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

Например, для радиуса кривизны р найдем значение h от дей­ ствия лишь температурных перепадов по формуле

Кривизна от действия внешнего давления 1,0М Па при толщине стенки 27 мм для пресс-формы из чугуна с модулем упругости 0,7 X ХІО5 МПа и коэффициентом Пуассона р = 0,27 будет иметь зна­ чения:

по краю при r=R

При R = 200 мм и р= 19,2- ІО3 мм f = 1 мм.

Как следует из приведенных выше примеров,' кривизна в сере­ дине, вызванная действием внешнего равномерно распределенного давления и перепада температур, является величиной одного по­

130

рядка. Однако изменение кривизны под действием внешней на­ грузки одновременно зависит от габарита деталей пресс-формы, а следовательно, будет убывать с их уменьшением.

Для обеспечения одинаковых значений кривизны от действия внешних нагрузок выполняют условие:

Отсюда можно определить необходимую жесткость пластины (матрицы или пуансона) для радиуса Дг-

D2 — Di P2Rt

р А

Подставив значения изгибной жесткости, получим:

Приведенная зависимость позволяет установить необходимую толщину стенок деталей пресс-формы при изменении габарита, материала деталей пресс-формы или удельного давления прессова­ ния. Последнее может быть обусловлено изменением толщины сте­ нок изделия,' свойств стекломассы и режимов прессования. Как следует из приведенных выше формул, деформации обусловли­ ваются при прочих одинаковых условиях изгибной жесткостью пластины.

По мере увеличения изгибной жесткости кривизна, обусловлен­ ная действием внешнего давления и перепада температур, убы­ вает по гиперболическому закону.

При радиусе матрицы 200 мм изменение кривизны под дейст­ вием внешней нагрузки с увеличением толщин стенок до 20—30 мм происходит особенно резко, а затем более плавно, как для чугуна, так и для стали [42]. Из сопоставления кривизны от действия внешнего давления и перепада температур следует, что в послед­ нем случае ее значения в 4—5 раз больше. Размах колебаний кри­ визны при изменении перепада температур по толщине стенки с их увеличением убывает по гиперболическому закону аналогично из­ менению кривизны.

С увеличением толщин стенок более 30 мм колебание кривизны убывает плавно.

Из анализа формул следует, что кривизна является функцией геометрических размеров детали пресс-формы (R, /г), теплофизи­ ческих и механических свойств ее материалов (р, Я, р, Е), а также теплофизических свойств прессуемой стекломассы и условий экс­ плуатации, отраженных в формулах величинами р, q, z.

Кривизна от действия внешней нагрузки по диаметру пластины изменяется от минимального значения по краям до максималь­

131

ного — в середине. При одинаковой толщине пластинок кривизна в середине примерно в 5,5 раз больше, чем по краям.

Кривизна от действия перепада температур по толщине плас­ тины при ее постоянном сечении во всех точках одинаковая.

Таким образом, от действия перепада температур деформиро­ ванная формующая поверхность представляет собой сферу. Для обеспечения постоянного значения суммарной кривизны толщина пластины должна возрастать от периметра к центру. На величину кривизны пластины при ее толщине более 20 мм в большей сте­ пени, чем внешняя нагрузка, влияет перепад температур по тол­ щине стенок.

С учетом изложенных выше факторов и обобщения опыта по конструированию пресс-форм для аналитического выражения за­ висимости между диаметрами стеклянных изделий и толщинами стенок матриц можно ориентироваться следующими формулами:

■ Верхние предельные значения толщин стенок матриц малой

Большие значения толщин стенок следует брать для пуансо­ нов малой жесткости — плоских с малой кривизной.

Из изложенного можно сделать следующие выводы.

1.Толщина стенки формы является функцией весьма большого количества факторов, обусловленных геометрическими размерами

итеплофизическими свойствами прессуемого изделия, а также раз­ мерами, теплофизическими и механическими свойствами материала основных деталей пресс-форм.

