F/мгупи/Формы-моллир

3.2 Результаты расчетов.

3.2.1 Особенности формования изделий сферической формы.

В предыдущей работе моделировалось формование изделия из круглой заготовки листового стекла толщиной 5мм и диаметром 1000мм в стальную матрицу в форме кольца с внутренним диаметром 860мм и внешним диаметром 960мм рис.54,55. Заготовка находилась в поле силы тяжести. Температурный режим формования показан на рис.56. Температура выдержки заготовки для заданных режимов нагрева составляла 640^оС, 660^оС, 620^оС соответственно. На рис.57 приведена зависимость скорости деформирования стеклянной пластины (5мм) от температуры. Как можно видеть она возрастает с 0,5 мм/мин при 620⁰С до 4,1 мм/мин при 660⁰С, меняясь почти в десять раз. В этой связи чрезвычайно трудно уследить за деформированием изделия при большом разбросе температуры в печи. На рис.58 приведена зависимость прогиба в центре круглой заготовки от времени для трёх толщин при температуре 640^оС. На рис.59 представлена зависимость скорости деформирования силикатной пластины от ее толщины. Как можно видеть, зависимость имеет линейный характер.

Зависимость изменения толщины заготовки стекла по сечению при разных температурах деформирования (сферическая форма) приведена на рис.60. Она показывает, что максимальное утончение пластины используемого стекла составляет при температуре 660⁰С -3%, при температуре 640⁰С-1,8% и при температуре 620⁰С <0,1%.

Рис.54 Геометрическая модель заготовки.

Рис.55 Геометрическая модель матрицы.

Рис.56 Температурные режимы формования круглой заготовки.

Рис.57 Зависимость скорости деформирования стеклянной пластины (5мм) от температуры. Сферическая поверхность.

Рис.58 Графики зависимости прогиба в центре круглой заготовки от времени для трёх толщин при температуре выдержки 640^оС.

Рис.59 Зависимость скорости деформирования стеклянной пластины от толщины (Т=640⁰С). Сферическая форма.

Рис.60 Зависимость изменения толщины заготовки стекла по сечению при разных температурах деформирования (сферическая форма).

3.2.2 Формование изделий цилиндрической формы.

Моделировалось формование изделия из плоской заготовки листового стекла толщиной 5мм и шириной 1200мм, уложенного в стальную матрицу в виде двух параллельных полос, расположенных на расстоянии 1000мм (Рис.61-63).

Поскольку напряженно-деформированным состоянием заготовки в данной постановке является плоское напряженное состояние в любой момент времени, то моделировалось формование узкой полосы шириной 100мм и длинной 1200мм. Ввиду симметрии рассчитывалась половина модели. На рис.61-63 показаны, конечно-элементные модели заготовки и матрицы. Заготовка моделировалась объёмными конечными элементами второго порядка. Матрица моделировалась оболочечными недеформируемыми элементами. Заготовка находилась в поле силы тяжести.

Поскольку температурный режим формования рис.56 является достаточно медленным процессом, уравнение теплопроводности не рассматривалось, т. е. считалось, что слой стекла прогревается мгновенно.

Расчет проводился для трех режимов нагрева заготовки. Температура выдержки заготовки для заданных режимов нагрева составляла 590^оС, 600^оС, 620^оС, 640^оС соответственно. На рис.64 приведены поля вертикальных перемещений силикатной полосы, из которых следует, что максимальный прогиб в центре составил 14мм, 178мм, 380мм для температур выдержки 590^оС, 600^оС, 620^оС соответственно. При температуре выдержки 640^оС прогиб в течение первых 200с оказался настолько большим, что заготовка соскользнула с матрицы рис.64г. На рис.65 приведены зависимости прогиба заготовки от времени для четырех режимов нагрева. Для температуры выдержки 640^оС скорость деформирования оказалась настолько большой, что за время выдержки запаса стекла по краям не хватило, чтобы заготовка могла оставаться на формируемой поверхности. Из расчетов следует сильная зависимость скорости прогиба от температуры, что связано с экспоненциальной зависимостью времени релаксации модуля сдвига от температуры. На рис.66 приведена зависимость скорости деформирования стеклянной полосы при формировании цилиндрической поверхности. Как можно видеть, если в диапазоне 600⁰С-615⁰С, она изменяется незначительно(6-8 мм/мин). Начиная с 620⁰С, скорость деформирования резко увеличивается, достигая 63 мм/мин при 640⁰С.

