автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Теоретические основы и технология производства гнутых термически упрочненных изделий из листового стекла

, 6 О А "осой;*!'

Ciaiii хиг'.тико-тохпологически^ университет ш. Д.II.Менделеева

. . На правах рукописи

Шутов .Александр Иванович

tsopetiheck'g основы 'л технология производства шш t3e.5i4ecki

упрочгнпж 3113 листового

CT3IÜIA

Ггктргалыгость 05.17,11'- Технология силгткатинх п гутсплавких наг.гпсишгч'есктос материалов

Автореферат диссертации на соискание тчоггой сгэпегпг доктора технических

hrv;-:

Москва - 1ГГ6

Работа выполнена в Белгородском технологическом институте строительных материалов

Официальные оппоненты:

' - доктор технических наук, профессор БРЕХ0ВСХ11Х С.М.,

- доктор технических наук, профессор ГОРОХОВСКИЙ В.А.,

- доктор технических наук, профессор С0ЛНЦ2В С.С.

Ведущая организация -.Научно-производственное объединение "ГехстроАстекло" /г.Саратов/

Запита диссертащш состоится o^Sг. на заседании специализированного совета Д 053.34.01 в РХТУ им. Д.¡'.Менделеева /1Г5Г90, ¡Лосква, А - ISO, Миусская пл., 9/ в аудитории_ в </<9 часов.

С диссертацией модно ознакомиться в Научно-информационном дентре РуХТУ ш. Д.П.Менделеева

Автореферат диссертации разослан_ 1993 г.

Учений секретарь специализированного совета

Беляков A.B.

иагаейшю направления научно-технического прогресса - широкое освоение передовых технологий, автоматизация я механизация производства, внедрение принципиально новых конструкционных материалов - имеют непосредственное отношение к стекольной промышленности.

Отдельно^ место при этом занимают вопроси освоение технологии и массового выпуска принципиально нового остекления наземного транспорта, в частности, автомобильного. Производственные объединения "АвтоВАЗ", "ГАЗ", "ШЛаш", "Москвич" а другие создают конструкции легковых автомобилей, соответствующих перспективное уровни мирового автомобилестроения. Принимаются меры, направленные на интенсификацию разработок новых материалов и комплехтущюс изделий для автомобилей, з том числе, ло их остеклению.

Новизна остекления, при ориентации на лучшие зарубежные образца характеризует«^* сдадуртцими параметрами:

- уменьпенной толщиной "'изделий /3,0. ..3,2 мм взамен 5,0... 6,0

мм/,

- слсшгой пространственной кривизной,

- ужесточением допусков'на неприлегапие к контрольном;- шаблону, -

- отсутствием отпечатков от зажимов и др.

Получение изделий с заданными свойствами в условиях массового производства требует создания новых технологий и оборудования. -Главным отличием создаваемой технологии от существующих является обеспеченна жестких тзмпературнс-временных и пространственно-силовых условий процесса, высокие скорости выполнения различных операций, высокая точность позиционирования заготовок, резкое повышение интенсизностей тепловых воздействий. Это отличие определяет серь-, езные требования к качеству' технологического оборудования, надежности, уровни автоматизации.

Теоретические предпосылки, которые могут быть положены в основу описания (*шшсо-ттекаткчбско2 модели указанных процессов, были ейоргфялрованн в гундашнгатьных работах.Г.М.Бартенева, В.Л.Инцен-бома, С.И.Сильвестровича, И.А.Богуславского, 0.3.Мазурина, Н.?Л.Соломина, а такие в исследованиях Р.Гардона, О.Нараянедваш, В.Вей-ма;га и других отечественных л зарубежных авторов.

Большой практически вкяад в развитие высокопроизводительных процессоз тепловоз! обработки в массовом производстве, ластового

стекла вносоц коллективом НПО "Техстройстокло" под руководством А.Г.Шабанова.

Однако комплексное исследование взаимосвязанных и многофакторных процессов нагрева, формоизменения и охлаждения листового стекла в единой физико-математической модели до настоящего времени не проведено, большое количество публикаций ограничивается обобщением экспериментального материала, не позволяющим распространить результаты ка объекты с принципиально новыми технологическими решениями, направленными на получение изделии из стекла перспективного ассортимента.

Цель работы. Разработка научных основ процессов формоизменения и термической обработки листового стекла, обосновшше общих принципов выбора технологических параметров процесса и расчета- конструктивных элементов основного оборудования.

Научная новизна. Шучен механизм деЛториирования и релаксации напряжении в процессе (формоизменения листового стекла, результатом ■ чего явютось создание научных .основ технологии деформирования и определения параметров формующих элементов. Впервые учтены сопутствующие тепловые явления, связанные с неизотермическим состоянием заготовка во вреда деформирования.

Разработаны методика, алгоритм и программное обеспечение расчетов мгновенных и остаточных закалочных напряжений, позволяющие прогнозировать технологические решай закалки лздеяиЭ различной толщины.

Проведено теоретическое обоснование выбора основных конструктивных параглотров закалочного оборудования, предложен цетод оптимизации рзглмов его работы.

Рассмотрен рад теоретичвокпз аспектов улучшения качества закаленных изделии по широкому спектру параметров: кеилоскосткости, закалочным пятнал, прочности и др. Разработана методика прогнозирования боя стекла иа стадии интенсивного охлаждения, предложены технологические способы уменьшения отходов при зш;ав:е.

На основе изучения асгслиетрии прочностных свойств даны реко-мендащш по использованию изделиП из закаленного термичеси! полированного стема в остеклении транспортных средств.

Автор загпшчает;

а/ принципиальную модель напряженного и де^ор) агрованкого со-стояшш листового стекла при формоизменении и термической обработ-

ке ;

б/ научные основы высокоэффективного процесса закалки листового стекла и определения конструктивных параметров закалочного оборудования с оптимизацией его работы ;

в/ методологические принципы конструктивного и технологического обеспечения заданных специальных свойств закаленных изделий и уменьшения брака при закалке.

