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

При охлаждении поверхностей деталей пресс-форм водой теп­ лоотдача происходит лишь за счет конвекции, так как тепло­ отдача лучеиспусканием отсутствует.

Величина коэффициент^ теплоотдачи ас для воды в сотни и тысячи раз больше, чем для воздуха, например, при охлаждении

в тяжелых температурных условиях. Обычно их охлаждают водой, подаваемой по специальным каналам.

Представляет большой практический интерес установление за­ висимости коэффициента теплоотдачи от разности температур

охлаждающей среды.

Максимальное значение коэффициента теплоотдачи бывает при пузырьчатом (ядерном) режиме кипения.

Для воды при атмосферном давлении критическое значение коэффициента теплоотдачи а к = 46 500 Вт/м2 К при АГК = 23—27 К.

Критическая тепловая нагрузка

<7к = а кАГк = 1,16-10° Вт/м2.

Наиболее интенсивное охлаждение деталей прес-форм будет происходить в области докритических температурных напоров и тепловых нагрузок [27]. При небольшой скорости движения воды коэффициент теплоотдачи при кипении значительно выше коэф­ фициента теплоотдачи без кипения и практически не зависит от скорости.

Сочетание процесса ядерного кипения с вынужденным движе­

нием воды дает еще большее возрастание коэффициента тепло­ отдачи.

77

Пресс-формы рационально охлаждать горячей водой с паро­ образованием. При этом охлаждение осуществляется более плавно, не вызывая резких перепадов температур по толщине стенок, а следовательно, и резких колебаний напряжений в деталях форм.

При этом способе охлаждения пресс-форм расход воды значи­ тельно сокращается за счет расхода тепла на парообразование

2,25ІО3 кДж/кг (539 ккал/кг).

Количество воды, потребной на охлаждение

_____ С*изб_____ кг, Сі (100-0 + с,

где QII36 — избыточное количество тепла, Дж;

С1 — удельная теплоемкость воды, Дж/кг-°С; Сг — удельная теплота парообразования, Дж/кг-°С.

Весьма эффективным является также охлаждение пресс-форм распыленной водой.

Контактный теплообмен. Детали пресс-форм контактируют между собой, а также с другими деталями стеклоформующих ма­ шин. Как правило, температуры этих деталей различны, а следо­ вательно, между ними происходит теплообмен. Температуры со­ прикасающихся поверхностей двух тел, через которые проходит тепловой поток, будут одинаковы только в случае идеального кон­ такта между ними. В действительности контакт происходит по отдельным точкам (пятнам). В некоторых случаях между контак­ тирующими поверхностями оказывается довольно значительный воздушный зазор, который существенно влияет на термическое сопротивление и величину теплового потока через зону контакта.

Термическое сопротивление фактического контакта зависит от физико-механических свойств контактирующих материалов и ве­ личины давления в зоне контакта. Проводимость контакта ухуд­ шается при увеличении высоты микронеровностей соприкасаю­ щихся поверхностей.

. При малых давлениях сжатия (менее 0,1 Па) и дискретном характере контакта основная часть теплового потока передается через газовую прослойку контактной зоны. При более высоком давлении сжатия основная часть тепла передается через места непосредственного соприкосновения.

Величину термического сопротивления фактического контакта можно ориентировочно оценить выражением

78

(хк — общая термическая проводимость контакта.

Общую термическую проводимость контакта определяют сум­ мированием термической проводимости фактического контакта и термической проводимости воздушной среды ас= Тс :Rz-

При отсутствии контакта металлических поверхностей терми­ ческим сопротивлением микронеровностей пренебрегают и рас­ считывают лишь термическую проводимость (или термическое со­ противление) воздушной прослойки.

Тепловой поток, проходящий через газовую прослойку, обра­ зуется за счет теплоизлучения qR и теплопроводности qT:

q = qn + q-r-

Недооценка влияния контактного теплообмена при проектиро­ вании форм приводит к серьезным нарушениям теплового режима при выработке стеклянных изделий.

7. Тепловой расчет основных деталей форм

Тепловой расчет матриц. Тепловой расчет матриц состоит в сле­ дующем.

1. Определяют толщину стенок и донной части из условий ак­ кумуляции тепла, поступающего от изделия.

2.Определяют время контакта со стекломассой и продолжи­ тельность цикла прессования.

3.Проверяют выбранные размеры по тепловому балансу или

тепловому потоку в трех характерных точках: дно, стенка—-низ

истенка—верх.

4.Определяют коэффициент теплоотдачи аз и устанавливают

способ охлаждения.

5. Определяют необходимую площадь вспомогательных холод­ ных поверхностей по отношению к формующим.

6. Рассчитывают оребрение по формуле

где аПр — приведенный коэффициент теплоотдачи; рс площадь оребренной поверхности.

79

При коэффициенте оребрения W = Fpc : F3 = 1,5 передача тепла увеличивается примерно вдвое.

7. Определяют количество матриц в формовом комплекте. Тепловой расчет пуансонов. Тепловой расчет пуансонов вы­

полняют аналогично тепловому расчету матриц.

При упрощенном расчете теплопередачи определяют как для плоской стенки по общим формулам.

Погрешности в расчетах учитывают введением поправочных ко­ эффициентов на кривизну и другие факторы. По центральной части вспомогательных поверхностей плоских пуансонов целесообразно делать оребренпе с целью выравнивания температур по формую­ щей поверхности.

Контуры камеры охлаждения (холодных поверхностей пуан­ сонов) для изделий со средней и глубокой полостями делают гео­ метрически подобными контуру наружной поверхности пуансона.

Стенки пуансонов должны быть равномерными по толщине. В случае водяного охлаждения рекомендуется толщину стенок де­ лать переменного сечения с утолщением на 10—20% к рабочему торцу. При глубине полости h :d > 1 в верхней части камеры ох­ лаждения целесообразно делать теплоизоляцию. Это обусловлено тем, что удельные тепловые потоки от стекломассы к формующим поверхностям и от поверхностей в окружающую среду должны

быть одинаковые, т. е. <7с = 7п= <7срПри ручном прессовании пуансоны целесообразно охлаждать

главным образом по внутренней камере охлаждения горячей водой за счет парообразования.

При определившемся темпе работы количество воды, потреб­ ной для охлаждения, регулируют путем открытия краника на опре­ деленное количество капель в минуту.

Количество воды для охлаждения пуансонов с глубокой по­ лостью зависит от толщины стеклянных изделий, а следовательно, и времени контакта со стекломассой.

Аналитически расход воды определяется из условия

/О Q n ----- Q k o h b

80