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

Приняв Е2= Е3, аз = а2 при <3*370° СЛп~450°С, *в = /в = 20°С,

получим

*о= '

1+ 0,8 —

т4

Для комплекта пресс-форм, состоящего из одной матрицы, от­ ношение будет Тц: т4~ 5 и xQ^ 0 ,2 h

С увеличением количества матриц в комплекте отношение тц : Т4

приближается к единице, а ‘ нейтральная плоскость — к середине матрицы.

Для анализа температурных полей, напряжений и деформаций целесообразно установить зависимости их от величины тепловых потоков. Если через стенку в направлении, перпендикулярном ее

плоскости, проходит тепловой поток д=К — , то напряжение по- dh

перек стенки распределяется по закону, аналогичному закону из­ менения температуры. Если принять при ориентировочных расчетах линейный закон изменения температур, то получим

< Ѵ Л 6 >

Из выражения (Ѵ.16) следует, что максимальные термические напряжения прямо пропорциональны интенсивности теплового по­ тока и толщине стенки. При заданной толщине стенки матрицы температурные напряжения в ней за цикл прессования будут из­ меняться соответственно изменению теплового потока.

На четвертом этапе подготовки матрицы к следующему циклу происходит теплосток одновременно с формующих и вспомогатель­ ных поверхностей. Тепловой поток на этом этапе согласно закону Ньютона — Рихмана: д = агЦг — t-в).

90

Принимая за период четвертого этапа коэффициент теплоотдачи и температуру формы постоянными, перепад температуры опреде­

ляют по формуле

Аt = — 0C3Z( k ~ Q .

X

Изменение напряжений в период контакта формующих поверх­ ностей со стекломассой можно представить формулой

где Z — глубина прогретого слоя.

Подставляя значения удельного теплового потока и глубины прогретого слоя, напряжения можно выразить в следующем виде

м2-°С-с —

2

£ = 0,8-10" Па; ß= 12-10~61/°С; р = 0,17; Я = 42 Вт/(м°С)

формула примет вид

а = 5,8- ІО5 (t2K— t2H) Па,

соответственно для стали 4X13

а = 16,7- ІО5 (t2K— t2н) Па.

Из рассмотренных формул следует, что при граничном условии первого рода величина напряжений зависит не от времени кон­ такта со стекломассой, а лишь от теплофизических свойств кон­ тактирующих материалов.

Термические напряжения в пресс-формах из стали 4X13 в 2,5 раза больше, чем в чугунных.

Для четвертого этапа величину напряжений определяют под­

В данном случае величина температурных напряжений при прочих одинаковых параметрах будет зависеть от времени этапа Т4.

Для пресс-форм из серого чугуна СЧ 21-40 формула примет вид

<т = 93а2 (к — tB) V r 4.

Для стали 4X13

а = 274аз (t2—tB) Ѵ ч -

91

На рис. 48 представлены кривые изменения теплового потока

из стекла БС-18-17. При толщине стенок изделия 6—7 мм времен­ ной режим в случае прессования на прессовой стеклоформующей машине типа ЭПР следующий:

подача стекла Ті = 8 с; прессование и выдержка под давлением т2 = 4 с;

выдержка в матрице без давления т3= 15 с; матрица без стекла Т4= 5 с; полный цикл Т4= 32 с.

Амплитуда колебаний температуры по формующим поверхно­

быстрому образованию на них трещин и выходу пресс-формы из строя. Особенно быстро возникают трещины при прессовании из­ делий из термостойких стекол.

Суммарное напряжение для круглой пластинки, опирающейся по контуру, определится как алгебраическая сумма

В реальных условиях эксплуатации форм неравномерное рас­ пределение температур бывает не только по толщине стенок, но также вдоль радиуса матрицы или пуансона. Обычно температура в средней части плоских матриц выше, чем по периферийным уча­ сткам. Величина перепада температур звисит от конструктивного исполнения матриц. Выточка по торцу данной части матрицы, ча­ сто предусматриваемая при конструировании форм, приводит к резкому возрастанию перепада температур.

92

Неравномерное распределение температур вдоль радиуса с уменьшением их к краю вызывает возникновение дополнительных сжимающих напряжений в средней части и растягивающих — в крайних.

Если выразить закон изменения температур вдоль радиуса матрицы формулой

^ Ч ^ ц - П ) - С Г ц - ^ к ) ( у ) 2’

то получим следующие выражения для определения напряжений вдоль радиуса:

ar = - 0 ,2 5 ß £ (Тц- Т к) ( і - ^ ) ;

а 0= —0,25ߣ (Тң—Тк) /і —3 - ^ j ,

где Гц— температура в центре пластины; Тк — температура у контура.

Полные напряжения в любой точке определяются как алгеб­ раическая сумма соответствующих напряжений от внешних нагру­ зок, перепадов температур вдоль радиуса и по толщине стенок.

Из практики эксплуатации пресс-форм известно, что при недо­ статочной жесткости ее конструкции на отпрессованных изделиях обнаруживаются посечки и другие дефекты. Опасность возникно­ вения посечек возрастает с уменьшением толщин стенок изделий, особенно по краям. В ряде случаев вследствие деформации дета­ лей пресс-форм отпрессованные изделия имеют разнотолщинность более допустимых значений. Это свидетельствует о необходимости определения деформаций деталей пресс-форм и ограничении их величин соответствующими допусками. Кривизну, угол поворота и прогиб в любом сечении можно определить методом суммирования деформаций от действия внешних нагрузок и температурных пере­ падов, основываясь на принципе независимости действия сил.

Аналогично угол поворота любого сечения ф= фР + фг. Кривизна пластины от действия внешних нагрузок и перепада

При выбранном положении осей координат кривизну считают положительной, если с увеличением абсциссы первая производная

— = tg ф возрастает, и отрицательной, если она уменьшается. dz

г

93

Кривизна пластинки в диаметральном ее сечении, вызванная дей­ ствием внешней равномерно распределенной нагрузки при малых значениях прогибов, равна

1 d2w _ dtp

Р(р) dz2 dz

Из формулы (V.24) следует, что кривизна по радиусу пластины является величиной переменной. Отсюда для получения постоян­ ного значения кривизны по формующей поверхности толщина пла­ стины, а следовательно, и жесткость ее должны быть перемен­ ными. Минимальная толщина матрицы при этих условиях будет по внешнему контуру при r = R и определяется из выражения

Выразив перепад температуры по толщине стенки через удель­ ный тепловой поток, получим

В данном случае при прочих одинаковых условиях увеличение кривизны в середине пластины обусловлено возрастанием внешней нагрузки. Отношение кривизны от действия внешней нагрузки по краю Ккр к кривизне в центре Кщ> равно

Ккр_ 2цР0

К ^ “ ( 3 + ц ) Р ‘

При равномерной толщине пластины влияние жесткости исклю­ чается. При одинаковой толщине стенки и одинаковых условиях теплоотдачи по вспомогательным поверхностям /Скг= Лцг.

К аналогичным выводам приходим, если перепад температур выразить через тепловой поток q:

94