Практическая значимость. Результаты работы использованы при создании оборудования я поточных технологий выработки закаленного стекла тонких номиналов.

При сохранешш качества продукции уменьшается материалоемкость изделий, увеличивается производительность линий не менее, чем на 20%. Благодаря наличию физико-математической модели процессов появляется реальная возможность их автоматизации.с использованием ЭВМ. Разработанные номограммы позволяют ускорить отработку технологии выработки новых изделий при значительном уменьшении расходов ' сырья и энергии в пуско-наладочных периодах и при изменении номенклатуры вырабатываемых изделий.

Результаты исследований внедрены.при разработке и создании линий типа ЛЗАС на Львовском мехстекяозаводе, Гомельском стекольном заводе имени М.З.Ломоносова, стеклозаводе "Пролетарий" /г.Ли-" сичанск/, а такие использованы при проектировании ряда опытно-про-мыишенных установок в ШО "Техстройстекяо" /г.Саратов/.

Экономический эффект составил 77...196 тис.руб. в год на одну линию.

Апробация работы. Материалы исследований докладывались на конференции молодых ученых /Ленинград, 1979/, симпозиуме "Повышение эксплуатационной надежности и технологические процессы упрочнения, изделий из стекла" /Гусь-Хрустальный, 1979/, Всесоюзном совещании "Основные направления развития технологии производства строительного и технического листового стекла" /Саратов, 1984/, Всесоюзной-конференции "Ускорение научно-технического прогресса в промншлеч- " ности строительных материалов и строительной индустрии" /Белгород, 1987/, Всесоюзном совещании "Проблеш технологии и повышения эффективности производства сортозой посуды и стеклянной тары ДУсь--Хрустальный, 1988/, Всесоюзной конференции "Конструкция и технология получения изделий из неметаллических- материалов" /Обнинск, 1988/, Всесоюзно": ко»оереищш "Фундаментальные исследования и

новые технология в строительно:.« материаловедении" /Белгород, 193Э/. Всесоюзном семинаре "ПроСлеш прочности стекла и стекяокрксталяк-ческих материалов" /Константиновна, 1991/, Международной конференции "Ресурсосберегающие технологии строительных материалов,, изделий и конструкций" /Белгород, 1993/.

Публикации. По материалам работы опубликовано 70 научных статей, получено 5 авторских свидетельств на изобретения.

Объем работы -- 278 стр., 72 рисунка, 195 источников используемой литературы, приложение.

I. ГЕЖО-ПАШАПИЕШЯ МОДЕЛЬ СЛОШОл ДКЗЕЩИ ЛОТОВОГО СТЕКЛА В ВЯЗКО-УПРУГОМ СОСТОЯНИИ

Стекло как материал аморфной структуры при нормальных температурах, безусловно, является твердым телом, и с этой точки зрения его деформацию под действием внешних сил можно описать на основе теории твердого тела, достаточно хорошо разработанной. Сложнее обстоит вопрос в том случае, если температура стекла /изделия, заготовки, полуфабриката/ достаточно высока /выше Tg /.

В этом случае общая деформация складывается из упруной и неупругой, причем при некоторых технологических воздействиях неупругая деформация настолько превышает упругую, что последняя ыояет es . приниматься, во внимание.

Все неупругие деформации делятся ка деформации пластичности и деформации ползучести.

Основы теории пластичности были заложены Сен-Венаном, Прандт-лом, йльюшшш, Качаловым, У истоков теории ползучести - Содерберг, Давенпорт, Лвдвпг-Надаи, а дальнейшее развитие теория ползучести получила в трудах Работнова, Малинина, Качалова.

Набор задач, решаемых теорией пластичности, сводится к следующим.

- Задача о предельном равновесии жестко-пластичного тела.

- Стационарное пластическое формоизменение, когда исследуется мгновенное распределение скоростей в момент исчерпания несущей способности тела.

- Нестационарное пластическое формоизменение /например,.внедрение жесткого штампа в пластическое полупространство/.

Все задача теорш пластичности поставлены так, что деформации от времени ке зависят /ахроническагг пластичность/.

,, ¡ссгда чр:* ттссусякко« нагрузке твердое тело т--

-'■p-r-rp-tj-ír; о2'0г~с^ т1г.'0тсггн7"". "1"г'зигч)тся о tg —

;; PXGMOffií. Э?0 :ГТ^ ^О,^''^'''"'0'-; ""'"^тго^-'о

при постоянной деформаци:; - релаксацией, Jlwqpacn: достаточно широкое ратвитие т.н. техакческио теории "лслЗрх-аж тэоркя старения, теория упрочивши и теория течения.

.а- неяссТс^/ссл яаяяптся негаваррантность относительно измене-

озечега времэип п неявна«: <5орма уравнений релаксации. Сос&якогг о-.? расомох'раких стоит теория наследственлой пелзу-"^с-т"!.. :гсхсд.<к;ая '¿ó постулата, •его деТчз?\ксш з данный иомен? вре-?ючт; заэ'лс,-^ ::з '.<c¿b«o ог з«личина нагср»ж5яз:1 з отот se качен?, ко г' с? •гз'гер'та птгдпэс^зуклега дефоргафовсаок,

Гюдсс'нсо пезедбияв материала егковзавтвя системой интегральные тгзгяеяз* зольег-ика-Больтврры:

С Со /-, \ s' ?

.сдо \:c'<-f.':c3 .¡ги.т.тт.эшм, ¿ (4)~ '¿'случая д&рориация, f -

y-.ov.m?. врс.эгл'^ прс^осгвузпцй погадру врсисст Ь » 5 - шдуль jrpTTOSTS 1-го годе, / -Ь - '{ / к К /i - / - ^ухшщш- влияния дефор?«эций на налря"ошк и наяряяэкий ш дефор»вдяю. Функция Я носи? название .тара, а КГ — реоольвентк интегральных уравнений. Ядро к резольвента :ч.:еют • аналитическую связь в изображениях Далласа.

