EN
AR
BG
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
HI
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RU
ES
SV
TL
ID
UK
VI
HU
TH
TR
FA
AF
MS
SW
GA
CY
BE
KA
LA
MY
TG
UZ
Когато инженерите специфицират кълбовидни винтове за напълно електрически инжекционни формовъчни машини, основното внимание обикновено се насочва към диаметъра на винта, стъпката и типа на гайката. Но конфигурацията на опорните топлинги в краищата на винта е еднакво важна — тя определя осевата стивост, критичната скорост, поведението при термично разширение и, в крайна сметка, позиционната точност на машината.
Неподходяща конфигурация на топлингите води до вибрации при високи скорости, излишно термично напрежение и преждевременно повреждане. Този наръчник анализира четирите стандартни конфигурации на опори и обяснява коя от тях да се използва за всяка ос на инжекционна формовъчна машина.
Защо опорните топлинги имат значение
Винтовите спирали са дълги, тънки валове под осева натовареност. Без подходяща опорна подкрепа те страдат от два фундаментални проблема:
1. Осево огъване под натоварване
Когато винтът бута или дърпа товар, самият вал се компресира или разтяга еластично. Това директно намалява точността на позиционирането. Опорните лагери трябва да се противопоставят на това осево преместване с максимална твърдост.
2. Латерални вибрации (завихряне) при висока скорост
С увеличаването на оборотите на винта центробежните сили карват вала да се изкривява навън — явление, известно като „завихряне на винта“ или „завихряне на кълбест винт“. При критичната скорост вибрациите стават толкова силни, че могат да повредят гайката, лагерите и самия винтов вал. Типът и разстоянието между опорните лагери директно определят критичната скорост.
При инжекционно формоване и двата проблема имат значение:
- Оси за стягане : Висока осева натовареност → твърдостта е критична
- Инжекционни оси : Висока скорост + умерена натовареност → и твърдостта, и критичната скорост имат значение
- Оси на изхвърляне : Средна скорост, ниско натоварване → икономичните стандартни решения работят добре
Четирите стандартни конфигурации за поддържане
1. Фиксирано-свободно (конзола)
Описание: Единият край е поддържан от фиксиран комплект лагери (ъглови контактни или осеви лагери); другият край изобщо не е поддържан.
Степен на твърдост: Най-ниско — винтът действа като конзолна греда
Критична скорост: Най-ниско — само около 15 % от фиксирано-поддържаното
Топлинно разширение: Свободният край позволява разширение без ограничения
Цена: Най-нисък
Къде се използва:
- Много кратки приложения със стъпка
- Вертикални оси, при които винтът виси надолу
- Приложения с лека натовареност и ниска скорост
Приложение за инжекционно формоване:
Рядко се използва за основни оси. Понякога се среща при малки допълнителни оси, например докосване на дюза при микроформовачи. Не се препоръчва за каквато и да е основна ос.
2. Поддържано–поддържано (просто поддържано)
Описание: И двете краища имат радиални подпорни лагери (лагери с дълбоки пазове), които фиксират винта радиално, но позволяват осево плъзгане.
Степен на твърдост: Ниско — без осева ограничителна сила
Критична скорост: Умерено — и двете краища са поддържани радиално
Топлинно разширение: И двете краища могат да плъзгат осево, така че топлинното разширение е напълно свободно
Цена: Ниски
Къде се използва:
- Транспортни оси и конвейори
- Позициониране с ниска точност
- Приложения, при които термичното разширение е основната грижа
Приложение за инжекционно формоване:
Не е подходящ за прецизни оси. Пълната липса на осова твърдост прави възможността за точна позициониране невъзможна.
3. Фиксирана-поддържана (най-често срещана)
Описание: Единият край има фиксирана система от лагери (ъглови контактни лагери, двойно или тройно монтирани), която поема както радиални, така и осови натоварвания. Противоположният край има прост радиален поддържащ лагер, който позволява осово плъзгане.
Степен на твърдост: Висока — фиксираната страна осигурява осово позициониране
Критична скорост: Висока — и двете страни са радиално поддържани
Топлинно разширение: Свободният край компенсира разширението към поддържаната страна
Цена: Умерена
Къде се използва:
- Най-общи приложения за позициониране
- Оси със средна до висока скорост
- Приложения със значителна температурна промяна
Приложение за инжекционно формоване:
Това е стандартната конфигурация за повечето оси за инжектиране. Фиксираната страна е монтирана от страната на двигателя/привода; поддържаната страна е плаваща, за да компенсира топлинното разширение. Това осигурява баланс между твърдост, скоростни възможности и термично управление.
4. Фиксирано-фиксирано (двете страни са твърди)
Описание: И двете страни имат фиксирани лагерни комплекти (ъглови контактни лагери, предварително натоварени един срещу друг), които напълно ограничават винта осево от двете страни.
