Файл: Степнов И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 103
Скачиваний: 1
8.Определяют количество тепла Qi, теряемого стекломассой за время прессования.
9.Определяют продолжительность охлаждения изделия.
10.Составляют уравнение теплового баланса распределения тепла, отданного стекломассой деталям пресс-формы и окружаю
щей среде: Qi = Qm+ Q ii+ Qk+ Qokp.
11.Производят тепловой расчет отдельно матрицы, пуансона и кольца по уравнению теплового баланса или плотности теплового потока.
12.Из условий равенства установившихся температур формы определяют количество, отводимого или поступающего дополни тельно тепла для ка.ждой детали формы.
13.Определяют коэффициент теплоотдачи по вспомогательным поверхностям и устанавливают способ охлаждения.
2. Тепловое взаимодействие стекломассы с формующими поверхностями форм
Вопрос о взаимодействии стекла и формующих поверхностей деталей форм пока изучен слабо, вследствие чего о температурном поле пограничного слоя высказываются противоречивые мнения: одни авторы говорят об идеальном контакте, другие вообще отри цают его. Это объясняется тем, что пока нет еще надежных теорети ческих и экспериментальных данных, необходимых для расчета.
В реальных условиях эксплуатации форм температурное поле в зоне контакта существенно влияет на качество изделий, произво дительность процесса и стойкость форм, поэтому его исследование необходимо для получения исходных данных к их расчету.
Тепловое взаимодействие стекломассы с формующими поверхно стями форм можно рассматривать как взаимодействие двух полуограниченных равномерно нагретых тел с различными термическими коэффициентами и тепловой изоляцией их боковых поверхностей, имеющих разные начальные температуры, которые в начальный мо мент времени приведены в соприкосновение своими неизолирован ными поверхностями.
Теплообмен между контактирующими телами происходит тепло проводностью по закону Фурье, т. е. имеют место граничные условия
четвертого рода.
Такая постановка вопроса достаточно достоверно отражает усло вия теплового взаимодействия стекломассы и формующих поверхно стей, удаленных от края формы.
Математическая формулировка задачи в общем виде может быть представлена следующей системой дифференциальных уравне
ний теплопроводности: |
|
|
|
|
dtc (х, т) _ |
с |
дЧс (X, т) . |
(т> 0; |
л:>0); |
бт |
б*2 |
|
|
|
діф (X, Т) _ |
„ |
дЧф (X, т) , |
(т> 0; |
х < 0). |
дх |
|
|
|
|
50
Здесь индекс с относится к стекломассе, а ф — к контактирую щей с ней поверхности формы. Начало координат располагают в месте соприкосновения контактирующих поверхностей стекло
массы |
и формы (рис. 35). Краевые условия, |
соответствующие ус |
||
ловиям работы, записывают следующим образом: |
||||
в начальный момент времени tc(x, 0) = t c.„, t<b(x, 0) =£ф.н; |
||||
в точках, |
бесконечно удаленных от поверхности контакта, |
|||
|
dt ( + |
, т) _ |
діф (—со, т) _ Q. |
|
|
дх |
|
дх |
|
на |
поверхности |
контакта |
Форма |
|
|
МО, т) = М 0, х)- |
|||
|
Стекло |
|||
Из условия идеального контакта по контактирующим поверхностям полу чаем
dtc (0, т) _ |
Яф діф (0, т) |
|
дх |
Хс |
дх |
Приведенные |
условия |
справедливы |
для всех деталей, контактирующих со стекломассой, предусмотренных кон струкцией формы.