Нервна лепктки использования представленных уравнений по отношению к стеклу при зисоши температурах бати предприняты Г.М.Барте-невш, экспериментальное подтверждение применимости принципа суперпозиции Еольцг.юна доказано С.М.Рехсонот.т. Дальнейшие попытки описания деформации в стекле предпришиались йшяром и да Бастом, Бланком, Гардонсм, Нараяиасвами и еколой ИХС под руководством О.В.Иа-' зурина.

Тем ко мэнез, в литературе отсутствует последовательное изложение методики растчта подобных деформаций, перечисленные исследования носили в основном постановочный характер.

В реологн;г отекла достаточно хорошо изучая вопрос о релаксационных явлеш:?.", поэтому в работе сделана'попытка использования

эти:: данных для разработки методики определения параметра чести стекла при различных температурах и нагрузочных факторах.

Из множества мате-латкчасклх вьражений, описывающих процесс релаксации напряжений в стекле, в настоящее время наиболее признанной является формула Колърауша:

, Д.2/

где 6" (0)- исходное напряжение, - вре:ля релаксации, 6 - показатель степени / 6 < I/.

•На основа формулы /1.2/ с использованием основных соотношений теории интегральных уравнений иати била определена резольвента, представляющая один кз частных случаев резольвенты Вронского:

. где I га^ла-мушадая. '

Дальнейшие исследования показали достаточную гибкость выражения /1.3/, позволяющего о писать либую »юрму ползучести. При этом величшш А и зависят от единственного гТазэтеского параметра Ср , непосредственно связанного с вязкостью стема /по О.З.Пазу-рану/.

Полученнгэ результаты были использованы при рассмотрении деформации основного объекта исследования, в качество которого выбрана плоская пластина силикатного текла с заданным температурным полем.

Внешними нагрузка!® могут быть сосредоточенные и распределен-1ше силы, собственный вес пл .стшш или .гаэоая комбинация из них.

К основным йувдамзтгаальнш соотношениям, в ра'лках которых построена модель деформации иагоотоЛ пластины, относятся: дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье, дп'Неренцисльное уравнение перемещений, заимствованное из теории тонких -пластин и оболочек, интегральная морт уравнены;'! наследственной ползучести Голъцмана-Встьтерри /1.1/.

Методологической оснозо.1 определения Еро'.:ошюЛ доСормацки пластины принят таг-: называемы» дршщшг Зольторрц, за'слэча-э'ЩйСЯ в переходе от чисто упругой задачи к задаче наследственной ползучести на основа операции Лапласа-Хатхзона.

Формально такой переход осуществляется заменой уравнет;!, представляющих собой обобщенный закон Гука, на уравнения Еольцмана-

-Вольюррз. На практике достаточно найти упругим константам соот-зогстзущие зремэккыэ аналога. В частности, в теории пластшг и оболочек единственной укрутой константой является величина, обрат-лая ньсткостн 1/Д. В работа бия определен упруго-вязкий эквивалент эгсй величины Э / > /, непосредственно зависящий от резольвенты

Разработанные методика расчетов, алгоритм и программа для ЗШ была апробировали сопоставлением с лабораторным экспериментом.'

2. РАСЧЕТЫ ТЕ.ИЕРАТУРНЬК ПОЛЕЙ И ТЕРГШЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО ТЕШГООЕША

Научные осноеы расчетов температурного поля в стеклянной пластине были.заложены Р.Гардоком и полупил дальнейшее развитие в трудах ГЛ.!.Бартенева, 0.Р.Мазурина, Р.З.'Зридкина и др.

Методика основана на использовании формулы скорости изменения температуры из следующего баланса энергии:

где и - соответственно, лучистая и ковдуктивная составляющие баланса, - координата исследуемого слоя, С - удельная теплоемкость материала, р - его плотность.

Дальнейшее развктиэ выражения /2.Г/ проводится по участкам спектра излучения з конечных разностях. В работе синтезированы методики Р.Гардока и Р.3„Фрадкина в части вычисления специальных функций -С и 5 изменен алгоритм определения интегрального излучения источника реализацией ка ЭДЕМ непосредственно формулы Планка. В частности, для дидразона длин волн Л( - Л3

Е,.2-0,3747-40^ • /2.2/

В результате получена новая программа расчетов, дающая результаты, хорошо сопоставимые с экспериментальными данными.

В качестве одной из задач работы ставилось определение взаимосвязи медду технологическими параметра»® закалки и закалочными на-прянениями как на любой промежуточной стадии процесса /мгновенные напряжения/, таге и по окончании процесса.

Разработанные ранее и ставшие'классическими теории закалки Г.М.Бартенева к В. Вешана для новых условий /стекло тонких ногата-

лов, высокая интенсивность охлазденюУ оказались нера- Т,°С I ботоспособными, а последние разработки Р.Гардона и О.На-раянасвами - ограниченными в применении и не вполне точными в связи с используемым методом итераций.

В представленной работе на основе методики Нараяна-свами с корректировкой О.В. Мазурина в части, касающейся ; определения т.н. "фиктивной температуры", удалось Сформировать новый алгоритм ра- ! счета мгновенных и остаточных напряжений при закалке. ,

Практическая реализация алгоритма при закалка от неизотершческого состояния показана на рис. 2.1.

3. МЕХАНИЗМ ДОЮРИАЦШ ЗАГОТОВКИ II ТЗХНОЛОГНЧЗСхИЕ ПАРА-МЕТРЫ ПРЕССОВАНИЯ

В качестве иллюстрации возможностей применения разработанной модели деформации рассмотрен случай, относящийся к процессу прессования изделий из листового стекла. Диаграмма основных стадий прессования представлена на рис. 3.1, на котором сутпарное время прессования обозначено Ь0 , а деформация заготовки оценивалась кривизной ге(-Ь), изменяющейся на каждой стадии процесса.

