Файл: Степнов И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 104
Скачиваний: 1
Длительность этапа п от момента подачи стекломассы в матрицу до приложения давления определяют в условиях производства в за висимости от применяемой технологии изготовления: конструкции прессовой формующей машины, способа подачи стекломассы, кон структивных особенностей пресс-формы и прочих факторов. Дли тельность первого этапа ті при автоматизированном процессе прес сования 0,5—2 с, при ручном — 4—15 с, и ее можно учесть на осно вании конкретных условий как часть цикла: xi = kxц.
Длительность второго этапа Тг, так же как и первого, зависит от упомянутых выше технологических факторов, а также размеров
|
изделия, мощности прессо |
||||
|
вой машины, скорости пере |
||||
|
мещения |
пуансона и закона |
|||
|
изменения скоростей за пе |
||||
|
риод этапа, обусловливаю |
||||
|
щих получение изделий вы |
||||
|
сокого качества. |
длитель |
|||
|
Наибольшая |
||||
|
ность этапа не должна пре |
||||
|
вышать |
времени |
охлажде |
||
|
ния |
изделия |
до |
температу |
|
|
ры |
стеклования |
Tg. Наи |
||
|
меньшая длительность этапа |
||||
|
обусловливается максималь |
||||
|
но |
допустимой |
скоростью |
||
|
течения стекломассы и тех |
||||
|
ническими |
возможностями |
|||
|
прессующего агрегата. |
||||
|
Длительность |
третьего |
|||
|
этапа тз — фиксации формы |
||||
Рис. 39. Схема расположения коорди |
изделия |
под давлением — |
|||
обусловливается |
теплофизи |
||||
нат для неограниченной пластины |
ческими |
свойствами стекло |
|||
|
массы и толщиной его стенок. Длительность четвертого этапа т4 определяется временем, необ^- ходимым для охлаждения изделия, находящегося в матрице, до той температуры, при которой вязкость стекломассы становится доста точно высокой для сохранения изделием своей формы под действием
собственной массы.
Время выдержки матрицы без стекла (пятый этап) т5 опреде ляют условиями охлаждения и комплектовкой пресс-формы.
Следовательно, продолжительность цикла можно рассчитать, если будет определена продолжительность контакта изделия с матрицей, которая всегда больше других деталей.
В продолжительность времени контакта для матриц будут вхо дить этапы 1—4, для пуансона и кольца — этапы 2 и 3.
При автоматизированном производстве мелких изделий можно допустить, что капля стекла, попав в матрицу, мгновенно приобре тает форму готового изделия, т. е. тг= 0.
60
Такое допущение при изготовлении крупных изделий, и особенно при ручном изготовлении, приводит к значительным погрешностям в расчетах теплового режима пресс-формы. Тепловыми явлениями этапа формообразования также обусловливаются минимальная толщина стенок изделия и условия ее получения.
Общая продолжительность этапов прессования определяется тем пературным полем стеклянного изделия. Прессуемые изделия в теп ловом отношении можно рассматривать как пластину неограничен ных размеров. Такое допущение не вносит больших погрешностей, так как при отношении наружного диаметра изделия к внутреннему меньше двух погрешность в расчетах не превышает 4%. При отно шении диаметров больше двух в расчеты можно вводить поправоч
ные коэффициенты на кривизну [27].
Для неограниченной пластины толщиной 2 б при граничных усло виях третьего рода и начале координат в середине пластины (рис. 39) задачу можно выразить математически дифференциальным уравне нием с соответствующими начальными и краевыми условиями [31]. Не приводя здесь решения, отметим, что относительная избыточная температура Ѳ охлаждаемой стеклянной пластины является функ цией критерия Фурье Fo, относительно координаты х : б и крите рия Био—Ві, характеризующего интенсивность охлаждения, т. е.
ѳ= /(-£-;F o ] B i ) -
Срядом допущений закон изменения избыточной температуры стеклянного изделия с начальной избыточной температурой ѵ0
можно выразить формулой
где |
е — неперово число; |
ѵ0 = tin*—/2ф — начальная избыточная температура изделия; |
|
v = ti—/ф — текущая избыточная температура изделия, сред |
|
Считая, |
няя по толщине стенки. |
что Ві стремится к бесконечности, а Fo>0,l, для рас |
чета относительной температуры в середине пластины можно вос пользоваться формулой
e“=4 - ^ ( - T f0) |
<1ѴЛ0> |
или формулой для средней относительной температуры |
|
s = T ‘ exf,( - f F° ) - |
(ІѴЛ1) |
Относительная температура представляет собой отношение избы точной температуры ѵ в момент времени т к начальной избыточной температуре ѵ0:
Q _ JV __ t (x, т) — іф
V° ^IH ---
61
Время охлаждения стеклянного изделия до заданной темпера туры Ѳ определится из приведенных выше формул после решения
их относительно т.
