浅谈砂箱断面尺寸对砂箱刚性的影响

2022-07-13 14:12王晓静孙鹏程
铸造设备与工艺 2022年3期
关键词:腹板断面宽度

王晓静,孙鹏程,姜 芊

(1.河北省铸造机械技术创新中心,河北保定 071052;2.保定维尔铸造机械股份有限公司,河北保定 071052)

静压造型是国内外近年来大力发展的铸造工艺之一,而砂箱是静压造型中主要的工艺设备,因而要合理地设计砂箱的结构,使之必须具有足够的强度和刚度,以满足生产需要[1]。而断面尺寸不仅会影响到砂箱的刚度,还会使砂箱重量不同,产生的生产成本不同。本文使用Inventor 软件,分析比较砂箱断面尺寸和砂箱刚度,砂箱重量的关系,得出形变和重量最优化的结构参数,为砂箱设计提供参考依据。

1 分析对象

分析的砂箱是1 000 mm×800 mm×350 mm 的上砂箱体,材质为HT250,选用双壁砂箱结构。根据造型线工艺尺寸要求,对砂箱外形尺寸要求见图1.

图1 砂箱外形

为了简化计算,特作如下设定:

1)砂箱是在高压压实时受力变形最大,因此选择使用Inventor 软件进行静应力分析。

2)砂箱四壁上所受的水平压强都相等,其大小为压实比压(p)的0.6 倍,既pH=0.6 p[2],p 为压实比压。目前多数采用的静压造型压实比压可达到1.2×106N/m2[3],可得出pH=7.2×105N/m2.

3)对不同断面的砂箱,施加相同的约束和载荷,见图2.

图2 砂箱的约束和载荷

约束为:1)两销孔位置为固定铰接;2)上下箱面滚注/滑杆[4].

静载荷为:砂箱内壁施加压力,垂直于所选面,7.2×105N/m2;

2 分析比较

根据各国铸造工作者的经验和Inventor 的静应力分析,砂箱长边中点的变形量为最大,因此通过改变此处断面的形状、壁厚尺寸等,分别进行分析。

对两种断面形状进行分析比较,断面形状见图3.区别在于断面二下部有一直段,高度h,而断面一无此高度尺寸h.

图3 两种砂箱断面形状

按照“断面-壁厚t1-腹板厚t2-宽度L-高度h”的规律给分析的各个砂箱断面进行命名,比如断面二砂箱,壁厚t1=12 mm,腹板厚度t2=12 mm,宽度L=180 mm,高度h=85 mm 的砂箱,名称为2-12-12-180-85.当断面二h 高度到120 mm 时,就是断面一的形状。

对以下各个砂箱进行受力分析后,都会得到图4 所示的结果,只是数值不同。

图4 砂箱受力变形结果

2.1 对相同断面形状,不同壁厚的分析

将砂箱断面做成两种形状,宽度L=180 mm,腹板厚度t2=12 mm,断面二的h=62.5 mm,分别改变上下箱面的壁厚尺寸t1,如图5 所示,得出的结果见表1.

图5 不同断面形状改变壁厚t1 尺寸

通过对表1 的分析,砂箱壁厚尺寸t1 越大,砂箱最大变形量会越小,砂箱重量会越大。随着砂箱壁厚尺寸t1 的不断增大,砂箱的最大变形量不再有明显变化,而砂箱重量按线性比例加大。相同的砂箱壁厚,断面一比断面二,变形量要小,砂箱重量也轻。

表1 不同断面形状改变壁厚t1 尺寸得到的结果

2.2 对相同断面形状,不同腹板厚度的分析

将砂箱断面做成两种形状,宽度L=180 mm,壁厚t1=12 mm,断面二的h=62.5 mm,分别改变砂箱中间腹板的厚度尺寸t2,得到的结果见表2.

通过对表2 进行分析,砂箱腹板厚度t2 越大,砂箱变形量会越小,砂箱重量会越大。随着砂箱腹板厚度t2 的不断增大,砂箱的最大变形量也不再有明显变化,而砂箱重量按线性比例加大。相同的砂箱腹板厚度,断面一比断面二变形量要小,砂箱重量也轻。

表2 相同断面形状,不同腹板厚度t2 的结果

2.3 对断面一形状的分析

不同的砂箱壁厚尺寸t1,改变断面一的宽度尺寸L,如图7 所示,得到的结果见表3.

表3 断面一形状,改变宽度尺寸L 的结果

相同砂箱壁厚,砂箱断面尺寸L 越大,砂箱变形量越小,砂箱重量越大。相同砂箱壁厚下,随着砂箱断面尺寸L 的不断增大,砂箱的最大变形量也不再有明显变化,而砂箱重量按线性比例加大。

2.4 对断面二形状的分析

改变截面二外侧直边的高度尺寸h,如图6 所示,结果见表4.

图6 断面二形状,改变高度尺寸h

表4 断面二形状,改变高度尺寸h 的结果

相同砂箱壁厚,砂箱直边高度尺寸h 越大,砂箱变形量越小,砂箱越轻。而当h 大到一定程度时,砂箱变形量不再有明显变化,而砂箱重量会越来越轻。

3 结论

通过分析比较,相同重量下,砂箱采用断面一的形状比断面二的形状更能获得小的砂箱变形量。加大砂箱断面宽度尺寸L 能获得更好的砂箱刚性。在实际生产中,砂箱的具体结构还要具体分析,综合考虑重量和刚度。

猜你喜欢
腹板断面宽度
小断面输水隧洞施工安全管理存在的不足点及对策
预应力混凝土箱梁桥腹板裂缝影响因素研究
腹板开口对复合材料梁腹板剪切承载性能的影响
非对称腹板束设计方法在地铁大跨变宽变高连续梁中的应用
多钢种混用波纹腹板压弯构件优势分析
超大断面隧道初期支护承载力学特性及形变研究
茂名市开展全面攻坚劣Ⅴ类国考断面行动!
基于电气分区的输电断面及其自动发现
孩子成长中,对宽度的追求更重要
你有“马屁股的宽度”吗?