книги из ГПНТБ / Степнов И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий

И. Е. СТЕПНОВ [И- Е. ГЛАДШТЕЙН

КОНСТРУИРОВАНИЕ

ФОРМ ДЛЯ СТЕКЛЯННЫХ ИЗДЕЛИЙ

МОСКВА

«ЛЕГКАЯ ИНДУСТРИЯ

1974

6П7.3

С79

УДК 666.1.032.53.001.2

І-...г-~.'Л’*ДЙсг1е’язент канд. техн. наук А. А. Соколов

Степнов И. Е., | Гладштейн И. Е.

С79 Конструирование форм для стеклянных изделий. М., «Легкая индустрия», 1974.

208с.

Вкниге рассмотрены вопросы конструирования, изготовления и экс­ плуатации форм для производства стеклянных штучных изделий различ­ ного назначения. Особое внимание уделено тепловому и прочностному расчетам пресс-форм, выбору материалов, определению оптимальных толщин стенок деталей пресс-форм, а также расчету размеров форму­

ющих поверхностей. Приведены способы повышения сроков службы пресс-форм, рассмотрены рациональные методы их эксплуатации, ре­ монта, транспортировки и хранения.

Книга предназначена для инженерно-технических работников сте­ кольной промышленности и может быть использована студентами вузов соответствующих специальностей.

© Издательство «Легкая индустрия», 1974 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В нашей стране обеспечен высокий уровень раз­ вития всех отраслей народного хозяйства и в част­ ности стекольной промышленности. По производ­ ству стекла наша страна занимает одно из первых мест в мире.

В Директивах XXIV съезда КПСС по пятилет­ нему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 годы предусмотрено увеличение произ­ водства товаров культурно-бытового назначения и хозяйственного обихода в 1,8 раза. Полнее будут удовлетворяться растущие потребности в художест­ венных стеклянных изделиях и стеклянной столовой посуде. Значительно расширится их ассортимент.

Дальнейшая механизация выработки стеклян­ ных изделий требует углубления разработки науч­ ных основ проектирования форм. В то время как развитие науки о стекле достигло очень высокого уровня, многие вопросы расчета и конструирования форм остаются нерешенными. Это обусловлено спе­ цифическими особенностями процессов выработки штучных изделий из стекломассы и многопланово­ сти задач, возникших при конструировании форм.

Данная работа является попыткой разработки и обобщения материалов по расчету и конструирова­ нию форм.

Главы VII и XI написаны инженером| И. Е. Гладштейном 1, остальные — канд. техн. наук И. Е. Степ­ новым.

Замечания по книге просьба направлять по ад­ ресу: 103031, Москва, К-31, Кузнецкий мост, 22, изд-во «Легкая индустрия».

Гл а в а I

КОНСТРУИРОВАНИЕ СТЕКЛЯННЫХ ИЗДЕЛИИ

1. Требования к стеклянным изделиям

При конструировании форм для стеклянных изделий необхо­ димо иметь сведения об их назначении, конфигурации и разме­ рах, составе и свойствах стекломассы, характере производства и применяемом оборудовании.

Любое изделие должно максимально удовлетворять своему назначению. Назначение стеклянных изделий в известной степени определяет и технические требования к ним. Например, для сор­ тового стекла основными требованиями являются: удобство при­ менения и ухода, красивый внешний вид, художественность формы и отделки, достаточная термостойкость и химическая стойкость, отсутствие посечек, сколов и других дефектов. В то же врем» требования к точности формы и размеров для этого вида изде­ лий невысокие. В большинстве случаев достаточно, чтобы от­ клонения формы и размеров не обнаруживались при визуальном осмотре. Художественность и красоту изделий достигают подбо­ ром стекла, приданием заданной формы при выработке, оконча­ тельной отделкой и украшением поверхностей в холодном состоя­ нии. Стекло для изготовления изделий бытового назначения должно быть высокопрозрачным, бесцветным или окрашенным в какой-то цвет чистого оттенка, обладать блестящей полирован­ ной поверхностью.

Форма изделий сортовой посуды определяется прежде всего соответствием ее резервуара своему назначению. К стеклянным изделиям другого назначения предъявляются специфичные тре­ бования. Например, светотехнические стекла должны иметь точ­ ные размеры, особенно профиля, высокие термостойкость и свето­ вые характеристики, установленное качество поверхностей.

Изделия типа колпаков во взрывобезопасном исполнении, кроме того, должны обладать определенным запасом прочности, их испытывают внутренним давлением на механическую проч­ ность, а также на сопротивление ударным нагрузкам.

