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

Отсюда следует, что торцовые деформации обусловлены глав­ ным образом действием перепадов температур по толщине стенок. Температурные перемещения и деформации существенно влияют на размеры стеклянных изделий и эксплуатационные качества форм. Их оценка при конструировании является необходимым условием обеспечения надежности форм в работе.

5. Расчет цилиндрических пуансонов для изделий с глубокой полостью

Пуансоны для прессования стеклянных изделий с глубокой по­ лостью по своей геометрической форме можно отнести к толсто­ стенным цилиндрам. Как и в случае расчета матриц, рассмотрим только упругое состояние. Характеристики материала (Е, ц, ß) считаем постоянными и определяем их по средней температуре. От действия равномерного внешнего давления р и неравномерного распределения температуры t — tr по толщине стенки h пуансона возникают силовые и температурные напряжения. Величина напря­ жений от внешнего давления определяется формулами

где b — внешний радиус пуансона;

а — внутренний радиус пуансона; г — радиус промежуточных точек.

Напряжения в точках наружной поверхности при г= й: (Оу)л=Ь —

(0<)г=6 = —

(цУг=ь — рЬ_

Е

Напряжения в точках внутренней поверхности при г—а:

(0г)г=а = 0;

(а<)г=в= — Р 2у2

ра 2у2

(Ц)г=а —

Е у2 — 1 '

Эпюры распределения напряжений в пуансоне при у = Ь :а — 2 представлены на рис. 54. Наиболее опасными являются точки на внутренней поверхности, где

111

I

В сплошных пуансонах без внутренней полости, равномерно об­ жимаемых снаружи во всех направлениях, возникают напряжения, равные внешнему давлению. Для расчета сплошных пуансонов типа цилиндров можно применить тот же метод, который использован выше для расчета полых пуансонов.

Термические напряжения в стенках пуансона от перепада тем­ ператур в радиальном направлении можно приближенно опреде-^ лить по тем же формулам, что и для цилиндрических матриц. В от­ личие от суммарных напряжений в матрицах напряжения по внеш­ ним поверхностям пуансонов будут одного знака, сжимающие, и

ния при Т—Т,z для точек на внешней и внутренней поверхностях можно по формулам

1— 2ц

Оц = ± 2(1 — р) ߣ;

6. Расчет матриц и пуансонов сферической фор

Определение напряжений и перемещений от внешних нагрузок в матрицах. Напряжения, действующие в стенках толстостенных сферических сосудов, определяются по формулам

112

Наибольшими будут напряжения в точках по внутренней по­ верхности при г = а\

Напряжения на внешних поверхностях матриц при г — Ь:

<тг" = 0;’ Ѳ m i.n=■ 2 b3— а3 Ра- ИЛИ фѲ m i n 2(У3 — 1)

Перемещения точек внутренних поверхностей матрицы выра­ жаются уравнением

Если сопоставить напряжения по внутренней поверхности сферы и цилиндра, то оказывается, что напряжения в сфере будут меньше, чем в цилиндре. Так, например, при у=1,5 для цилиндрической по­ верхности оѳтах = 2,6р, а для сферической аѲтах= 1,14 р. Следова­ тельно, расчетными напряжениями от внешних нагрузок будут ок­ ружные растягивающие напряжения по формующим поверхностям матрицы цилиндрической формы.

Температурные напряжения в полой сфере. Температуру в лю­ бой точке симметрично нагретой относительно центра полой сферы при установившемся тепловом потоке можно выразить уравнением

1 _ Т аа (Ь — г) + Ь Т ь (г — а )

г (Ь—а)

Температурные напряжения в этом случае могут быть выра­ жены формулами

Выразим перепад температур через тепловой поток при стацио­ нарном режиме:

— а 2

Окружные термические напряжения тогда можно выразить фор­ мулой

где Кі — коэффициент;

__ 2у2 — у— 1

1 Ѵ2 + Ѵ+ 1

Суммарные, расчетные напряжения по внутренней (формующей) поверхности выразятся формулой

Общий характер распределения напряжений в матрицах со сфе­ рической поверхностью аналогичен их распределению в цилиндри­ ческих матрицах. При анализе перепадов температур в плоских, цилиндрических и сферических стенках одинаковой толщины уста­ новлено, что передача равных тепловых потоков обусловливает их величины в отношении соответственно Тпл : Тц : Теф—1 : 0,88 : 0,76.