Поскольку о£ ({.) - 1/И(Ь) , гюяно проследить изменение текущего радиуса кривизны после окончания процесса прессования с минимальным £(0):

+ , /зд/

где Л й. - компоненты гюсладейстктя, вызванные упругими, иолзучпмч деформациями п явлением свободного иодшпрозашя заготовки в момэпу ее передачи с позиции прессовании .позтрэт отслч'денлк.

700

600

500 400

300 14|А)(4/-4-4;

200 100

о 4 0 12 16 20 24 ,с

Рис. 2.1. Параметры закалю: от неизотермического состояния

Еъ'задвны математические выражения, позволяющие определить каждую иь компонент ,4$. . Анализ их показал, что при заданной конечной кривизне изделия возникает большое количество вариантов реализации изменения временных и темпера-турннх' параметров процесса. Б частности, выбор времени прессования был основан на заданноЛ величине уровня

релаксации напряжений \

О

Рис.- 3.1

Изменение кривизны заготовки в процессе прессования

'О

Т

</3

, /3.2/

где

Поскольку полученные зависимости относятся к изотермическому состоянию, в работе дала методика определения эквивалентной температуры првссовашш за время подстудки заготовки при вццорхке ее в прессе и при транспортировке до зоны охлаждения.

Все вышеперечисленное позволило сфорлировать номограмму технологических параметров прессования изделий из листового стекла, представленную в работе.

На основе объединенного алгоритма расчета параметров процесса "нагрев-прессованне-закалка" и вариантного счета для различных условий была разработана технологическая схема производства глуша закалонннх издолш'5 применительно к горизонтальному способу закалки /см.рис. 3.2/.

л. тяхлолоптчгхггзпз яарлшгггц загсдш и тюитюаядя

рзлдвацш зауишочшго опогуд01шш

Основные технологические параметры зак&иш стоила известны из различных отечоствочщу и зарубежных источников, одна!» до настоящего времош: но ирсьодено обобщения эч'их результатов, особенно в части, кеямпвЧол тор.юобработк!* изделий различной толаиии.

Нагрев I Прессование ; Охлаадение

_4 8 12 16 20 24 ?ио, 3.2. Технологическая схема производства гнутых закаленных изделий

При перехода закалочное установок и лилий па выпуск изделий жой. толщины требуется серьезная корректировка таких оснозкнх параметров, зк: температура закалки и интенсивность охладдекия, пред-сгезлззнал зозфгщгентом теплоотдачи . Переход, на новую толщину ссздаэт известные трудности операторам закалочных линий, выбор реязмоз термообработки^осуществлялся опытным путем, эмпирически. 3 работе' быка поставлена задача опредаяенля приемлемого диапазрна параметров закалки, обеспечивающего заданные прочностные качества ■ изделий и исключение брака /боя, "взрывов"/ стекла в процессе ох-лаядеЕЕЕ.

Взаимосвязь указанных параметров бняа представлена з виде но-шгра'-'мы /рис. 4-1/р ■ согласно которой при заданной толцкне изделия ж г&ткчпне поверхностных напряжений /а, следовательно „ з прочности/ мн выходим ка. зкачэнчя. закалочной температуры ./'зона Б/. При зге: перзход в зоггу А недопустим вследствие обязательного боя, а з зеку В.~ вследствие возможного появления.известиях видов брака /оеткззя, катвра, нзагоогссстность» "<$лш"Л

Дзйстзувдиз отавдаргы па закаленное стекло транспортного на-^кетезиг прэдусматрг5.?,та пшелгекзэ одного из. уолозяй безопасности - вздазгегч» хераэтора. разрувоаггг н2гег5зл&2ое чззмго осгизякоз ^ на горга^огкзЕЗЁ сксщади, Дея обзеггзтакия зтах ^рсбозакяЗ в работа бгко зведзяо сояагсгэ ТарзигирозаЕного яоэффлзгеггга гешгоотдачи" -

с?» - в

Ка озпззз стагисотгесяоЗ обработки даягак,, опуйшеованнкх различная автора.к г зсбсгБЗНгс-л исследованиях определена взееко-связь плотности езкешгеэ N с поверхностными екмгщими пагагкэ-&л в закаленной издмсга;

N = охр /0,0607 - 3,598/. /4*Г/

В свои очередь, л наследуемом диапазоне тезтсяогпческах параметров

вс » 32,76 + 0,0555/ ¿«об/. /4'2/

и.1 решением /4.1/ и /4.2/ получено г

482,036 + 299,401 4. И?'. /4-3/

Задача определения гарантированного значения свелась г таким обрпом, к выбору минимального уровня ^ , удовлетворяю- -него требованиям ГОСТ 5727-85. Например, при Н = 60 величина

= 1708 мм Вт/и, соответственно, гарантированные значения коэффициента теплоотдачи в зависимости от толщины будут следующими:

с! , № СХ£Г , Ет/(м?К)

6 " 285

5 342

4 427

3 569

Конструктивное обеспечение полученных значений в промышленном закалочном оборудовании осуществлялось на оскоье широкомасштабного эксперимента, проведенного на одиночных соплах и охлаждающих решетках различной конструкции. Конструктивные параметры кх до недавнего времени выбирались путем длительных экспериментов5 а для тонкого стекла были вообще неизвестны, поскольку имевшийся з наличии единственный расчэткыП метод Р.Гардона не охватывал многообразия форм сопл и реетмов охпаздепкя.

В работе бача изучена аэродинамика сопл различной конструкции, определена охлаждающая способность решеток, оснащенных шли, а так-ле проведено обобщение расчетных методов выявления основных характеристик решеток: шага сопл X. , диаметра I) , расстояния до ох-чаздаемои поверхности ¿Г , давления воздуха р и коэффициента теплоотдачи , обеспечиваемого ими.

В частности,

0,С25~

ос = 0,255 Р,е ' /4.4/ СЧ

где и - соответственно, .плотность л коэффициент динамической вязкости воздуха.

