 МПа, поэтому сеть 10 бар напрямую не подают.

Стружка острая и часто в масле СОЖ. Зона пуансона должна быть ограждена, пуск — двумя кнопками одновременно, перчатки при засыпке — обязательны. Поведение цилиндра при пропадании воздуха определяйте заранее и проверяйте на стенде, а стружку с СОЖ собирайте в поддон.

Типичные ошибки

• Берут давление «как для опилок». Для металла оно заметно выше: сначала цифра по материалу, потом цилиндр.
• Считают без запаса. Трение о стенки стакана и выталкивание брикета в расчёт не входят.
• Путают усилие привода и давление на стружку. Одна и та же сила на меньшей площади даёт большее давление: уменьшение диаметра пресс-формы в 2 раза поднимает давление в 4 раза.
• Берут стальную стружку и привод «как для алюминия». Давление в источниках отличается в несколько раз.
• Нет регулятора. Рабочий предел наших серий — 0,8 МПа, сеть 10 бар подавать нельзя.
• Ждут промышленной производительности. Пневмоусилитель — малосерийный пост, а не линия утилизации стружки.

Рубрики каталога

• Пневмоприводы — цилиндры и усилители;
• Пневмоцилиндр SC — обычный цилиндр большого диаметра;
• Калькулятор усилия цилиндра.

Частые вопросы

Какое давление нужно для брикетирования металлической стружки?

Зависит от металла. Для алюминиевой стружки — не менее 80–100 МПа при относительной плотности брикета 70–80 %; для стали и чугуна — сотни МПа (в опыте с горячей смесью — 350 МПа).

Как посчитать усилие пресса для стружки?

F = p × A: давление прессования умножить на площадь брикета. Для Ø30 мм при 100 МПа это около 70,7 кН; берут запас, например 1,3.

Хватит ли пневмоцилиндра?

Обычный цилиндр при 0,6 МПа даёт до 12 кН у Ø160. Для брикета Ø30 мм нужно около 92 кН, поэтому ставят газогидравлический усилитель.

Можно ли на усилителе брикетировать сталь?

Малые брикеты (порядка Ø20 мм) в пределах возможностей усилителя Ø125 15T; промышленное брикетирование стали — это гидравлика.

Чем отличается брикетирование металла от опилок?

Давлением: у металла оно заметно выше, поэтому нужен усилитель и жёсткая пресс-форма.

Какое давление воздуха подавать?

Рабочий диапазон наших серий усилителей — 0,2–0,8 МПа; таблица усилий в каталоге доведена до 0,7 МПа. Сеть 10 бар подают через регулятор.