2. Основные положения при конструировании стеклянных изделий

Правильно сконструированное стеклянное изделие должно полностью удовлетворять своему назначению и условиям произ­ водства. Конструктивное исполнение изделий влияет на все по­ казатели процесса его выработки и обработки — качественные, количественные и экономические.

4

При конструировании изделия следует руководствоваться сле­ дующими рекомендациями о его форме, габарите, массе, поверх­ ности и толщине стенок.

Форма изделия. Изделия должны иметь возможно простей­ шую геометрическую форму — плоскую, цилиндрическую, кониче­ скую, сферическую или их сочетание. При выборе конструктив­ ных форм учитывают технологические возможности их получения. В принципе конфигурация изделия может быть любой, лишь бы она позволяла осуществлять формование выбранным способом и беспрепятственное удаление изделия из формы.

При этом конструкция формы должна быть достаточно про­ стой, удобной и надежной в эксплуатации. При конструировании изделия принимают меры для исключения его коробления после остывания. Коробление вызывается действием внутренних напря­ жений, возникающих в результате неравномерной усадки отдель­ ных элементов изделия.

Устранение или снижение коробления достигают выбором соот­ ветствующей формы поверхности изделия, подбором толщин сте­ нок, введением ребер жесткости, правильным оформлением пере­ ходов и т. д.

При выборе конструктивных форм изделий учитывают также специфические особенности предполагаемого способа их выра­ ботки. Так, например, при выработке способом прессования внут­ ренняя полость изделия должна иметь уклоны, позволяющие сво­ бодно удалять пуансон по окончании формования.

Внешняя форма изделия должна обеспечивать возможность преимущественного использования нераскрывных матриц. При разработке конструкции изделия на чертеже не следует задавать технологические уклоны в абсолютных величинах, а лишь допу­ скать их. Кроме того, конфигурация изделия при выработке спо­ собом прессования не должна препятствовать свободному тече­ нию стекломассы при заполнении пресс-формы.

Сопряжения поверхностей изделия должны быть без резких переходов. Придание обтекаемой формы изделию повышает его механическую прочность, снижает величину внутренних местных напряжений в сопряжениях, способствует резкому уменьшению брака по поселкам и сколам. Плавные сопряжения облегчают изготовление форм, повышают их стойкость, а также улучшают

ляют технологическими возможностями их изготовления в задан­ ных условиях производства.

Наибольшие размеры изделия ограничиваются техническими характеристиками стеклоформующих машин, возможностями из­ готовления форм и пр.

Масса изделий ограничивается техническими возможностями выполнения наборки порции стекломассы и ее формования. Ме­ ханические капельные питатели '(фидеры) различных типов обес­ печивают подачу капли от нескольких граммов до 12 кг (например,

5

питатель МП-12 к прессующей стеклоформующей машине АПР-11).

В принципе современная стекольная промышленность имеет технические возможности для изготовления изделий от мельчай­ ших, размером в несколько миллиметров, до крупногабаритных, размером 1 м и более.

Оформление торцов деталей. Оформление торцов имеет ис­ ключительно большое влияние на прочность н термостойкость стеклянных изделий. Торцы предохраняют края изделия от по­ ломки, предотвращают коробление, облегчают формообразование и извлечение изделий из формы. Целесообразно верхний торец делать несколько утолщенным.

делий.

Примеры оформления верхнего и нижнего торцов стеклянных изделий показаны на рис. 1 и 2.

Радиусы закруглений. На стеклянных изделиях необходимо предусматривать закругления с наружной и внутренней сторон. Закругления способствуют уменьшению величины и колебаний усадки, облегчают течение стекло-массы в пресс-форме при фор­ мообразовании. Острые кромки на изделии, необходимые по чисто конструктивным соображениям, также должны быть закруглены радиусом 0,5 мм.

Минимальные радиусы закруглений рекомендуется брать для наружных поверхностей в пределах R= (0,25—0,5) h, а для внут­ ренних— /?=(0,4—0,6) h, где h — толщина стенок.

Качество поверхности. Качество поверхности изделий характе­ ризуется шероховатостью, волнистостью, макрогеометрией и фи­ зико-механическими свойствами поверхностного слоя.

6

Шероховатость изделий характеризуется сравнительно неболь­ шими неровностями, расположенными в более или менее законо­ мерной последовательности. Ориентировочно можно считать, что отношение шага шероховатостей U к высоте hi не превышает 50

(рис. 3).