Решение дифференциального урав нения теплопроводности в этом случае приводит к уравнениям [24]
tc (Хі, т) Іф. н
t-Фм_ —
1
/ / / / / / / / / / / / / / . ■ / / / / / / / / / / /
( УфПфСф |
hücCc ( |
77777777777777,7777777777*
Рис. 35. Схема расположения координат в месте соприкосно вения контактирующих поверх ностей стекломассы и формы
|
|
ттЫ 1+-^ тсггЬ |
" [Ш х > 0 ; |
<1Ѵ'2) |
|||
|
I ( ^ 2 > |
----- ^Ф- Н _ |
К'ь |
erfc— ^ |
, при х<С0, |
(IV.3) |
|
|
0ф=- |
|
Кв |
|
2 V афх |
|
|
|
t c . Н ' |
|
|
|
|
||
где |
т — продолжительность соприкосновения тел; |
|
|||||
|
Ѳс, Ѳф — относительные температуры стекла, формы; |
|
|||||
|
tc, — температуры |
стекла, формы в |
точках на расстоя |
||||
|
нии X от поверхности в момент времени т; |
|
|||||
tc,и, ?ф.н— исходные температуры |
соприкасающихся тел; |
|
|||||
|
ас, йф — коэффициенты температуропроводности соприкасаю |
||||||
|
щихся стекла и формы; |
|
|
|
|||
|
Кв — отношение тепловых |
активностей; |
|
||||
|
ß |
_bi _ |
Y CiVi |
_ |
I '8; |
|
|
|
|
|
YK2 C2y 2 |
^2 Y^al |
|
|
|
где bf, |
bi — соответственно коэффициенты аккумуляции тепла стек |
||||||
|
ломассы и материала формы; |
|
|
||||
Аі, %2 — коэффициенты теплопроводности тел; |
|
||||||
си |
с2— удельные теплоемкости тел; |
|
|
||||
Yi, Y2 — объемные массы тел, |
|
|
|
|
|||
3* |
51 |
Функция erf (и), так называемая функция ошибок Гаусса
U
erf(u) = —p —f e~ui du, erfс (и) ~ 1— erf (и).
У п о
Из уравнений следует, что на поверхности соприкосновения при х = 0 температура устанавливается мгновенно и не зависит от вре мени, поскольку функция erf (и) в этом случае обращается в нуль.
Относительная температура поверхности соприкосновения
Ѳ" = Т ТѴ == вс = Ѳф = Ѳ0. |
(IV.4) |
При одинаковой тепловой активности контактирующих тел (Кв =
=1) относительная температура их в стационарном состоянии Ѳ= 0,5.
Вданном случае тепловая активность соприкасающихся тел раз лична, причем тепловая активность стекломассы значительно
меньше, чем материала формы. Следовательно, температура в зоне контакта будет Ѳк<0,5.
Формулу (ІѴ.4) можно развернуть, если учесть значения входя щих в нее величин:
Q _ _ |
^ ф . Н ___ |
Кв |
|
|
К. Н |
^ ф . Н |
1 " Г КВ |
|
|
Из данных формул определяем: |
|
|
||
J __ У с . Н Ч~ У ф . н |
(IV.5) |
|||
К |
Ъх+ ъг |
|||
|
||||
Из формулы (ІѴ.5) следует, что |
температура в зоне контакта |
|||
стекломассы с формой зависит от начальных температур и тепловых активностей взаимодействующих материалов.
При контакте стекла с более холодными стенками формы поверх ностный слой изделия быстро остывает вследствие теплоотбора формой.
Между изделием и стенками формы устанавливается определен ный температурный напор, который в первом приближении можно считать постоянным на этапах формообразования и фиксации формы изделия.
Качество поверхности стеклянного изделия в значительной сте пени зависит от начальных значений температур контактирую щих тел.
В процессе выработки изделий температура формы должна быть близка к тому значению температуры, при которой стекломасса обладает достаточными пластическими свойствами.
Начало размягчения стекломассы соответствует температуре ее отжига. Следовательно, при определении начальной температуры пресс-форм можно ориентироваться на температуру отжига данной марки стекла, т. е. tK~ t 0T}K.
Начальная температура пресс-формы должна равняться |
|
|||
^ ф - Н ' |
■^отж |
Ѳр*С.I |
(ІѴ.6) |
|
I — Ѳо |
||||
|
|
|||
52
Полученная формула дает возможность установить для каждого конкретного случая сочетания материала формы и изделия, интервал температур, обеспечивающий получение изделий высокого качества. Более низкие значения температур могут привести не только к кованости поверхности стеклянного изделия, но и к возникновению посечек из-за потери пластичности стекломассы.
Поддержание температуры формующих поверхностей пресс-форм на уровне температуры отжига для данной марки стекла обеспечи вает возможность пластических деформаций поверхностных слоев стекла, а следовательно, уменьшает вероятность образования посе
чек и кованости поверхности изделия.