Для практических расчетов можно воспользоваться формулой (IV.10), решив ее относительно времени:
т = |
26 |
|
(IV. 12) |
Л |
|
||
|
|
|
|
В том случае, когда известна средняя температура по толщине |
|||
стенки, формула примет вид |
|
|
|
|
Ш \ _ ! _ і п ( - 4 |
(IV. 13) |
|
|
Я } а |
I Л2 Ѳ |
|
Температура Ѳц обусловливается той вязкостью, при которой из делие, находящееся в матрице, не деформируется и сохраняет форму
|
внутренней полости, |
приданной ей |
||
|
пуансоном. |
|
|
|
|
С увеличением величины крите |
|||
|
рия Фурье относительная темпера |
|||
|
тура в середине пластины, а следо |
|||
|
вательно, и средняя |
относительная |
||
|
температура уменьшаются (рис. 40). |
|||
|
Теоретически |
значение критерия |
||
|
Фурье |
должно |
быть одинаковым |
|
|
для всех толщин изделий при прес |
|||
|
совании |
стекломасс |
с одинаковым |
|
|
коэффициентом температуропровод |
|||
|
ности: |
|
|
|
|
Ро = Д Іі = |
|
= const и |
|
|
|
02 |
в! |
|
Рис. 40. Кривые, характеризующие |
|
|
|
|
влияние величины критерия |
Фурье |
|
|
|
на величину температуры в сере |
|
|
|
|
дине пластины |
где Д= 6г:0і — относительная тол |
|||
|
щина изделия. |
|
|
Таким образом, определив Fo для одного изделия, можно найти время контакта тк для изделия с толщиной стенки 26 из соотношения
тк = Fob2: а |
(IV. 14) |
В условиях производства с целью повышения производительности фиксация формы толстостенных стеклянных изделий заканчивается обычно при больших значениях относительных температур, чем тон костенных, что обусловливает уменьшение фактических значений критерия Фурье по сравнению с их теоретическими значениями.
Для практического определения ориентировочных значений отно сительных температур в середине пластины Ѳц рекомендуется эмпи
рическая формула |
__ |
|
|
Ѳц = 0,1351/26, |
(IV. 15) |
где 26 — толщина стенок изделия, мм. |
|
62
Т а б л и ц а 3
Значения критерия Фурье на этапах формообразования и фиксации формы для некоторых видов стеклянных изделий
Марка Изделие стекла
2 |
2 |
О |
|
|
|
|
|
|
|
||
о |
О |
в |
2 |
В |
2 |
«3 |
«О |
si |
Si |
О |
О |
сч |
и |
V» |
ь. |
к. |
Общая про должитель ность цикла
V с
Примечание
Стакан 250 |
г |
БС |
0,6 |
3,7 |
1 |
А |
0,18 |
1,12 |
28 |
Пресс ЭПР |
||
Стакан |
|
|
ХС |
0,5 |
3,5 |
3 |
8 |
0,37 |
1,00 |
20 |
Пресс ЭПР |
|
арт. 1212 |
|
|
ХС |
0,5 |
|
2 |
10 |
0,25 |
1,25 |
30 |
Пресс ЭПР |
|
Стакан |
|
|
4 , 0 |
|||||||||
арт. |
1222 |
г |
БС |
0,6 |
3,0 |
0,8 |
4 |
0,21 |
1,07 |
23,6 |
РВМ |
|
Стакан 200 |
||||||||||||
» |
250 |
г |
БС |
0,6 |
2,75 |
0,7 |
3,8 |
0,22 |
1,20 |
30 |
РВМ |
|
Конфетница |
ХС |
0,5 |
8,0 |
7 |
20 |
0,22 |
0,62 |
42 |
' ЭПР |
|||
арт. |
2215 |
|
БС-1 |
0,6 |
7,0 |
0,7 |
12 |
0,03 |
0,58 |
34 |
РВМ |
|
Бензоотстой- |
||||||||||||
НИК |
|
|
С89-Б |
0,6 |
7,0 |
8 |
42 |
0,38 |
2,0 |
53 |
Пресс ОВ-ОО |
|
Экран 35ЛК2Б |
||||||||||||
» |
43ЛКЗБ |
С89-Б |
0,6 |
8,0 |
15 |
52 |
0,56 |
1,95 |
65 |
Пресс |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б 138-05 |
Конус 43ЛКЗБ |
С89-Б |
0,6 |
6,0 |
4 |
40 |
0,27 |
2,6 |
50 |
Пресс |
|||
» 35ЛК2Б |
С89-Б |
0,6 |
5,0 |
3 |
29 |
0,24 |
2,8 |
36 |
Ы38-05 |
|||
Ваза для |
цве- |
ХС |
0,5 |
10,0 |
6 |
40 |
0,12 |
0,8 |
60 |
ЭПР |
||
тов арт.' |
2465 |
ХС |
0,5 |
6,0 |
4 |
22 |
0,22 |
1,2 |
32 |
ЭПР |
||
Салатник |
|
|||||||||||
арт. |
690015 |
ХС |
0,5 |
6,0 |
4 |
22 |
0,22 |
1,2 |
38 |
ЭПР |
||
Пепельница |
||||||||||||
арт. |
6804/5 |
ХС |
0,5 |
20,0 |
45 |
70 |
0,22 |
0,35 |
75 |
ЭПР |
||
Пепельница |
||||||||||||
арт. |
2802 |
|
МКР-1 |
0,6 |
12,0 |
17 |
50 |
0,28 |
0,83 |
150 |
ЭПР |
|
Колпак 1633/14 |
Значения критерия Фурье на этапах формообразования и фикса ции формы изделий по фактическим режимам некоторых заводов
приведены в табл. 3.
