Файл: Степнов И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 112
Скачиваний: 1
Для облегчения расчетов целесообразно исключить из расчет ной формулы время т, подставив вместо него значения, определен
ные по формуле (IV.8). |
0,6. Тогда |
Относительная температура при F0 = 0,3, Ѳ= |
|
кф= ^ * - + 0 ,3 5 - 1 0 % Ѵ ^ |
(VI.4) |
где hc и Лф — полные толщины стенок, мм.
Зависимость между толщинами стенок по величине изменения теплосодержания за цикл прессования определится из условия теп
лового баланса по формуле |
|
|
|
||
|
°.726ф(^ к - ^ „ )Ѵ ; |
ln 1,27 |
a3F3V3TK |
||
|
К = |
С2Р2АѴ2 |
|
|
(VI.5) |
|
|
|
|
|
|
где |
Дѵ2— изменение |
избыточной температуры |
соответствующей |
||
tzK, |
детали пресс-формы за цикл прессования, °С; |
||||
hu— конечная |
и начальная температуры |
по |
формующей |
||
|
поверхности, ° С; |
|
|
|
|
|
Ѳ — относительная температура изделия; |
|
|
||
|
V — избыточная температура |
на вспомогательной поверх |
|||
|
ности, ° С; |
теплоемкость |
материала |
пресс-формы, |
|
|
С2— удельная |
||||
Д ж / (кг -° С).
При расчете принято, что температура по толщине стенки фор мы изменяется по линейному закону и за период контакта рас пространяется на полную ее толщину.
Для упрощения расчетов воспользуемся приближенным опре делением температурной кривой, принимая ее за параболу /г-го
порядка. |
по урав |
Среднюю температуру стекла в стенке определяют |
|
нению |
|
1 |
|
t.ік— t1н n + 1 ( h H— h n ) - |
|
Аналогично определяют и температуру для деталей пресс-форм |
|
1 |
|
^2К — ^2н ' П-f- 1 i h n ^2н)* |
|
Принимая ориентировочно значения показателей параболы для |
|
стекла Пі= 2, для пресс-формы «2= 1, получим |
|
/^ = 2.ClGl.^i.H- -*!">. |
(VI.6) |
3 C 2G 2 ( i 2n — ^2ff) |
|
Для всех марок стекол теплофизические свойства изменяются незначительно. В связи с этим можно считать, что по тепловому режиму толщину стенок можно определять по формуле (VI.6), уточняя в каждом случае значения температур.
124
График зависимости толщин стенок пресс-форм от времени их контакта со стекломассой, определенной по некоторым из приведен ных выше формул, представлен на рис. 57. Для сопоставления теоретических формул проведен анализ толщин стенок матриц пресс-форм, применяемых стекольными заводами.
Определенной закономерности между временем контакта и тол щиной стенок матриц пресс-форм, находящихся в эксплуатации на стекольных заводах, не имеется. В большинстве случаев толщины стенок берутся значительно большими, чем это требуется для на дежной, высокопроизводительной и долговечной работы прессформы.
Рис. 57. График зависимости |
Рис. 58. График зависимости |
толщины стенок матриц |
толщин стенок матриц пресс- |
пресс-форм от времени их |
форм от толщины стенок |
контакта |
изделия |
Кривые 1 и 2 (см. рис. 57) построены на основании вычислений по формуле (VI.2) при значениях коэффициентов температуро проводности чугуна, соответственно Дф= 1,3-10-5м2/с и а'ф =1,1м2/с, кривая 3 — по формуле (ѴІ.З), при значениях коэффициентов акку муляции тепла для чугуна
__\_
Ьч= 13,4-ІО3 Вт/(м2-с 2 -°С), для стекла — __і_
йс = 2-103 Вт/(м2-с 2 -°С); |
кривая |
4 — по |
формуле |
(ѴІ.З) для |
пресс-форм из бронзы БрАЖ-9-4 при |
|
|
|
|
|
_ _і_ |
|
|
|
йбр = 20,7-103 Вт/(м2 • с |
2 -°С) |
и абр = |
2,14-10~5 |
м2/с. |
Аппроксимирующая прямая 5 получена из результатов анализа пресс-форм различных заводов.
Кривая 6 — возможный вариант аппроксимации толщин стенок матриц некоторых заводов.
Все рассмотренные кривые при т ^ ІО с расположены в зоне за висимостей между временем контакта и толщиной стенок в пресс
125
формах, применяемых на стекольных заводах, что свидетельст вует о их пригодности.
С учетом требований к жесткости конструкции за исходную аппроксимирующую прямую 5 для чугуна СЧ 21-40 может быть принята формула
Лф = 30 + 0,3т. (VI.7)
График зависимости толщин стенок матриц пресс-форм от тол щины стенок изделий показан на рис. 58.
Прямая 1 является аппроксимирующей для толщин стенок чу гунных матриц, применяемых на многих стекольных заводах. Она может быть выражена формулой
Аф = 30 + Ас. |
(VI.8) |
Кривыми 2 и 3 отмечено рекомендуемое поле отклонений тол |
|
щин стенок матриц. Кривая 4 рассчитана по формуле |
|
А*= 20 + 4УьГ. |
(VI.9) |
Прямая 5 построена по формуле (VI.2) при значениях коэффи циентов температуропроводности: для чугуна ач= 1 ,Ы 0 -5 м2/с и для стекла БС-8-17 ас= 0,6- ІО-6 м2/с.
Зависимость, представленная прямой 1, может быть рекомендо вана при определении толщин стенок раскрывных матриц из чу гуна СЧ 21-40. Кривой 6 отмечены предельные значения толщин стенок матриц чугунных пресс-форм.