2.В заводской практике конструирования пресс-форм толщины стенок выбирают ориентировочно, поэтому их значения для анало­ гичных стеклянных изделий колеблются в довольно широких пре­

делах.

3.Отношение толщин стенок матриц к толщинам стенок изде­ лий с возрастанием последних убывает по гиперболическому за­ кону.

4.Для каждого значения толщины стенок изделия имеется оп­ тимальное значение толщин стенок матриц и пуансонов по тепло­

вому режиму.

5. Для материалов пресс-форм с меньшими значениями коэф­ фициентов температуропроводности и тепловой аккумуляции (на­

132

пример, жаростойкой стали 4X13) толщины стенок должны быть соответственно меньше, чем у чугунных, и наоборот.

6.Увеличивать толщины стенок изделий в пресс-формах сле­ дует весьма умеренно.

7.Чрезмерное увеличение толщины деталей пресс-форм ухуд­ шает их эксплуатационные свойства. Оптимальные значения тол­ щин стенок матриц чугунных пресс-форм для прессования изделий толщиной от 3 до 8 мм составляют 28—35 мм.

6

Рис. 63. Деформации основных деталей пресс-форм от воздействия перепада температур

8. При определении толщин стенок пресс-форм учитывают од­ новременно теплофизические и механические характеристики.

Корректировки формы и взаимного расположения поверхностей с учетом деформаций. Величину коробления деталей пресс-форм при конструировании обычно не учитывают, однако для деталей малой жесткости деформации в процессе работы могут быть до­ вольно большие и привести к нарушению нормального сопряжения деталей пресс-форм, а также к значительным отклонениям изде­ лия от заданной формы и размеров.

Такие конструктивные пробелы устраняются в цехе при до­ водке новой пресс-формы, что нельзя считать рациональным, так как при стабильности свойств материала пресс-форм, их размеров, режимов эксплуатации величина деформации практически не

133

изменяется, поэтому заранее может быть учтейа при разработке конструкции пресс-формы на новое изделие.

Деформации основных деталей пресс-форм от воздействия пе­

Для нормальной работы пресс-форм необходимо ограничивать кривизну и ее колебания за цикл прессования допусками, исклю­ чающими возникновение посечек на изделиях вследствие упругих деформаций основных деталей пресс-форм. Таким образом, для уменьшения коробления деталей пресс-форм применяется целый ряд мер: выбор оптимальных толщин стенок деталей пресс-форм, исключение резких переходов в их сечениях, корректировка сопря­ гающихся поверхностей с учетом среднего значения перепада тем­ ператур по объему деталей форм и др.

Среди технологических мероприятий, обеспечивающих надеж­ ную работу вновь изготовленных пресс-форм, являются стабиль­ ность химического состава и структуры их материала; высокая точность выполнения заданных сопряжений.

При эксплуатации пресс-форм необходимо точно соблюдать режимы прессования.

3. Конструирование матриц

Матрица является одной из основных частей пресс-формы. В большинстве случаев она предназначается для формообразо­ вания и фиксации формы внешней поверхности стеклянного изде­ лия. Иногда в матрице целесообразно воспроизводить неглубокие полости в изделиях с малой кривизной. В пресс-формах компрес­ сионного прессования полость матрицы одновременно является и загрузочной камерой-приемником для порции стекломассы.

Форма, размеры и конструктивное исполнение матриц в основ­ ном определяются конструкцией прессуемого изделия. В связи с этим весьма важно иметь наиболее простую форму поверхностей прессуемого изделия — цилиндрическую, сферическую, плоскую или их сочетание.

Механическая обработка поверхностей таких форм осущест­ вляется на современных металлорежущих станках. Снижение тру­ доемкости изготовления пресс-форм, являющихся весьма дорого­ стоящей технологической оснасткой, позволяет значительно умень­ шить себестоимость изготовления изделий.

Следовательно, при конструировании пресс-форм необходимо обеспечивать простые геометрические формы поверхностей всех их деталей.