На рис. 41 представлены кривые зависимости продолжительности контакта матрицы и пуансона от толщины стенок изделий.
Для теоретических расчетов времени контакта приняты пара
метры: |
критерий Фурье для матрицы FoM= 0,8, |
для пуансона Fon = |
|
= 0,2; |
теплопроводность стекломассы a = 0,66-10~6 |
м2/с; средняя |
|
относительная температура Ѳп = 0,5 для Fo = |
0,2 и |
Ѳм = 0,12 для |
Fo = 0,8.
Расчет по формуле (IV.13) позволяет после подстановки значе ний параметров получить зависимость:
для матрицы (кривая 1) тк.м= 1,22 62; для пуансона (кривая 2) тк.п= 0,36 б2.
Расчет времени контакта по формуле (IV.14) дает несколько меньшие значения, так, например, для пуансона (кривая 3) зависи
мость будет
63
Прямая 4 для матрицы и прямая 5 для пуансона построены на основании аппроксимации экспериментальных данных.
Прямую 4 для матрицы можно представить формулой
Тк . М — 7 , 6 6 ------6
исоответственно — прямую 5 для пуансона
Тк. п = 3,2 6—4
Аппроксимирующая прямая 4 для матрицы при толщине изделия до 12 мм хорошо совпадает с теоретической кривой 1. При больших толщинах стенок изделий фактическое время контакта значительно меньше расчетного.
Рис. 41. Кривые зависимости продолжитель ности контакта матрицы и пуансонов от толщины стенок изделий
Установлено, что при контакте более 60 с теплоотдача от стеклян ных изделий стенкам матриц незначительна. В этих случаях с целью повышения производительности изделие после удаления из матрицы
некоторое время охлаждают на воздухе, а затем отправляют на отжиг.
Теоретические кривые 2 и 3 для пуансона хорошо совпадают с экспериментальной аппроксимирующей прямой 5 во всем рассмо: тренном интервале толщин стенок изделий.
Для толстостенных изделий с глубокой полостью увеличивают время контакта пуансона во избежание их деформации от саморазо грева. В этом случае режим времени для пуансона рекомендуют рас считывать на основании кривой 2.
Общая продолжительность цикла прессования зависит от тол щины стенок изделия, конструктивного исполнения пресс-формы, способа и интенсивности охлаждения, а также комплектовки прессформ.
Аппроксимирующая прямая 6 может служить ориентировкой при определении продолжительности цикла для матрицы, охлаждае мой вентиляторным воздухом.
64
Аналитически продолжительность цикла можно выразить фор мулой
|
Тд=4,5 6 + 25. |
|
|
В общем случае время для изготовления одного изделия можно |
|
определять по формуле |
(IV. 16) |
|
|
( К + т. п, |
|
где |
6 — приведенная толщина стенки изделий, |
мм; |
|
т'к — продолжительность выдержки, с, на |
1 мм толщины из |
делия;
Tn. n — неперекрываемое время на вспомогательные операции по обслуживанию формы;
п — коэффициент, зависящий от комплектовки форм. Значения тв. н и п устанавливаются на основании эксперименталь
ных данных.
Фактические режимы времени прессования на стекольных заво дах имеют большое рассеивание.
Причиной различного времени контакта и всего цикла изготовле ния изделия является некоторое отличие в температурном ходе вязкости стекломасс, в форме, размерах, требованиях к качеству из делий (например, к точности геометрической формы изделий).
В ряде случаев колебание времени контакта и цикла прессования объясняется недостаточной отработкой технологического процесса и, в частности, конструкции пресс-форм.
Продолжительность цикла и отдельных его этапов также зависит от комплектовки пресс-форм.
Наблюдениями установлено относительное время контакта мат
риц, пуансонов и колец к полному циклу прессования |
(табл. 4). |
||
|
|
|
Т а б л и ц а 4 |
Относительное |
время контакта стекломассы с деталями пресс-форм |
||
Комплект |
|
Относительное время контакта |
|
|
|
|
|
пресс-формы |
тмЛц |
Ѵ тц |
ткЛ ц |
|
|||
А |
0,8—0,9 |
0,3—0,36 |
0,6—0,7 |
В |
0,5 |
0,2 |
0,4 |
С |
0,125 |
0,03 |
0,09 |
П р и м е ч а н и е . А — комплект, состоящий из матрицы, пуансона и кольца; В — ком плект, состоящий из двух матриц, пуансона и кольца; С — комплект, состоящий из 15 мат риц, 12 пуансонов и четырех колец.
Установление режима времени прессования весьма важно для разработки конструкции пресс-форм, а также технологического про цесса прессования. К сожалению, на ряде заводов до настоящего времени режимы прессования устанавливаются лишь эксперимен тально, непосредственно на рабочем месте, и не фиксируются в тех нологических процессах.
65