Како одредити потребу за унутрашњим ојачавајућим ребрима у грејној плочи на основу притиска стезања?

Ако није адекватно подупрта, огромна грејна плоча се савија као трамполин под снагом притиска од 500 тона, ломећи ивице дела и изгладњујући центар притиска. Унутрашња ребра су попут скелета, одржавајући равност под великим оптерећењем. Пресе велике тонаже за ламинирање, формирање композита или вулканизацију гуме могу се лако подвргнути притисцима стезања који су већи од онога што чврста, равна плоча може структурално да издржи преко површине плоче. Једна од великих техничких одлука је да ли су потребна унутрашња арматурна ребра и какве конфигурације треба да буду. Ово је компромис између механичке крутости и термичке хомогености.

Структурални изазов: савијање под силом стезања
Распон без ослонца, дебљина, крутост материјала (Јангов модул) и расподела притиска примењеног на плочу утичу на отклон плоче. Прогиб се повећава као коцка дужине без ослонца и смањује се као коцка дебљине плоче за дати притисак стезања. Чврста плоча која је довољно дебела да издржи скретање без ребара постаје претешка да би била практична, прескупа за израду и преспора за загревање. Плоче за ламинирање и прецизне калупе често имају невероватно уске границе угиба, са 0,025 мм преко 1 метра (0,001 инча по стопи) уобичајеним захтевом. Ако је ово ограничење прекорачено, дебљина производа неће бити-уједначена, веза ће бити непотпуна или ће ивице бити превише компримоване.

Металне мреже које су изнутра дебеле (зване ребра) изливају се или машински обрађују на задњој страни (-нерадне стране) плоче како би се спречило скретање, а да плоча не буде превише дебела. Ова ребра функционишу као греде које укрућују плочу подизањем момента инерције без додавања масе на радну површину. Потреба за оваквим ребрима је углавном условљена три параметра: величином притиска стезања, распоном плоче и дозвољеним отклоном.

Притисак стезања и улога дизајна ребра плоче за грејање у процени притиска стезања
Притисак стезања ребра плоче за грејање је реч која обухвата главну петљу дизајна: примењени притисак стезања одређује потребан облик ребра, а геометрија ребра утиче на термичко понашање плоче. Процес одлучивања заправо укључује низ процеса, и квантитативних и квалитативних.

Границе крутости и скретања
Момент инерције одређује релативну крутост ребрасте плоче у односу на чврсту плочу. За ребро, момент инерције расте са ℎ3х3 за висину ℎх изнад основне плоче. Тако дупло више ребро има 8 пута већу крутост при савијању. Ово чини висока уска ребра далеко ефикаснија од плоче константне дебљине. Међутим, ребра обезбеђују путеве топлотне масе и топлотног тока који могу проузроковати температурне неуједначености-на радној површини.

Квалитативни водич преко притиска стезања
Следећи савет даје правило о томе да ли су унутрашња ребра неопходна за стандардну челичну плочу (распон ~1 м, дебљина ~50-100 мм). Стварни прагови зависе од геометрије и материјала.

Сила стезања (бар) Типична примена Ребра Препорука 10 бара (низак) Лабораторијске пресе, лагано ламинирање Може бити довољно чврста, равна плоча. Отклон је незнатан.
10-30 бара (мед) Консолидација гуме, композита Предлаже се једноставна уздужна или попречна ребра. Размак 200–300 мм.
30-50 бара (средње високо) Индустријско пресовање, ламинација ПЦБ-а Потребна ортогонална решеткаста ребра (дизајн вафла). Висина ребра 2-3 пута дебљина основе. 50 шипка (висока)Тешко штанцање Формирање метала Консолидација велике силе Потребна су дубока ребра решетке. Висина ребара 4 до 6 пута дебљине основе. Потребна је анализа коначних елемената (ФЕА).
Притисци стезања у тешким пресама за штанцање и ламинирање често прелазе 100 бара. За постизање равности од 0,025 мм/м под овим напонима била би потребна чврста плоча без ребара дебљине 300 мм, што је термички неефикасно и економски неизводљиво. Унутрашња ребра смањују потребну дебљину радне површине на 40-60 мм уз очување опште крутости.