Кривая 4 может быть использована как оптимальная зависи мость между толщинами стенок в случае прессования стекол типа хрусталь, полухрусталь и простое бесцветное. Прямая 5, вы раженная формулой /іф= 4,3/гс, не может дать точного результата вследствие того, что не учитывает фактическую аккумуляцию тепла деталями формы.
Приведенные зависимости позволяют ввести некоторые законо мерности при определении толщин стенок матриц пресс-форм с уче том основных факторов для широкого диапазона изменения тол
щин стенок изделий. |
стенок можно |
Для нераскрывных чугунных матриц толщины |
|
определить по формуле |
|
/гф = 25 + Лс, |
(VI.10) |
а для стали 4X13 по формуле |
|
Лф = 20 + /іс. |
(VI.11) |
• На рис. 59 представлены кривые зависимости безразмерного отношения толщин стенок матриц к толщинам стенок изделий от толщин стенок последних, полученные на основании анализа пресс-форм ряда стекольных заводов. Из кривых рисунка видно, что по мере увеличения толщин стенок стеклянных изделий без размерное отношение толщин Л убывает по гиперболическому закону. Для большинства пресс-форм эта зависимость вписы вается в зону, представленную формулами
Д= 50: he;
126
Д= 30 : hc (см. кривые / и 2 на рис. 59). Аппроксимирующую кривую 3 можно выразить формулой
Д= 40:АС. |
(VI.12) |
Наибольшие, значения безразмерного |
отношения А принимают |
в пресс-формах для тонкостенных стеклянных изделий. При этом существенной разницы в значениях при ручном и машинном изго товлении изделий не обнаруживается.
Безразмерное отношение толщин для переходной области от стенки к дну обычно оказывается несколько меньше, чем для верх ней части матрицы. Значение А для дна независимо от конструкции матрицы (цельной, раскрывной, с поддоном или без поддона) при-
Рис. 59. Кривые зависимо |
Рис. 60. Кривые зависимости без |
|||||
сти |
безразмерного |
отноше |
размерного |
отношения |
толщин |
|
ния |
толщин |
стенок |
матриц |
в функции |
диаметра |
изделия |
к толщинам |
стенок изделий |
|
|
|
||
близительно такое же, как и для верхнего торца матрицы. Однако в действительности абсолютная толщина донной части формы не сколько больше, так как в большинстве случаев в донной части стеклянного изделия толщина стенок больше, чем в верхней.
Приблизительно такой же гиперболический характер имеет за кон изменения безразмерной толщины в зависимости от диаметра формующих поверхностей. Эта зависимость (рис. 60, кривая 1) приближенно описывается формулой
А = 850 : D. |
(VI. 13) |
Кривая 2 построена по результатам анализа пресс-форм за водов.
В рассматриваемых случаях требования к толщинам стенок об условливались не только термическими, но и силовыми факторами, что необходимо учитывать при проектировании стеклянных изделий и пресс-форм.
Определение оптимальных толщин стенок деталей пресс-форм из условий прочности и жесткости. Анализ работы пресс-форм в условиях производства показывает, что для обеспечения их
127
надежной и долговечной работы необходимо определять оптималь ные значения толщин стенок из расчетов на прочность и жесткость.
Установлено, что при недостаточной жесткости пресс-форм упру гие деформации от воздействия усилия прессования часто являются одной из причин возникновения посечек на изделиях.
Опасность появления дефектов этого вида особенно резко воз растает в случае прессования тонкостенных изделий.
Этим объясняется применение на многих стекольных заводах массивных толстостенных пресс-форм.
Однако увеличение толщин стенок свыше определенной вели чины приводит одновременно к увеличению в них напряжений и ус корению возникновения сетки разгара.
Следовательно, как по тепловым параметрам, так и по прочно стным, толщины стенок должны иметь оптимальные значения.
Для определения оптимальных значений толщин стенок деталей форм из условий прочности воспользуемся формулой (V.20) сум марных напряжений для круглой пластинки, опертой по контуру.
Продифференцировав формулу и приравняв полученное выра жение нулю, получим
h = |
3 (3+ ц) (1 — р) KPd2 |
||
8 |
$Eq |
||
|
|||
В качестве примера определим^ в функции толщины стенки на пряжения в плоской круглой матрице из серого чугуна СЧ 21-40
диаметром 400 мм при давлении |
ІМПа (10 кгс/см2) и осредненном |
|
тепловом потоке 200ІО3 Вт/м2-°С. |
||
Для чугуна |
принято А, = 42 |
Вт/м2-°С, £ = 0,7-ІО5 МПа, ß = |
= 12-ІО-6 1/°С, |
р = 0,17. Напряжения от внешнего давления и пере |
|
пада температур определяют отдельно, а затем алгебраически сум
мируют о = oPmax + |
а^ах. |
|
|
Подставив значения, получим |
|
||
ар |
3(3 + |
0,17) 1-106-200а-10~6 |
= 4,75 • 104Д 2 sé 5 ■104/z~2. |
m a x |
|
8/і2 |
|
|
|
|
|
m a x |
200- ІО3-0,7- ІО1112- 10~6/г |
= 2,40-109/і Па. |
2-42(1 — 0,17) |
|
|
|
|
График зависимости величины напряжений от толщины стенок пресс-форм представлен на рис. 61.
Оптимальная величина стенки из условий прочности будет при минимальном значении суммарных напряжений.
В рассматриваемом случае оптимальное значение толщин сте нок находится в пределах 30—35 мм. При меньших значениях тол щин стенок суммарные напряжения резко возрастают.
При повышении толщин стенок более оптимальных значений на пряжения возрастают, но более плавно.
128