Значения т.н. 'ударной" скороол! струи при 2./Т) > 8

^ ^ 6,63 <?е \ /4.6/

а в

ближней области /' ё/1) В/

-4 ? \

Ч^С~н ) . /4.7/

Анализ результатов экспериментов показал, что наилучшими аэродинамическими свойствами и охлаздавдей способностью обладает сопла--пасадкн с коноэдальным входом относительно большой длины /-£/1) = = 10... 25/.

Развитие работа в этом направлении позволило сформировать т.н. универсальные характеристики решеток и провести оптимизацию их "настройки" с точки зрения минимальных удельных расходов воздуха*

Несколько лет назад была отмочена патентная актигчость зарубежных фирм в области использования для закалка стекла воздушной подушен. В связи с этим в работе были проведоцы исследования по изучению влияния конструктивных параметров модулей ниппельного типа на их охлалздащую способность.

Определено, что

о ч0,8

где $ - толщина воздушной подуши!, & - глубина расположения сопл, (я - уделышй расход воздуха, Ц,- диаметр ниппельного колодца.

Дяя повит- шя.интенсивности охлаждения необходимо: сокращать шаг расположения элементов X > приближать сопловые отверстия шшпелой к охлаждаемой поверхности, уменьшать диаметр ниппельного колодца •

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЗАДАННЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ЗАКАЛЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ И УМЕНЬШЕНИЯ БРАКА

Дефекты изделий, полученных в результате закалки, лимитируются ГОСТ 5727-85. Одним из них является неплоскостность /"волна"/-, возникающая прп горизонтальном способе. В работе рассмотрена модель квазистационарного деформирования стекла на валках роликового конвейера, введена скорость транспортирования и получена взаимосвязь технологических параметров закалки с величиной "волны". Проявлением волны на практике является угол оптических искажений, фиксируемый на установке "зебра". В работе найдена эквивалентность

та -

иеаду углом оптических исксконей величиной, обратной прогибу:

-•С

°WeSeU' , /5.1/

причем

•^iiMiM^ , /5.2/

* тЩ

где & - толщина стекла, ZT - скорость транспортировки, (» - ко-Э'Г-" гиент Пуассона, ^ (Tj - вязкость стекла, ^ - удельный вес материала, - шаг валков.

Определена абсолютная величина оптического модуля перехода

Полученные ссотноиения дают воз модность прогнозировать изменение оптических свойств закаленных изделий при изменении конструктивных парамэтроз установки шт ■ технологических режпмоа ее работы.

.Слодута^гка дсфоктама, рассмотрение которых представлено в работе, явитесь закалочные пятна и блики, связанные с неравномерность!! закажи. Введошше оценочные критерии неравномерности охлааде-шк в неравномерности закалки, оценка их уровня в зависимое и от различных конструктивных и технологических параметров на основе ряда промежуточных предпосылок /гипотез/ позволили получить формулу их взаимосвязи и, в конечном счете, создать методику прогнозирования уров!И неравномерности напряжений в ¿.зличных ситуациях:

= £с , /5.3/

где Eg. ц с^ - соответственно, коэ'офшдаент неравномерности напряжения; и интенсивности охлаэдешш, £Г - скорость транспортирования, tT, и ft - константы, ¿с - структурная составляющая .

Поскольку регулирование &Q- с помощью изменения конструктивных параметров охлаждающих решеток затруднительно, единственным выходом из положения является обеспечение взаимного движения' стекла и решеток. Сопоставление значений Sq. , вычисленных по соотношению /5.3/ с экспериментальными показало их хорошую сходимость /рис. 5.1/.

Кроме того, определено, что минимально необходимая скорость может быть выбрана upu значении £& ^ 0,06, когда закалочные пятна. визуально не -обнарушшаются.

Благодаря решению двутс последних задач определены минимально допустимые скорости в печи нагрева и в охлавдающих решетках. Однако

остался.неясный вопрос о скорости перевода стекла из пота в зону охлаждения.

V, и/с

Рис. 5.1. Зависимость коэффициента неравномерности закалки от скорости движения стекла

Известно, что при малых скоростях в заготовках возникают значительные градшнпг температуры по длине, неоднородная деформация и возможность разрушения /боя, "взрыва"/. Увеличение скорости вывода свито минимально необходимой величины приводит к нерационально^ удлинению зоны охлаждения стекла с соответствующим ухудшением энергетических показателей линии.

При рассмотрешш данной проблемы в качестве основной рабочей крадоосылки принято, что причиной разрушения .стекла являются напряжения от продольного градиента температуры. Ш условия формирования максимума этого градиента получена величина скорости вывода стекла, которая оказалась связанной с интенсивностью охлавдения, свойствами стекла, длиной и толщиной изделия:

/5.4/

где, ^ - первый корень трансцендентного уравнения =

/ 6 i. - критерий Био/, £L - коэффициент температуропроводности стекла» - длина листа.

Креме того, решен вопрос о влиянии регльяой скорости двинешш стекла на долю /процент/ изделий, разрушившихся в процессе закалки. Несмотря на го, что на разрушение отекла влияет ряд других факторов /неравномерность нагрева, качество обработки кромки и пр./, учет только одного технологического параметра /отношение продольного градиента при заданной скорости к максимальному/ дал возможность выззетл сдедугаото анащгтическую зависимость:

weSf-^L жр (j-^à^ymz. /5.5/

Полученное соотлоеэниз подтверддеио экспериментами на промыт тешгой закалочной лкнии.

Серьезное место з исследованиях большой группы отечественных и зарубежных последователей занимали вопросы прочности закаленного окзгта. Однако при ипродсм внедрении производства фигоат-с текла проблеет приобрела новый оттенок.

Исследованиями Л„АЛ5сгуславского по свежзотфортваннсму фгоат--стехлу обнаружена досрочно знсокая гсгаъгетрзя прочности - до 60$. Прз:с?якэ£г замечено сохранение асимметрии в закаленных изделиях. ' Выявлении уровня асимметрии прочности стекла, доставлешгого на переработку з заводских условиях и после переработки посвящена часть представленной работы. Для краткости введено понятие "рез вверх" и "рзз вниз".

