Файл: Степнов И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий.pdf

тепла в толщу стенки амплитуда колебаний температур постепенно уменьшается. На внешних поверхностях формы амплитуда колеба­ ния температур весьма незначительная и в практических расчетах может быть принята равной нулю.

Формулы и вытекающие из них выводы выполнены из предполо­ жения об идеальном тепловом контакте между стекломассой и фор­ мующими поверхностями формы. В действительности при соприкос­ новении между контактирующими поверхностями имеется погранич­ ный слой. Этот слой состоит из воздушно-газового зазора, смазки и продуктов ее разложения (сажи, смол, солей, газов), окислов метал­ лов (вюстит, магнетит, гематит), постепенно увеличивающихся по

толщине.

Толщина и характер действия пограничного слоя в условйях про­ изводства — величины переменные, но их влияние в некоторой сте­

скими свойствами.

Для того чтобы сохранить в остальных участках стекла и формы условия, существовавшие при идеальном контакте, необходимо вы­

или стекломассы.

Следовательно, пограничный слой толщины х Сл может быть пред­ ставлен как в Ко раз увеличенный слой материала формы или стек­

продуктов разложения смазки. Теплофизические коэффициенты по­ граничного слоя и чугуна, применяемого для пресс-форм, сле­ дующие:

55

коэффициент температуропроводности

асл—0,14 • ІО“6 м2/с (-0,005 м2/ч);

коэффициент температуропроводности чугуна около 1,08-10 5м2/с. Таким образом, толщина пограничного слоя хсл равноценна

Следовательно, пограничный слой заменяет приблизительно в де­ вять раз более толстый слой металла.

Таким образом, по поверхностям контакта неизбежно возникнет

температурный напор.

В общем случае температурный напор будет функцией термиче­ ского сопротивления прослойки удельного давления прессова­ ния р, высоты микронеровностей формующих поверхностей Rz, удель­ ного теплового потока q, скорости перемещения стекломассы w, ки­ нематической вязкости V, формы и размеров полости формы, Ф, т. е.

At = f(Rca, р, Rz, q, w, V , Ф).

При переходе режима прессования из ламинарного в турбулент­ ный, ориентировочно оцениваемый числом Рейнольдса, температур­ ный напор возрастает пропорционально критерию Био — Ві.

При неизменных значениях р, Rz, w, ѵ, Ф величина температур­

зованного вследствие микронеровностей на формующих поверхно­

стях формы.

Если принять, что шероховатость формующей поверхности формы соответствует V 8 по ГОСТ 2789—59, то высота микронеровностей будет равна: Rz = 3,2 мкм = 3,2- ІО"6 м. Теплопроводность воздуха при температуре 500°С Хв~5,38 • ІО-2 Вт/м • °С.

Термическое сопротивление слоя воздуха

Температурный напор слоя

Аісл = 1,4 • 10е • 0,6 • 10"4~85° С.

56

При совместном влиянии продуктов разложения смазки, окалины, сажи и воздушной прослойки температурный напор в пограничном слое окажется равным:

М = М СЛ. і + А/сл.2 = 54+ 85= 139^ 140° С.

На величину пограничного слоя газовой прослойки существенное влияние оказывает величина удельного давления стекломассы на стенки формы. С увеличением давления толщина пограничного слоя уменьшается.

Следует отметить, что воздушная прослойка между матрицей пресс-формы и изделием возрастает в несколько раз после снятия давления пуансоном, вследствие чего термическое сопротивление зазора будет увеличиваться.

С увеличением времени контакта температурный напор резко уменьшается.

Относительная температура поверхности пресс-формы при идеальном контакте всегда выше, чем при наличии пограничного слоя.

Для определения температуры формующих поверхностей формы с учетом влияния пограничного слоя можно воспользоваться фор­ мулой [31]

где Rc, Дел, Дф — соответственно термические сопротивления. стек­ лянного изделия, слоя, формы;

tic, Дф, Ьф— соответственно температуры стеклянного изде­ лия на границе между слоем и формой, на внеш­ ней поверхности формы.

При идеальном контакте температуры поверхностей стекла и формы равны

(tic = ^2ф)•

Введя в формулу (IV.6) величину До= Дс + Дсл, получим фор-

.мулу в следующем виде:

^2ф —

^ісДф + ^зфДо

Дф + Rо

где Д0 = Дс + Дсл — суммарное термическое сопротивление стеклян­ ного изделия и пограничного слоя.

Из формулы следует, что пограничный слой как бы увеличивает тепловое сопротивление стеклянного изделия и уменьшает его теп­ лопроводность:

1 _ öc «7

Из рассмотрения температурного поля в пограничном слое оче­ видно его влияние на технические характеристики форм, ‘особенно прессовых.

57

В случае прессования тонкостенных изделий пограничный слой обеспечивает успешное завершение этапа формования до момента понижения температуры, соответствующего нижнему пределу вязкости. При прессовании толстостенных изделий пограничный слой смягчает тепловое взаимодействие контактирующих поверхностей, создавая условия для охлаждения изделия без снижения качества его поверхности при более длительном контакте.

Величина температурного напора между поверхностью изделия и формы значительно больше при выработке изделия методом вы­ дувания. Это позволяет изготовлять выдувные изделия с более тон­ кими стенками, чем прессованные.

3. Определение глубины проникания тепла в материал формы

Практически тепло за цикл прессования проникает в материал лишь на некоторую глубину. Очевидно, что во всех точках, находя­ щихся от поверхности контакта на расстоянии большем, чем ^глубина проникания тепла, температура остается без изменений, т. е.

Іф (х ,х ) = t(f). н-

В период контакта формующих поверхностей со стекломассой их температурное поле по толщине стенок можно выразить формулой, как для полуограниченного тела при граничных условиях первого рода.[24]:

Из приведенной формулы после некоторых допущений и преоб­ разований определяем глубину проникания тепла в материал:

Из выражения (IV.8) следует, что глубина проникания тепла за­ висит от теплопроводности материала а и времени теплового взаи­ модействия т.

Т а б л и ц а 2

58

Распределение температуры по толщине стенок деталей форм находят из выражения (IV.7):

Для построения кривой распределения температур достаточно 5—8 точек. Значения функций приводятся во всех пособиях по тео­ рии вероятности. Некоторые из них приведены в табл. 2.

На рис. 38 показаны кривые распределения температуры в сече­

начального распределения темпера­ тур, будут иметь несколько иной вид. В данном случае из-за не­

равномерного распределения температур их начальные перепады будут менее резкими.

Теплосток с внешних поверхностей несколько изменяет характер распределения температур по толщине стенок.

4. Определение продолжительности цикла прессования стеклянных изделий

Аналитический расчет основных параметров процесса прессова­ ния оказывается весьма сложным, а иногда и невозможным из-за отсутствия достоверных данных о продолжительности цикла прессо­ вания и отдельных его этапов.

Продолжительность цикла не только определяет производитель­ ность пресс-формы, но и оказывает значительное влияние на ее теп­ ловой баланс и в первую очередь на начальную температуру формы /ф. пач-

Время одного цикла определяется как сумма времени выполне­ ния отдельных этапов: тц = ті+'Т2+ тз+ Т4+ Т5.'

59