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

костенных изделий контакт стекломассы и формующих поверхно­ стей оказывается более плотным.

В отношении температурного поля по всему объему деталей форм следует отметить, что при установившемся режиме наблю­ дается его выравнивание и по высоте деталей. Конструктивные

промахи влекут за собой резкие перепады по отдельным частям форм.

Из изложенного следует, что практическое осуществление теп­ ловых расчетов становится возможным лишь после определения тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи по контактирую­ щим средам. .

На рис. 43 показана схема теплового баланса пресс-формы конфетницы арт. 2215, изготовленной из серого чугуна СЧ 21-40

X Ю3Вт/м2-°С. Время кон­

такта со стекломассой для матрицы при Ком = 0,65, а для пуансона при Коп = 0,25.

Количество тепла, отдаваемого изделием (см. рис. 43, кривая/), особенно большое на этапах формообразования и фиксации формы. На этапе выдержки в матрице без давления теплоотдача значительно понижается.

Теплоотдача пресс-формы (кривая 2) линейно возрастает во времени.

Аккумуляция тепла деталями пресс-формы наиболее интен­ сивна на этапах формообразования и фиксации формы (кривая 3).

6. Определение коэффициента теплоотдачи

Для определения коэффициента теплоотдачи си от стекло­ массы в стенк'и формы на основании общей теории теплоотдачи можно получить несколько формул.

71

При большей интенсивности теплообмена, т. е. при Ві^>\, ус­ ловный коэффициент теплоотдачи выразится формулой

щей со стекломассой; т — время контакта со стекломассой, с.

Вполне удовлетворительные результаты для практических рас­ четов подучаются при определении коэффициента теплоотдачи из

где Xu Ci, р! — соответственно" глубина проникания тепла, удель­ ная теплоемкость и плотность стекломассы.

Формула получена на основе анализа свойств направляющей точки и условий равенства тепловых потоков для поверхности кон­ такта:

аі ihn hn)---- b ^

Величина коэффициента теплоотдачи гиперболически убывает по мере увеличения времени контакта формующих поверхностей со стекломассой. В расчетах принимают среднее значение коэф­ фициента теплоотдачи за время цикла, определяемое как средне­

ХЮ3 кг/м3. При этих значениях параметров стекломассы и раз­ личных материалах основных деталей форм значения коэффици­ ента аі приведены в табл. 5.

Зависимость коэффициента теплоотдачи от времени контакта

72

Кривая 2 дает результаты, близкие к фактическим при прес­ совании. Отклонения не превышают ±10%.

С уменьшением толщин стенок изделия теплонапряженность матриц и пуансонов возрастает, что при гиперболическом законе изменения теплоотдачи си и постоянном аз вполне закономерно.

73

При идеальном контакте между поверхностями изделия и фор­ мы тепловой расчет удобно выполнять по удельному тепловому потоку [24], который определяется из выражения

4н — средняя начальная температура формы.

На рис. 45 приведены кривые зависимости величины удельного теплового потока, поступающего в стенки чугунных форм, от вре­

При малых значениях времени контакта величина удельного теплового потока весьма большая, но за несколько секунд резко

324-ІО3 Вт/м2 (280-ІО3 ккал/м2-ч). Для соответствующего времени контакта при прессовании стекла БС-8-17 в чугунную форму имеем расчетное значение 326ІО3 Вт/м2.

В реальных условиях прессования следует учитывать влияние пограничного слоя введением поправочного коэффициента.

При нанесении на формующие поверхности теплоизоляцион­ ных, защитных и смазывающих покрытий в формулу вносится величина термического сопротивления этого покрытия:

1

аі = — = ------------------------- ,

У^___ 2т___^ бпок

b2 КАРі ^ПОК

где блок — толщина слоя покрытия, м; А'ПОК коэффициент теплопроводности покрытия, Вт/м-°С

(ккал/м • ч •°С).

Из формулы видно, что чем толще слой покрытия, тем меньше условный коэффициент теплоотдачи зависит от времени. Кроме того, при окрашенной рабочей поверхности формы а'і не стремится к бесконечности в первый момент, а имеет вполне конечную вели­ чину, равную Япок : бпок-

С помощью формулы можно также учитывать влияние зазора при изготовлении изделий методом выдувания.

74

Определение коэффициентов теплоотдачи со вспомогательных поверхностей форм. Как известно, теплоотдача с поверхности на­ гретого тела происходит конвекцией и лучеиспусканием. Поэтому суммарный коэффициент теплоотдачи определяется как сумма:

а = ас -{- а л,

где ас —коэффициент теплоотдачи соприкосновением; ал —коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием.

Величина а зависит от расположения поверхностей, отдающих тепло, от их вида и температуры.

Коэффициент теплоотдачи ас для свободного движения воздуха или газа обычно определяют по формуле М. А. Михеева [27]

Nu = С (Gr ■Рг)п

где Nu — критерий Нуссельта; Gr — критерий Грасгофа; Яг — критерий Прандтля.

Значения коэффициента С и показателя п выбираются в зави­ симости от произведения СгРг. В рассматриваемых нами случаях значение этого произведения находится в пределах

1013> (G rP r)> 2 - ІО7,

поэтому берется С= 0,135; п =

3

При этих значениях, формула будет иметь вид:

_і_

Nu = 0,135 (GrPrf ,

или

а с = 0,135- у У GrPr,

где %— коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/м-°С;

d — определяющий размер детали (для цилиндрических и ша­ ровых поверхностей — диаметр, для плит — высота), м.

С изменением температурного напора коэффициент теплоотдачи соприкосновением изменяется незначительно. Так, например, при

4ов = 200° Сссс~ 10 Вт/м2-°С,

а при tnoB = 400°С etc~ 12,5 Вт/м2-°С.

Формула применима для вертикальных поверхностей. Для верх­ них горизонтальных поверхностей рекомендуется брать значения коэффициента теплоотдачи ас на 30% больше, а нижних (но не контактирующих со столом машины)— на 30% меньше получен­ ного по формуле [27].

В условиях вынужденного турбулентного движения жидкости или газа учитывают характер их движения.

75

Для случая поперечного обтекания одиночных труб воздухом при числе Рейнольдса больше ІО3 можно применить формулу:

0,221 I wd -ф.б

или газа в трубах коэффициент теплоотдачи соприкосновением определяется по формуле:

„,0,8

а = ß —— Вт/м2 • °С. d0-2

В формуле обозначения прежние. Для воздуха с температурой 20, 100, 200, 300, 400, 500 и 600° С значения коэффициента В будут равны соответственно 3,8; 3,26; 2,9; 2,6; 2,4; 2,2 и 2. Для воды с температурой 20, 40, 80 и 100° С значения коэффициента В будут равны соответственно 1940, 2330, 3060 и 3340.

Коэффициент теплоотдачи излучением подсчитывают по фор­ муле теплообмена между двумя серыми телами, из которых одно

риментально суммарный коэффициент теплоотдачи определяется по формуле

а _ C m (t— tn)

F x(t3 — tB)

Величина Cm(t—tH) представляет собой теплосодержание на­ гретого тела. В условиях производства экспериментальное опре­ деление коэффициента теплоотдачи не представляет затруднений и позволяет внести поправки, учитывающие конструктивные осо­ бенности формы, в тепловой расчет,

76