Погодина исследований включала: измерение напряжении /ПКП и - рефрактометр фирмы P95¡/, определенно прочности методом ДСГ-Т с различной ориентацией образцов и статистическую обработку .■ полученных результатов с построением кривых распределения.

Расчетная норма выборки - 100 образцов на каждую позиция.

По образцам пз исходного стекла получены следующие результаты: среднее значение прочности по выразниважщм кривым при орисл- ' тацпл "рез вверх" составило 80 Ша, а при ориентации "рез вниз" -- 104 Ша. АстГ'Шетрия, таким образом, составила 30;ъ. Лля закален-тшх образцов аналогичные величины были 129 и IS8 Ша.

Следовательно, исходная; асимметрия, равная 30,?, после закалки сохраняется.

Для образцов с различной степенью закалки была проведена ста- .

при которой кастрта-

и

тистичзская обработка с цель» выявления взаэлссЕЯЗл про «то с ¿'а ж поверхностных напряжений. Козффщкбк? корреляций .даякшс. велгаз: ' составил 0,9716, что подтвердило Езвестдуа ранее ЛЕЕвйкую зазкж-мость прочности закаленного стекла от <э& ,

Для получения более пол:;о£ картшш по &зжме-1ра]£ прочно; л! бнл проведен эксперимент с образцами стекла прошшкзнной выработка размером 500 х 500 ым к толщиной 5 т&, имеющими одинаковую ста -пень закалки, Иопыташхя б или. пряйлиаекг; к требованиям ГОСТ 5727 -- 65: удар стальным шаром массой 227 г- образца, расположенного на упругой подставке 300 х 300 ш .

Прочность оценивали высотой падения гаара,' ло разрушение.

Результаты испн-. ( таний показаны на рис. 5.2. Асишзтрия прочности, вычисленная по среднему значению.высоты падения шара,составила 18$,что ниже результатов, полученных методом ЦСШ на-лабораторкнх образцах, и связано с избзстньщ несовершенством метода.

Асимметрию свойств закаленного флоат-стокла модно эффективно использовать в наземных транспортных средствах. Для

побыезкея безопасно- ' • '

сти изделия, применяемого в автомобильном транспорте, желатоЕ&Еэ,

1 п, 6,0

5,0

4,0 3,0 Рис

5.2. Результаты испытаний образцов на ударную прочность

внутренней - минимально необходимой. Поэтому в процессе изготовления зак-эллпгехх автомобильных стекол целесообразно заранее, в процессе производства ориентировать изделий вплоть до установи! в автомобиль .

выводи

1. Разработаны научные основа процессор формоизменения и термической обработка листового стекла. Обоснованы общие принципы выбора технологических параметров процесса и расчета конструктивных глемеьтов ссксвного оборудования.

2. Рассмотрена принципиальная физико-математическая модоль нэпрянеинсго состояния листового стекла в процессе прессования, позволившая зтюдесжить методику определения геометрических параметров формующих элементов и режимов прессования о учетом упругого я "ползучего" последействий, а также возможного моллпровакия заготовки. Кодель основана на использовании интегральных уравнен :и Бодьцмана-Еольтерры, теории тонких пластин и учитывает все возможные тешературно-времешше параметры, возникающие в процессе формоизменения листового стекла.

3. Предложена и апробирована новая методика определения модуля упругости первого рода для стекла с температурой выше Т„ на аппаратуре серийного производства,

4. Разработаны методика, алгоритм и програыь'чое обеспечение расчетов мгновенных и остаточных закалочных напряжении, позволяющие прогнозировать технологические режшы и результаты закалки изделий различной толщины, в том числе п^л кешотер,.шческом исходном состоянии.

5. Экспериментально исследованы и теоретически обоснованы конструктивные параметры закалочных реиеток, обеспечивающих заданный уровень интенсивности охдаздвния. Впервые установлено, что наиболее эффективна,ш являются конструкции, оснащенные соплаш-на-садками относительно большой длины - Ь / И = 10...25.

Проведена оптимизация релаиов работы решеток. Определено гарантированное значенье коэффициента теплоотдачи при выработка закаленного стекла транспортного назначения, при этом численное значение параметра <1 *осг= 1703 гам Б1'/(м?К).

6. Рассмотрены теоретические аспекты и проведена практическая реализация улучшения качества закаленных изделии: уменьшения не-длоскостности /"колли"/, ослабления бликов а закалочных ияген.

7. Разработана методика прогнозирования боя стекла на стадии интенсивного охлаздония, предложены технологические способы уменьшения отходов при закалке.

В частности, способ дифференциальной закалки уменьшает тех-

нологкческиЁ бой е энергозатраты в два раза.

8". На основа Езуче;шя асимметрии прочностных свойств дана практические рэкомэвдицки ш использовании изделий из закаленного термически полированного стекла в ост^клэшш транспортных срздста.

9„ Шцугекшэ результаты хюмплексных исследований использованы при разработке закалочных линий, внедренных на Гомельском стекольном заводе им.М.В.1оконосова, стеклозаводе "Пролетарий" /г.Ла-сичанек/ и Львовском махстеклозаводе.

При атом достигнуты следующие результаты: увеличена производительность в 1е6..„5,0 раз, уменьшены удельные энергозатраты на 6...80 %, снизилась численность обслуживающего персонала на 8. „.15 человек на одну линию.

Годовой экономический ай>экт составил 7?..Л96 тысяч рублей ьа од., ху линию.

В ШО "Техстройстекло" в настоящее время создается сермя йыитно-нрошмпешшх установок душ массового производства гнутого закаленного стекла, предназначенного иля новых моделей автомобилей.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУЕДИКОМШМХ РАБОТ СО TSE ДИССЕРТАЦИИ

I. Гаскяин S.A., Казакова И. Л.» Щутов л.И. Взаимосвязь основных технологических параметров горизонтальной закалки стекла с его оптическими свойствами// Стекло и керамика. - 1979. -JS 2. - С.6-7.