Так, например, при условном среднем тепловом потоке через стенку 9 = 200-ІО3 Вт/м-°С перепады температур будут: в плоской стенке 7'пл= 285° С, цилиндрической 7’Ц= 250°С, сферической Тсф = = 220° С. Из изложенного следует, что при прочих равных условиях

114

величина напряжений на внутренних стенках сферических матриц оказывается несколько меньше, чем в плоских и цилиндрических матрицах. Определение напряжений в сферических пуансонах мо­ жет быть выполнено по приведенным выше общим формулам.

7. Расчет прессового кольца

Постановка задачи. Круглое кольцо оперто по кольцевой пло­ щади ds—dz и нагружено сосредоточенными нагрузками р, прило­ женными по окружности Dx в четырех точках на равных расстоя­ ниях друг от друга, а также равно­ мерно распределенной нагрузкой по кольцевой поверхности dz — di (рис.

55). Величина нагрузки определяется из условия Ap^KFp, где К —коэффи­ циент, гарантирующий жесткий кон-

такт с матрицей по кольцевой поверхности е?з — dz (берется в пре­ делах 0,5—1,5), F — кольцевая поверхность, находящаяся под дей­ ствием давления стекломассы р. При прессовании изделий р изме­ няется от 0,4 до 1 МПа (от 4 до 10 кгс/см2).

Под действием давления стекломассы кольцо испытывает осе­ симметричную деформацию — поворот сечений на некоторый угол и перемещения в плоскостях поперечных сечений.

где С= а2—Оі — разность радиусов опорных окружностей.

Подставив значение момента в формулу угла поворота, получим

raQC

Ф = 2пЕІх

Вертикальное перемещение точек приложения силы равно

б = фС : TpQC2

2зіЕІх

Для кольца прямоугольного сечения момент инерции составит

6r0QC

nEbh3

Напряжения равны о?

6QC nbh3

Наибольшие напряжения при « /= + — :

3QC_

^max І nb№

Общее перемещение можно определить по формуле Мора для сложной деформации:

1=л

Приведенная формула применима для любого случая нагру­ жения.

Под действием усилия прессования р и реакций опор кольцо будет деформироваться: С уменьшением размера С величина мо­ мента в сечении, а следовательно, и деформация сечений будут уменьшаться до нуля при С= 0.

Температурные деформации будут иметь противоположное на­ правление (изгиб кольца выпуклостью вниз).

Геометрические размеры и физико-механические свойства кольца оказывают существенное влияние на качество изделий и стойкость деталей пресс-форм — колец, пуансонов.

Упрощенный расчет кольца. Рассмотрим кольцо, опирающееся на две и три опоры. Изгибающий момент в произвольном сечении

qr2а 2

2

116

При а — п : 2 (две опоры)

qr2я 2

М шах

2-4 8

Условие прочности а = Мтах : Момент сопротивления w = bh2: 6.

Задаваясь шириной кольца b и допускаемым напряжением [а], определяем необходимую высоту кольца:

h =

или, подставляя значения МтйХ, получим

Нормальные напряжения в опасных сечениях при двух опорах

Определим толщину в зависимости от среднего диаметра:

Деформацию-прогиб всего кольца определяют, рассматривая его как балку с прямой осью длиной г0 по формуле

РР

Пригодность кольца из условий жесткости устанавливают из зависимости

Допустимый прогиб [/] зависит от формы, размеров и толщины стенок изделия. Для тонкостенных изделий следует брать меньшие значения f, чем для толстостенных. Рекомендуется брать значения f ^0,050 мм.

117

Глава VI

КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРЕСС-ФОРМ

1. Основные положения по конструированию пресс-форм

Изложенные выше общие принципы конструирования форм остаются неизменными и при конструировании пресс-форм. Здесь возникает лишь необходимость их конкретизации применительно к выработке изделий способом прессования.

Практика эксплуатации пресс-форм свидетельствует о большом количестве дефектов, которые могут возникнуть при прессовании изделий.