В зависимости от формы и размеров стеклянного изделия мат­ рицы бывают неразрывные — цельные и сборные, а также раскрывные — из двух-четырех частей.

134

При прочих одинаковых условиях предпочтительно применение более простых конструкций матриц с меньшим количеством со­ ставных частей.

Выбор конструкции матрицы обусловливается условиями уда­ ления из нее отпрессованного изделия. Для этого изделие ста­ вится в исходное положение при прессовании и уточняются усло­ вия размыкания деталей пресс-формы.

Нераскрывные матрицы. Неразрывная матрица может быть применена при наличии уклонов в сторону выдачи отпрессованного изделия по всем образующим сечений вертикальными плоскостями.- Величина уклона зависит от ряда факторов: свойств контактирую­ щих материалов, микро- и макронеровностей формующих поверх­ ностей, характера температурного поля, толщин стенок матриц, их формы, вида смазки формующих поверхностей и пр.

В неразрывных сплошных матрицах из серого чугуна СЧ 21-40 при удалении изделия опрокидыванием матрицы уклоны делаются по всем поверхностям довольно большие.

С увеличением массы изделия и его высоты величины уклонов можно уменьшать.

При высоте изделия (или участка) до 10, от 10 до 50, от 50 до 100 и от 100 до 200 мм рекомендуются следующие уклоны по фор­ мующим поверхностям неразрывных матриц соответственно 1:5— 1 : 10; 1 : 10—1 : 15; 1 : 15—1 :20; 1:20—1 :25.

При конструировании пресс-форм с цельными матрицами прес­ совые уклоны менее 1 :25 брать не следует. При самой тщатель­ ной обработке допускается уклон 1:30.

В матрицах с выталкивателем прессовые уклоны могут быть уменьшены против указанных выше до величины не менее чем 1 :40.

: По конструкции нераскрывные матрицы наиболее простые. Обычно они изготовляются из монолитной чугунной или стальной заготовки. На основании обобщения опыта по конструированию пресс-форм для неразрывных матриц можно рекомендовать конст­ руктивное исполнение, подобное показанному на рис. 64. Размеры отдельных элементов неразрывных матриц, изготовленных из се­ рого чугуна, могут быть установлены в зависимости от размеров изделия (табл. 7).

Т а б л и ц а 7

Рекомендуемые размеры нераскрывных матриц

135

В верхней части матриц предусмотрена выточка (углубление) под прессовое кольцо.

Рис. 64. Конструктивное исполнение нераскрывных матриц

Для лучшего контакта с плоскостью кольца в углах выточки матрицы делают кольцевые канавки.

Боковые поверхности углубления имеют коническую форму. В практике конструирования угол конуса берут от 5 до 30°. Од­ нако при малой конусности возникают затруднения при центровке кольца, а при большой конусности возможно нарушение контакта по плоскостям стыка при действии боковых усилий опускающегося пуансона. Кроме того, с увеличением угла возрастает также ра­ диальный зазор между боковыми поверхностями матрицы и коль­ ца. Следует считать оптимальный угол конуса 7—12°.

Переход от торцовой поверхности матрицы к ее формующей поверхности должен иметь острую кромку без заусенцев и зату­ пления.

136

Форма формующей поверхности матрицы выполняется в соот­ ветствии с внешней поверхностью изделия, предусмотренной чер­ тежом. Размеры формующей поверхности матрицы выполняются по соответствующим размерам изделия с учетом припуска на усадку, износ и допусков на изготовление.

Толщину стенок матриц определяют на основании расчетов. При этом находится среднее оптимальное ее значение. Остальные вспомогательные размеры выбираются конструктивно.

Толщина донной части берется несколько больше толщины бо­ ковых стенок. Последнее делается из соображения обеспечения жесткости конструкции и возможности снятия металла по фор­ мующим поверхностям при ремонтах.