Шероховатость поверхностей стеклянных изделий зависит от способа их изготовления. Обычно микронеровности образуются как следы (отпечатки) шероховатостей формующих поверхностей форм. Для прессованных изделий шероховатость поверхности ориентировочно такая же, как поверхностей формы и находится в пределах 8—10 кл. чистоты, ГОСТ 2789—59. У изделий, полу­ ченных способом выдувания, шероховатость меньше и обычно соответствует 10—12 кл. чистоты. Волнистость определяется нали­ чием на поверхности мно­ гократно и закономерно повторяющихся более или менее одинаковых волн, близких к синусоиде, с отношением шага /2 к высоте от 150 до 500.

Волнистость образуется

врезультате копирова­

ния профиля формы и ис­

геометрическими отклонениями от правильной геометрической формы (овальность, конусность, бочкообразность, седлообразность, и т. д.). У макрогеометрических отклонений соотношение между протяженностью поверхности /3 и соответствующим откло­ нением /і3 может быть выражено неравенством l/h> 1000. Такие отклонения являются следствием погрешности формы, темпера­ турных деформаций и пр.

Качество поверхности должно удовлетворять требованиям ГОСТ, ТУ или эталонов.

Высокое качество изделия (в частности, его поверхности) обес­ печивается рядом конструктивных и эксплуатационных факторов.

Толщина стенок. Толщина стенок зависит от назначения стек­ лянного изделия и технологических особенностей выбранного спо­ соба выработки. Она должна быть оптимальной при заданных размерах изделия, равномерной по всему его объему. Если по конструктивным соображениям требуется разная толщина сте­ нок, необходимо предусматривать плавные переходы от одной толщины к другой.

В случае необходимости изделия упрочняют путем увеличе­ ния ребер жесткости, а не увеличением общей толщины стенок. Оптимальные толщины стенок устанавливаются с учетом габа­ рита изделия, условий выработки и последующей обработки в хо­ лодном состоянии, экономичности изготовления. Толщину стенок,

7

необходимую по условиям изготовления прессованием, с доста­ точной точностью можно определить по эмпирической формуле

формы изделия заканчивается до завершения формообразования. Получение тонкостенных прессованных изделий — одна из проблемных задач в стекольной промышленности. Методы выду­ вания и прессо-выдувания позволяют при необходимости получать изделия с толщиной стенок менее 1 мм. Поэтому для выдувных изделий толщина стенок полностью определяется лишь услови

ями дальнейшей обработки и их назначением.

Оптимальные значения толщин в этом случае колеблются от 2 до 8 мм.

Для определения минимальных значений толщин стенок изде­ лий, получаемых способом выдувания, можно воспользоваться формулой

где L — наибольший определяющий размер изделия.

8

Допуски на толщину обычно задаются в пределах

\

Припуски на обработку. Вследствие высокой трудоемкости механической обработки стеклянных изделий припуски на них должны быть минимальными или совершенно отсутствовать.

3. Точность изготовления стеклянных изделий

Точность изделия характеризуется точностью линейных раз­ меров, формы и взаимного расположения отдельных поверхностей.

При отсутствии указаний в чертежах или технических усло­ виях о допускаемых отклонениях геометрической формы и вза­ имного расположения поверхностей подразумевается, что эти отклонения допустимы в пределах поля допуска на соответствую­ щие размеры (диаметр, высоту и т. д.). Точность изготовления из­ делий определяется:

отклонениями действительных размеров изделия от номиналь­ ных;

отклонениями действительной формы изделия или его от­ дельных элементов от геометрической (идеальной) формы, за­ данной чертежом;

отклонениями поверхностей и осей изделия от их номиналь­ ного взаимного расположения.

Точность изготовления стеклянного изделия является функ­ цией комплекса факторов материальной М, технологической Т, инструментальной И и конструктивной К групп:

меры изделия, их погрешность и технологический допуск приве­ ден в табл. 1.

Как следует из данных табл. 1, увеличение переменных пара­ метров приводит к изменению номинальной величины размера D, его погрешности Д и технологического допуска бт. Знаками + , —,

± и 0 обозначены соответственно увеличение, уменьшение, веро­ ятное увеличение или уменьшение и неопределенность тенденции вменения указанных параметров. Погрешности систематического и случайного характеров суммируются по правилу

где Деист, Дел — соответственно систематические и случайные по­ грешности.

В производственных условиях практически единственным спо­ собом определения погрешностей является экспериментальный статистический метод.

9