2« Шутов А «И., Чистяков A.A., Прокофьева Т.П. Об охлавдавдэИ способности воздухоструйкых устройств з связи о закалкой топкого стекла// Сб.матеу.кснф.мслодых ученых. - Ленинград. - 1979 . -

- С.21-22,

3. Шабанов А.Г., Щугов А.И., Марков В.П., Чистяков A.A., Чуриков З.Д. Интенсификация процесса воздушной закалки листового стехка// Тез.дскл, ка симпозиуме "Повышение эксплуатационной надежности и технологические процессы упрочнения изделий из стекла", г„1усв-Хрусталькый. - IL - 1979. - С. 70.

4. Шабанов А.Г., Шутов А.К., Чистяков A.A., Потапов В.И. Технология воздухоструйной закалки тонкого листового стекла// Тез. дом. на симпозиуме "Повышение эксплуатационной надежности и технологические процессы упрочнения изделий из стекла", г.Гусь-Хрус-таяьный. - У. - 1979, С„70-71.

5» Шутов А.И., Чистяков A.A.» Чуриков В.Д. Определение охлаж-дзвдей способности воздушной подушки для закаляя тонкого отекла// Стекло и керамика. - 1980. - гё I. - С.6-8.

6. Шутов А.И., Казакова И.П., Чистяков A.A. Универсальные характеристики закалочных решеток// Стекло и керамика. - 1980. - № 7.

- С.12-13.

7. Шабанов А.Г,, Щутоз А.И., Марков В.П., Чистяков A.A., Чуриков З.Д. Интенсификация процесса воздушной закалки листового CTeiwia// Стекло и керамика . - 1980. - £ II. - C.IO-II.

8. Шутов А.И., Чистяков A.A., Прокофьева Т.П. Распределение ' напряквний в стекле при воздухоструйной закалке// Стекло и керамика. - 1981. - i» 3. - С. 14-15.

5. A.C. ¡>' 793949. Li. Ки3 СО 3 В 23/03. Способ изгибания листового стекла и устройство для его осуществления. Ю. II. Тимошенко, Б.Ф. Саг-ладов, Б.д.Чуриков, А.И.Шутов /СССР/, - 2G503S8/29-33 ; заявл. 31.07.78 ; он/и..ч. 07.0I.Ui. Бол. ä I. -2с.; ¡¡л.

10. Шутов А.И., Казакова И.П. Оптимизация параметров закалочных pet зток// Стекло и керамика. - 1981. - I 9. С. 8-9.

11. A.C. В 863516. М.Кл? СОЗ В 27/08. Ванна даш закалка листового стекла. В.А.Агибалов, Н.Н.Троишн, В.Д.Чуриков, А.И.Шутов /СССР/. - 279850/29-33 ; заявл. 13.07.79 ; опубл. 15.09.81. Бнил. № 34. - 2 с. ; ил.

12. Шутов А.И., Ияяхин C.B., Казакова И.П., Потапов В.И., Чуриков В.Д. Параметр а нагрева и охлавдения стекал при закалке// Стекло и керамика, - 1981. - й II. - G. 14-15.

13. Шабанов А.Г., Шутов А.И., Потапов В.И., Чуриков В.Д.„ Чистяков A.A. Аэродинамические характеристики и охлаждающая способность воздухоструйных устройств доя закалки листового стекла// ■ -'текло и керамика. - 1982. - ИЗ. - С. 10-12.

14. Шутов А.И., Агибалов В.И., Майстренко И.А., Потапов В.И. Горизонтальная линия'закалки стекла усовершенствованной конструкции// Стекло и керамика. - 1982. - И I.-- С. 14-15.

15. Шутов А.И., Потапов В.И., Качалов H.H. Расчет скорости вывода стекол из печи нагрева при закалке// СтвгЬо и керамика. -1982. - J6 6. - С. 10-12.

16. Шутов А.И., Майстренко H.A., Копылов О.М., Лопухов A.B. Прочность закаленного стекла с линейными термоэлементами// Стекло и керамика. - 1982. - je 9. - G. 12-13.

17. A.C. й 939414. М.Кл.3 СОЗ в 27/00. Установка для закалки листового стекла. В.И.Агибалов, А.И.Шутов, И.А.Майстренко /СССР/.3218295/29-33 ; заяв?1. 16.12.80 ; опубл. 30.05.82. Бюл. й 24. - 3 с. ил.

18. Шутов А.И., Майстренко И.А., Казакова И.П., Чистяков A.A., Потапов В.И. Прочность тонкого закаленного термически полированного стекла// Стекло и керамика. - 1983. - И 8. - С. 18-19.

19. Шабанов А.Г., Шутов А.И., Потапов В.И., Майстренко H.A. Оптимизация-длины горизонтальной печи нагрева стекла для закалки// Стекло и керамика - 1984. - И 6. - С. 7-8,

20. 'Чабанов А.Г., 1Дутов А.И., Потапов В.И., Чистяков A.A. Оптимизация технологии закалки листового стекла// Тез.докл. Всесоюзного совещания "Основные направления развития технологии пронз-подствэ строительного и технического листового стекла". - Сара-

• OJ. • - О. 68-69.

21. Шабанов А.Г., Шутов А.И., Погалов В.И., Чистяков A.A. Исследование особенностей закалки прокатного стекла с рельефной поверхностью// Тез.докл. Всесоюзного совещания "Основные направления развития технологии производства строительного и технического листового стекла". - Саратов. - 1984. - С. 70-71.

22. Шутов А.И. Выбор электродвигателя привода вентилятора устройств для закажи стекла// Стекло и керамика. - 1387. - ß 9.-С. 14-15.

23. Шутов А.И. Возможности дифференциальной закалки стекла// Сб. "йпзпко-хишческке основы и научно-технический прогресо в технологии стекла и стеклокристаллических материалов с.использованием вторичного сырья". - ЖСП-ЕТПСМ. - М., 1Э87. - С. II8-I2I.