Степен на твърдост: Най-висока — осевото ограничение от двете страни удвоява ефективната твърдост
Критична скорост: Най-висока — до 4× по-висока от фиксирано-свободно
Топлинно разширение: Пълно ограничение → топлинното разширение се превръща в компресивно напрежение
Цена: Най-висока — повече лагери, по-сложна сглобка, изисква настройка на предварителното натоварване
Къде се използва:
- Ултрависокоточни машинни инструменти
- Оси с висока скорост и високо ускорение
- Приложения, изискващи максимална стивост
Приложение за инжекционно формоване:
Използва се за оси за високоточна стягане на големи напълно електрически машини, където максималната стивост е от съществено значение. Компромисът е, че термичното разширение е ограничено, което води до възникване на вътрешни компресионни сили. Това изисква или охлаждани винтове, много строг контрол на температурата, или внимателно изчисляване на предварителното натоварване на лагерите, за да се избегне претоварване.
Избор на конфигурация по ос за инжекционно формоване
Ос за затягане
Препоръчително: фиксирана-поддържана (стандартна) или фиксирана-фиксирания (високоточна)
Остата за стягане поема най-голямото осово натоварване и изисква максимална стивост, за да се предотврати изтичане на формовъчния материал и несъвпадане по линията на разделяне на формата.
-
Стандартни машини → фиксирана-поддържана: Достатъчна стивост за повечето приложения за стягане. Термичното разширение при високи честоти на цикъла се компенсира от поддържащия край. Това е най-често срещаната конфигурация за машини до около 350 тона.
-
Големи / високоточни машини → Фиксирано-фиксирано: За машини над 500 тона или за производство на ултрапрецизни части фиксирано-фиксираната конфигурация осигурява най-висока осева стивост. Винтът е напълно ограничено и от двете страни, което изключва всякакво осево люлеене. Тази конфигурация почти винаги изисква охладен винт за управление на топлинното разширение, тъй като разширението не може да се компенсира чрез плаващо крепене.
Ос за инжекция
Препоръчително: Фиксирано-поддържано
Остта за инжекция изисква както висока скорост (за бърза инжекция), така и добра точност при позициониране (за постоянна маса на инжектираната порция).
- Фиксиран край от страната на двигателя / задвижването
- Поддържан край от страната на инжекционния бутал.
- Топлинното разширение се извършва към предната част на цилиндъра, което е приемливо, тъй като крайната позиция на инжекцията се контролира от сервокодера във фиксираната част.
Фиксирано-поддържаната конфигурация осигурява отлична критична скорост за бързи инжекционни ходове, като едновременно позволява термично разширение да се абсорбира в неподвижния край.
Ос за изтласкване
Препоръчително: Фиксирано-поддържано
Остите за екстракция работят при умерени скорости и натоварвания. Фиксирано-поддържаната конфигурация осигурява повече от достатъчна стивост и скоростна способност.
- Фиксиран край от страната на двигателя
- Поддържан край от страната на плочата на екстрактора
- Термичното разширение е минимално поради по-ниския цикъл на работа
Някои по-малки машини използват поддържано-поддържана конфигурация поради икономически съображения за остите на екстрактора, но това не се препоръчва за прецизни приложения за екстракция.
Преместване на инжекционната единица
Препоръчително: поддържано-поддържана или фиксирано-поддържана
Докосване на дюзата / преместване на инжекционната единица има най-ниските изисквания за прецизност сред всички ости. Поддържано-поддържаната конфигурация е достатъчна и икономически ефективна. В по-висококласните машини се използва фиксирано-поддържана конфигурация за леко по-добра повтаряемост на контакта с дюзата.
Типове лагери, използвани във всяка конфигурация
Неподвижни крайни лагери
Неподвижният край трябва да поема както радиални, така и осеви натоварвания в двете посоки. Стандартното решение е двойни ъглови контактни топлинги монтирани лице срещу лице (DF) или гръб срещу гръб (DB).
- Монтаж DF (лице срещу лице) : Подходящ за компенсиране на несъосност, по-ниска моментна твърдост
- Монтаж DB (гръб срещу гръб) : По-висока моментна твърдост, по-подходящ за високоскоростна работа
- Триплетни комплекти (два + един) : Използва се за много високи осеви натоварвания, често срещано при големи затегащи оси
Щеловите ролкови лагери обикновено се предварително натоварват на завода, за да се елиминира вътрешният люфт и да се максимизира твърдостта. Често използваните класове предварително натоварване са леко, средно и тежко – подбрани според изискванията към натоварването в приложението.
Лагери за поддържан край
Поддържаният край има нужда само от радиално позициониране; осевото плъзгане е задължително. Дълбокожлебови топчести лагери са стандартният избор. Те понасят добре радиалните натоварвания и позволяват на винтовата ос да се плъзга осево през вътрешното пръстенче на лагера при термично разширение.
Някои лагери за поддържан край използват конструкция с цилиндрични ролки за по-висока радиална носимост, но дълбокожлебовите топчести лагери са по далеч най-често срещаните в инжекционни формовъчни машини.