При сравнении скорости деформирования для цилиндрической поверхности со скоростью при формировании сферической поверхности вытекает однозначный вывод, что для цилиндрической поверхности процессы деформирования протекают на порядок быстрее.

На рис.67 приведены эпюры вертикальных перемещений в центральном сечении заготовки для температур выдержки 590^оС, 600^оС, 620^оС соответственно. Как можно видеть прогиб заготовки достигает 375 мм при температуре 620⁰С и 175 мм при 600⁰С.

Проведенный расчет изменения толщины по площади заготовки показывает, что в пределах расчетной погрешности толщина цилиндрической поверхности не меняется. Это связано с более низкими значениями формируемой температуры.

Рис.61 Геометрические модели заготовки и матрицы.

Рис.62 КЭ сетка заготовки.

Рис.63 КЭ сетка матрицы.

а) 590^о

б) 600^о

в)620^о

г)640^о

Рис.64 Деформированное состояние полосы. Поле вертикальных перемещений. Режимы 1,2,3,4.

Рис.65 Динамика вертикальных перемещений центрального узла

Рис.66 Зависимость скорости деформирования стеклянной пластины (5мм) от температуры. Цилиндрическая поверхность.

Рис.67 Эпюры вертикальных перемещений вдоль центрального сечения.

Для случая цилиндрической заготовки утончение стекла для значений температуры 590-620⁰С составляет порядка 1мкм для всех значений расстояния от центра заготовки до точки измерения, что значительно меньше погрешности расчета, связанной с погрешностью определения параметров модели материала. Можно сказать, что в пределах расчетной погрешности толщина цилиндрической заготовки не меняется.

Выводы

Скорость деформирования возрастает с 0,5 мм/мин при 620⁰С до 4,1 мм/мин при 660⁰С, меняясь почти в десять раз. В связи с этим требуется стабилизация температуры в печи и поддержание ее с точностью 3⁰С.

Прогиб в центре заготовки составляет 90 мм,110мм и 130 мм соответственно для 3мм,5мм,10 мм стекла.

Скорость деформирования линейно зависит от толщины деформируемого стекла, возрастая от 2,1 мм/мин до 3,1 мм/мин для 3 и 10 мм стекла соответственно.

Имеется небольшое изменение толщины заготовки стекла по сечению при разных температурах деформирования для сферической формы.

Максимальное утончение пластины стекла составляет при температуре 660⁰С -3%, при температуре 640⁰С-1,8% и при температуре 620⁰С<0,1%.

Получены поля вертикальных перемещений силикатной полосы, из которых следует, что максимальный прогиб в центре составил 14мм, 178мм, 380мм для температур выдержки 590^оС, 600^оС, 620^оС соответственно.

Получена зависимость скорости деформирования стеклянной пластины (5мм) при формировании цилиндрической поверхности от температуры.

Показано, что в диапазоне 600⁰С-615⁰С, скорость деформирования меняется незначительно и составляет 6-8 мм/мин. Начиная с 620⁰С, скорость деформирования резко увеличивается, достигая 63 мм/мин при 640⁰С.

При сравнении скорости деформирования цилиндрической поверхности со сферической поверхностью вытекает однозначный вывод, что для цилиндрической поверхности процессы деформирования протекают на порядок быстрее.

Получены эпюры вертикальных перемещений в центральном сечении заготовки для температур выдержки 590^оС, 600^оС, 620^оС.

Показано, что прогиб заготовки достигает 375 мм при температуре 620⁰С и 175 мм при 600⁰С.

Показано, что в пределах расчетной погрешности толщина формируемой цилиндрической поверхности не меняется. Это связано с более низкими значениями температуры.

F/МГУПИ/Производство/Моллирование/1,4,5,7, 200 моллир

Для моллирования крупногабаритных стеклозаготовок сложной формы 2-й кривизны сложностей на порядок больше.

F/МГУПИ/Производство/Моллирование/200-01