Ефекат сенке: топлотне казне ребра
Ребра пружају механичку подршку, али по цену термичке казне. Ребра функционишу као проширене површине (ребра) да повећају локални губитак топлоте у околину или на носаче пресе и на тај начин одводе топлоту из радног простора. Ово узрокује мало хладније пруге, или 'термалне сенке', на предњој страни непосредно изнад сваког ребра. У зависности од геометрије ребра, положаја извора грејања и изолације, температурна разлика варира од 0,5 степена до 3 степена.

Притисак стезања треба стога оптимизовати у погледу дизајна ребра грејне плоче тако да ребра буду смештена само тамо где су физички неопходна, поравната са тачкама потпоре носача преса, и ако је могуће, не директно испод важних зона грејања. Полеђина је често обликована као вафла, мрежа ортогоналних ребара која стварају квадратне или правоугаоне ћелије. Ребра су интегрално ливена или обрађена са основом плоче. Термичко ФЕА моделирање се често изводи како би се осигурало да ребра не изазивају нежељене температурне сенке. Променом висине ребара, размака и оријентације, дизајнери могу постићи равнотежу механичког отклона у оквиру толеранције и топлотне хомогености на радној површини у оквиру стандарда процеса (нпр. ±1 степен).

Разматрање материјала и подршке
Материјал плоче има велики утицај на отклон и дизајн ребара. Ливено гвожђе (нпр. АСТМ А48 класа 40) има високо пригушивање и могућност обраде, али има нижи модул (100 до 120 ГПа) од челика. Нодуларно гвожђе веће чврстоће (АСТМ А536). Челик (А36, 4140) има модул од 200 ГПа, стога је двоструко чвршћи од ливеног гвожђа за исту геометрију, али је тежи и скупљи. Алуминијум (Е ~ 69 ГПа) је лакши, али захтева много дебља ребра да би се постигла иста крутост као и челик.

Попречни носач дефинише решетку ребара преко размака међу ослонцима. Тачке подршке (шипови за потискивање{1}} или стубови за подупирање) треба да буду постављени на прелазима ребара да би се минимизирали моменти савијања између ослонаца. За правоугаону плочу ослоњену на угловима са четири подупирача, максимално савијање се одвија преко центра. Пуна мрежа или централно попречно-ребро може да се користи за смањење угиба.

Структурни и термички ко{0}}пројект: сажетак процеса
За пресе велике тонаже потребан је детаљан структурални и термички ко{0}}пројект. Нормалан ток посла је:

Дефинишите параметре процеса. Притисак стезања. Димензије плоче. Дозвољени отклон (нпр. . 0.025 мм/м) Захтев за уједначеност температуре (±1 степен)

Изаберите материјал: челик за високу крутост, нодуларно гвожђе за цену/перформансе.

Прелиминарни распоред ребара: квалитативно вођење притиска, висина ребра, размак и шаблон мреже.

Структурни ФЕА: Одредите угиб за најгоре оптерећење стезања. Ако је деформација превелика, повећајте висину ребара или смањите размак. Крутост је пропорционална коцки висине ребра, па су висока ребра веома ефикасна.

Термални ФЕА: модел преноса топлоте преко плоче од уграђених грејача (картриџ или ливени{0}}ин). Лоцирајте температурне сенке преко ребара. Због тога треба подесити ребра или додати грејаче.

Прототип или производња: испитајте равност и термичку униформност на испитном столу.

Закључак: Ребрасте плоче: структурални{0}}први приступ
Прва линија одбране од скретања при високом притиску стезања је унутрашње ребра. Али мора бити изграђен паралелно са термичким системом да би се обезбедила униформност. Добро решење за стезање ребра плоче за грејање резултира равношћу до 0,025 мм/м и температурном варијацијом мањом од 2 степена преко радне површине. Без ребара, ваљак би се или превише скретао, или би био чврст метални блок са слабом топлотном проводљивошћу.

Велике грејне плоче су први структурни елементи, други грејачи. Притисак стезања дефинише скелет, систем грејања га испуњава једноличном енергијом. За инжењере који одређују опрему за апликације ламинирања, обликовања или пресовања, ребрасти дизајн није опција када притисци прелазе 20-30 бара. Тајна је у оптимизованом распореду који се учвршћује тамо где је потребно и сенчи само тамо где је прихватљиво - компромис који се може видети само кроз пажљиво моделирање и тестирање.