Критична скорост: Защо конфигурацията има значение
Критичната скорост е оборотите в минута (RPM), при които винтът започва да резонира латерално (вихри). Работата при или близо до критичната скорост причинява силни вибрации, шум и ускорено износване.
Формулата за критичната скорост силно зависи от конфигурацията на подпорите:
таблица
| Конфигурация | Фактор на критична скорост | В сравнение с фиксирано-свободно |
|---|---|---|
| Фиксиран-Свободен | 1.0× | Базова линия |
| Поддържано-поддържано | 3.7× | 3,7 пъти по-висока |
| Фиксиран-Поддържан | 4.5× | 4,5 пъти по-висока |
| Фиксиран-Фиксиран | 6.0× | 6,0 пъти по-висока |
За винт с диаметър 40 mm и дължина 1 500 mm:
- Фиксирано-свободно → ~800 об/мин (твърде бавно за инжекция)
- Фиксирано-поддържано → ~3 600 об/мин (подходящо за повечето инжекционни оси)
- Фиксирано-фиксирано → ~4 800 об/мин (високоскоростни опаковъчни машини)
Затова фиксирано-подпирано е минимално допустимата конфигурация за инжекционни оси — по-ниски конфигурации просто не могат да достигнат необходимите скорости без опасна вибрация.
Топлинно разширение и конструкция на лагерите
Топлинното разширение е основен фактор при избора на конфигурацията на лагерите.
Топлинно поведение при фиксирано-подпирана конфигурация:
Винтът се разширява към подпирания край, който има плаващ лагер. Не се създава допълнително напрежение. Тази конфигурация е термично стабилна и толерантна.
Топлинно поведение при фиксирано-фиксирана конфигурация:
И двата края са ограничени, затова топлинното разширение предизвиква осева компресивна сила във винта. Тази сила се добавя към предварителното натоварване на лагерите и може да:
- Претовари лагерите, намалявайки техния срок на служба
- Предизвика леко огъване на винта, което намалява точността
- Увеличаване на триенето и топлинното образуване
Решения за термични проблеми при фиксирани-фиксирани връзки:
- Охлаждани винтове — кух вал с циркулиращ хладител, който поддържа постоянна температура
- Точен изчисляване на предварително натоварване — началното предварително натоварване на лагерите се задава достатъчно ниско, така че термичното разширение да не надвишава безопасните граници
- Един полуфиксирания край — компромисно решение, при което единият край има ограничено осево плъзгане чрез пружинно натоварени лагери
Практически съвети за монтаж
-
Подравняването е от решаващо значение Несъвпадането между оста на винта и отворите за лагерите води до заклинване, излишно триене и преждевременно повреждане на лагерите. Използвайте прецизни инструменти за подравняване по време на монтажа.
-
Предварителното натоварване на лагерите трябва да е коректно Лагерите с недостатъчно предварително натоварване имат вътрешен зазор → люфт и намалена твърдост. Лагерите с прекомерно предварително натоварване се нагряват силно и се износват бързо. Винаги спазвайте производителските спецификации за момент на затягане.
-
Контргайките трябва да са правилно фиксирани Контргайката на вала, която задава предварителното натоварване на лагерите, трябва да се фиксира с допълнителен винт или стопорна плочка. Вибрациите от работата на машината могат да разхлабят неправилно фиксирани контргайки, което води до катастрофална загуба на предварителното натоварване.
-
Осигурете правилно уплътняне срещу замърсяване Производствените цехове за инжекционно формоване имат прах от пластмаса, маслено облакче и охладителна вода. Уплътненията на лагерите трябва да са подходящи за тази среда. Помислете за добавяне на външни лабиринтни уплътнения или капаци за допълнителна защита.
-
Смазвайте правилно Опорните лагери изискват подходящо смазване — не твърде много (разбъркването предизвиква топлина) и не твърде малко (металният контакт предизвиква износ). Следвайте препоръчаното от производителя количество смазка и интервал за повторно смазване.
Заключение
Конфигурацията на опорните лагери за кълбовиден винт е основно инженерно решение, което влияе върху стабилността, скоростната способност, термичното поведение и експлоатационния живот на всяка ос на напълно електрична машина за инжекционно формоване.
Бърз справочник за инжекционно формоване:
- Ос за затягане : фиксирана-подпрена (стандартна) или фиксирана-фиксирани (висока прецизност / голяма мощност)
- Ос за инжекция : фиксирана-подпрена (универсален стандарт)
- Ос за изтласкване : фиксирана-подпрена
- Докосване на дюзата : Поддържано–поддържано (икономичен) или фиксирано–поддържано (точен)
Разбирането на компромисите между твърдостта, критичната скорост, термичното управление и разходите позволява на производителите на машини и екипите за поддръжка да вземат правилното решение за всяка приложение. А за формовачите, които диагностицират вибрации или проблеми с точността, проверката на състоянието и конфигурацията на опорните лагери трябва да е един от първите диагностични стъпки.