Размеры выточки по нижней торцовой плоскости матрицы поз­ воляют регулировать теплоотдачу в стол прессовой машины. Плот­ ный контакт по нижнему торцу обеспечивает значительный теплосток. В этом случае темп работы может быть выше. Теплона­ пряженность матриц особенно возрастает при выработке тонко­ стенных изделий. Поэтому для таких изделий выточку в нижнем торце матрицы делать не рекомендуется. Установлено, что воз­ душный зазор, образующийся между нижним торцом матрицы вследствие ее коробления и износа стола прессовой машины, при­ водит к нарушению теплового режима. Местный перегрев матрицы вызывает также открытые раковины по ее нижнему торцу. Для крепления ручек и хвостовиков в матрицах предусматриваются бобышки с резьбой или кольцевая проточка по центру ее тяжести.

Расчет центра тяжести производят аналитически или графи­ чески на основании общих правил для двух исходных положений матриц:

1)в положении для прессования;

2)при повороте ее на 90° вокруг горизонтальной оси. (У сим­ метричных матриц центр тяжести находится на этой оси.)

В некоторых случаях для удобства обработки и снижения тер­ мических напряжений матрицы делаются сборные, т. е. из отдель­ ных плотно пригнанных друг/к другу частей. Направление стыков должно совпадать с направлением съема изделия.

Матрицы с выталкивателем по форме и размерам практически не отличаются от сплошных. В конструкциях нераскрывных мат­ риц для автоматических прессовых машин обращают внимание на плотность контакта матрицы с сопрягаемыми деталями.

С целью повышения теплоотдачи боковыми поверхностями мат­ риц целесообразно увеличивать их площадь. В качестве примера на рис. 65 показана конструкция нераскрывной матрицы пресс-

формы стакана для минеральных вод арт. 5205 в собранном виде с поддоном, низком и выталкивателем. Матрица имеет кольцевые поперечные канавки, обеспечивающие более интенсивный теплосток с боковых поверхностей при поперечном обдувании вентиляторным воздухом. Величина гарантированного зазора по цилиндрической поверхности выталкивателя, смежной с формующей, обусловли­ вается условиями обеспечения ходовой посадки при установив-

137

ШиХся значениях температур контактирующих поверхностей. Ве­ личины зазоров ориентировочно принимаются аналогичными за­ зорам между поверхностями отверстия в кольце и пуансоне.

Раскрывшіе матрицы. Количество необходимых вертикальных плоскостей разъема матриц устанавливают при исследовании по­ перечных сечений стеклянного изделия. Возможность извлечения

широкоходовой посадки третьего класса точности.

Весьма важное значение для нормальной работы раскрывных матриц имеет обеспечение точности взаимного расположения осей ширниров относительно плоскостей стыка ее отдельных частей. Плоскость стыка и ось шарнира должны находиться в одной вер­ тикальной плоскости, проходящей через ось симметрии формующей полости матрицы. Непараллельность и перекос осей ограничивают жесткими допусками — не более 0,03—0,05 мм на всю высоту мат­ рицы. Ориентировочно допуски (б) составляют 0,001 диаметра из­ делия (D).

Невыполнение этих требований — одна из причин возникнове­ ния посечек и вмятин на поверхности изделия в зоне швов от матрицы.

138

Дополнительный уклон по формующим плоскостям в направ­ лении стыка плоскостей позволяет уменьшить неблагоприятное влияние неточности взаимного расположения осей шарниров. Ве­ личина уклона делается небольшой, не более 1:100, на участках формующих поверхностей матриц шириной, примерно равной

0,10£>.

Рис. 66. Конструкция раскрывной матрицы с поддоном для стакана арт. 1222

Точность взаимного расположения частей матриц достигается за счет точности обработки их соответствующих контактирующих участков по плоскостям стыка, конструктивного исполнения и точ­ ности изготовления механизма смыкания и размыкания отдель­ ных частей матриц.

В качестве одного из вариантов конструктивного исполнения раскрывной матрицы на рис. 66 показана матрица для стакана арт. 1222 со сложной гравюрой и профилем.

139