Типичными являются следующие дефекты:

несоответствие температурных полей деталей пресс-форм усло­ виям охлаждения стеклянного изделия;

недопустима большая неравномерность температурных полей по формующим поверхностям деталей пресс-форм;

коробление деталей пресс-форм более допустимого для нор­ мальной эксплуатации;

нарушение нормальных сопряжений деталей пресс-форм при их нагреве;

отклонение размеров изделий от предусмотренных чертежом; недопрессовка, сколы и посечки изделий; кованость и матовость поверхности изделия; окалина на поверхности изделий.

Перечисленные дефекты выявляются непосредственно при опро­ бовании пресс-форм. В ряде случаев дефекты пресс-форм обнару­ живаются после непродолжительной эксплуатации из-за интенсив­ ной коррозии, выкрашивания металла по острым кромкам, возник­ новения задиров по сопрягаемым рабочим поверхностям и износа формующих поверхностей.

Таким образом, основной задачей при проектировании форм является определение комплекса конструктивных параметров, обес­ печивающих лучшие технико-экономические показатели при изго­ товлении и эксплуатации пресс-форм.

Анализ конструкций пресс-форм, условия их эксплуатации и теоретические обоснования процесса прессования указывают основ­ ные пути разработки оптимальных конструкций. Важнейшие из них:

установление рациональной формы и размеров формующей по­ лости, обеспечивающей нормальное течение стекломассы при ее за­ полнении;

определение толщин стенок деталей пресс-форм, наиболее целе­ сообразных по условиям их эксплуатации;

обеспечение точного взаимодействия всех рабочих частей прессформы;

изыскание оптимальных по свойствам материалов для изготов­ ления деталей пресс-форм;

обоснованный выбор конструкции каждой из деталей, входящей в комплект пресс-формы;

выявление наиболее технически и экономически обоснованных значений припусков на износ и допусков на изготовление.

Основные общие требования к пресс-формам, которые необхо­ димо отражать при проектировании пресс-форм в чертежах и тех­ нических условиях, сводятся к следующим.

1. Наружные поверхности деталей пресс-формы, не подвергаю­ щиеся после заготовительных операций дальнейшей обработке на металлорежущих станках, должны быть очищены от формовочной земли, пригара, иметь чистую ровную поверхность. Литники, за­ ливы, заусенцы удаляют заподлицо с основной поверхностью де­ тали.

2.Поверхности деталей формы, контактирующие с другими по­ верхностями, должны иметь шероховатость V6—Ѵ7 по ГОСТ

2789—59.

3.Стеклоформующие поверхности деталей прессовых форм от­ шлифовывают и отполировывают до удаления следов обработки резцом и получения блестящей поверхности с чистотой не ниже Ѵ8 по ГОСТ 2789—59.

4.Качество полировки должно соответствовать утвержденным эталонам на чистоту обработки поверхности.

5.Раковины, трещины, забоины, заусенцы и прочие дефекты на рабочих поверхностях не допускаются.

Острые ребра при отсутствии указаний на чертеже должны быть притуплены радиусом 0,5 мм.

6.Основные детали пресс-форм — матрицы, пуансоны и кольца изготовляются из заготовок материалов тех марок, которые ука­ заны в чертежах.

7. Материал заготовок деталей пресс-форм — матриц, пуансонов и колец — должен иметь равномерную плотность и мелкозерни­ стое однородное строение, особенно рабочие поверхности матриц и пуансонов. Заготовки из чугуна изготовляют методами, обеспечи­ вающими стабильность физико-механических и теплофизических свойств.

8.Материал пресс-форм должен иметь твердость НВ от 160 до 200, хорошую обрабатываемость и полируемость. Большие значения твердости допускаются лишь при механизированной обработке ре­ жущим инструментом.

9.Вспомогательные детали пресс-форм изготавливаются из ма­ шиноподелочных сталей по ГОСТ 380—71 и ГОСТ 1050—60. При

этом эксцентриковые ключи и оси шарниров (шпильки) изготов­ ляют из сталей 40, 45, Ст. 4, Ст. 5, а ручки — из сталей марок Ст. 2,

Ст. 3, 10, 20.

10. Конструкция и размеры формы должны обеспечивать полу­ чение стеклянных изделий в соответствии с чертежом и техниче­ скими условиями и полностью удовлетворять предъявляемым к ним требованиям по условиям эксплуатации.

119