Нагрев пресс-формы до более высокой температуры, чем темпе ратура отжига стекла, сопровождается прилипанием стекломассы к формующим поверхностям, более резким отпечаткам структуры поверхности формы и снижением ее стойкости, .
Для определения начальной расчетной температуры пресс-формы можно воспользоваться приближенной формулой:
Іф. н ^отж )
где /отж — истинная температура отжига прессуемой стекломассы; /а — амплитуда колебания температуры; t&= tK—£ф.п.
Следует отметить, что поддержание температуры формующих поверхностей при прессовании /к= С>тж служит лишь ориентировкой и не является для всех марок стекол верхним пределом из условий прилипания. Так, например, при прессовании стакана арт. 1212 из стекла ХС-18-17, для которого /0ТЖ= 425°С, в чугунной пресс-форме зафиксирована температура прилипания, равная 490° С. Для стекла БС-8-17 (/ОТЖ= 520°С) температура прилипания к чугунным прессформам наступает при 570—580° С. В обоих случаях температура отжига меньше температуры прилипания.
При прессовании изделий из стекла МКР-1 (С>тж = 650°С) в чу гунных формах верхний предел температуры также составляет 590—600° С, так как при дальнейшем повышении температуры прессформы наблюдается интенсивная коррозия формующих поверх
ностей.
Как установлено многочисленными экспериментами, температура прилипания зависит от свойств прессуемой стекломассы, материала пресс-формы, состояния формующих поверхностей, удельного дав ления прессования и времени контакта. Учет всех этих факторов одновременно представляет довольно сложную задачу.
В нашем случае решение упрощается, так как шероховатость по верхности и удельное давление в условиях прессования стеклянных изделий не могут оказывать существенного влияния на температуру прилипания из-за незначительного колебания их значений.
Шероховатость поверхности изделия (матовость) зависит от ше роховатости формующих поверхностей деталей пресс-форм.
Чтобы получить изделие с высоким качеством поверхности, фор мующие поверхности пресс-форм обычно обрабатывают не ниже,
53
чем V 8. Следовательно, шероховатость поверхности будет являться величиной постоянной.
При понижении чистоты формующей поверхности на один класс одновременно понижается примерно на 20—30° С и температура прилипания.
Удельное д&вление прессования существенно влияет на темпера туру прилипания. С повышением удельного давления прессования температура прилипания понижается. Этим объясняется более бы строе появление прилипания при прессовании тонкостенных изделий, требующих для формообразования более высоких давлений.
В практике прессования стеклянных изделий удельное давление обычно составляет ,0,4—0,8 МПа/(4—8 кгс/см2). Небольшие коле бания удельного давления не ока зывают существенного влияния
на температуру прилипания.
Из анализа полученных фор мул следует, что температура формующих поверхностей повы шается с увеличением начальных температур стекломассы и дета лей форм, а также с увеличени ем отношения их тепловой ак тивности.
Более высокие значения коэф фициентов тепловой аккумуляции контактирующей стекломассы при прочих одинаковых условиях при водят к возрастанию темпера туры в зоне контакта. Обратное влияние на величину температу
ры в зоне контакта оказывает материал деталей форм. Материалы с более высокими значениями коэффициентов тепловой аккумуля ции обусловливают более низкие значения температур в зоне кон такта.
Амплитуды колебания температур по формующим поверхностям также возрастают с увеличением разности начальных температур контактирующих поверхностей. При постоянной начальной темпера туре стекломассы амплитуды колебания температур возрастают
спонижением начальной температуры формующих поверхностей. На рис. 36 показана зависимость величин амплитуд колебания
температур от начальной температуры стеклоформующих поверхно стей форм для стекла БС-8-17 при использовании в качестве мате риалов для пресс-форм стали марки 4X13 (прямая 1), серого чу гуна СЧ 21-40 (прямая 2), бронзы БрАЖ-9-4 (прямая 3) и алю миниевого сплава АК-4-1 (прямая 4).
При неизменной температуре формующих поверхностей и возра стании начальной температуры стекломассы амплитуды колебания температур неуклонно возрастают для всех упомянутых выше мате риалов деталей пресс-форм (рис. 37). По мере распространения
54