24. Кутов A.II, Кгтенси^лпшция нагрева стекла при закалке// Сб. "Фпзико-хишгсеские основы и каучно-тэхнцчосшщ прогресс в технологии стекла и стеклокристаллических материалов с использованием вторичного сырья". - 1Ж1-БЕ1СЫ. - Ы., 1387. - С.133-137.

25. Сутов А.И., Суслов З.И. 0 деформации стекла в вязко-упругом состоянии// Тез.докл. Всесоюзного совет. "Проблемы технологии и повышения эффективности производства сортовой посуды и стеклянной тары". - 1>сь-Хрустальныя. - 1988. С. 28.

26. 1Еутов А.П., Сакулина-З.Д. Номограмма технологических на-раметров заката! стекол различной толдшш// Стекло и керамика. -& I. - 1989. - С. 14-15.

27. Цутов А.И., Суслов B.II. ¡.¡оделмрование сложной деформации листового стекла в вязко-упругом состоянии// Тез.докл. XI Всесоюз. кояф. "Конструкция и технология получения изделии из неметаллических материалов". - Ч. П. - Конструкционная оптика. - М. - Изд. BIGHr.HI. - IS88. - С. 29.

28. iii/tob А.И., Сакулина 2.П. Использование номограмм технологических параметров закалки стекла различной толщины// Тез.докл. XI Всесоюзн.конп). "Конструкция и технология получеши изделий из неметаллических материалов". - Ч. П. - Конструкционная оптика. - 1А. -

- Изд. К-ЕПШ. - 1903. - С. 33.

29. Шутов А.И., Суслов В.'Л. Физико-математическая модель

сложной дефоршщш листового стекла// Тоз.док.-.Воезоюзко£ хаг^.

"Фуцдетьтагаязз гссгегоБ^шя к ».огд- ^.талогг/ I ся^ззвызаок 1.:г.Г9гса.лоЕ?док:Е:". - Ч. Е, ~ "гт-ологгл п ста^гс-гсх.огс.'Ж-

ческш: гггтэрпгзс®. - Езтггсрод, - 1939. - 0, 91,

о0. ¿¡..И.? Сакулик^, 111.П. КПл, и&к^'Л^х и.г,. Хи^.доу-.ч-

БСЬ 30333 НОй ХОйф. ' КСЗгГй -ОХЫОЛОГЛ'^

ь строительной! кагераалонвдеьа^' . - -I. - 'Ге&Лк.-л'ай. огокз« 1: стекжо/фшталщиескях лиюр^а^сь. •• ¿^.гсроЕ. - - С-Л06.

31. Шутов А.И., Сакулина В.П., Еашкевш О.Б«, КПД заксапя: осекла к пути его повышения// Стекло и керамика. - 1589. - й/.- С.10,

32. Шутов А.К., Сакулика Е.П. Охлаздакщая оесссОлХО^ь закалочных решеток с дагаощрическягп; и щегэвшяя ссшжмк// и керамика» - 1989. - Я 9. - С, 24-25.

33. Шабанов Л.Г., Шутов а.!!., Суслов В. ¿и г Чгкиййог Мвхашшы деформации лкстсвоге «-¿бма ь процессе цреосовашг// Стоило а керамика. - 1989. - £ 12. - С. 7-9=

34. Шутов А.И., Ш£б."лэв АСГ.,, Болзусов ЗЛ.» бирсов В.А„ Метод определения модуля 'упругости стекла при те;лгератур£х выге температуры схекловааия// Сзекло и кера.-,шка. - 1ЭЫ* - С.9.

35. Шутов А.И. Алгоритм прогнозирования боя стекла пр.; еакал-ко// Тез.дом. Всесоюзной конф. "¿изико-хшические проблею; материаловедения и ноше технологии". - Белгород. - 1991. - С. 192.

36. Шутов А.II., Сакулина Е.П. ¿¡оделироьанио процесса да^юр-ыацза плоского листового стекла// Тез. догл.Всесоюзной конф. "Физико-химические проблемы иатераажозедеюит и новые технологии". -Белгород. - 1991. - С. '193.

37. Шутов А.И., Сакулина 2.II. Взаимосвязь свойств закаленного стекла с технологическими параметрами закалки// Тез.докл.Всесоюзного. семинара "Проблемы прочности стекла и стеклокристаллическкх материалов". - Константиновна. - 1991. - С. 32.

38. Шутов А.И., Сакулина Е.П. Гарантированный: гсоэда^щиент теплоотдачи при закалке стекла// Стоию и керамика. - 1991. - £6.-С. 10-11.

39. Шабанов А.Г., Щутоз А.1-1., Парков В.II. ;Летодгаса прогнозирования разрушения стекла при зпк.члкз// Стекло и керхглса. - 1991.-

Л 3, - С, 10-12.

40о Шутов А.И., Сакулина E.II. Использование пршщша Вольтеров з расчетах деформации листового стекла// Стекло и керамика. -199ло - Ü 8. - С. 15-16.

41. 2[утоз А,И., Лалыкин Й.В, Алгоритм определения мгновенных % ог~е.гзпг.к: закасочшз: напряжений// Стагсло и керамика. - 1991. -Я IL, - С, 15-16.

42. Белоусов Ю.Л., Шутоз А.К., Флрсоз Б.А. Температурная за-зтимоста модуля уцругсстп промышленных стекол// Стекло и Kepai.ni-за„ - I9S2. - В 2. - С» 12-13. ' .

43. Шабанов А,Г. 8 Шутов А.Й., Лалыкин Н.В., Марков В.П. Выбор продолжительности и температуры прессования изделий из листового стекла// Стекло и керамика. - I9S2. - Л 3. - С. 5-7.

44. Щутсв А.И., Лалыкин Н.В., Ахтямоз A.B. Учет нелинейностой физических констант в алгоритме расчета закалочных напряжений// Стекло и керамика. - 1992. - л 6. - С. 8-9.

45. Щутоз А.И. Эпюра закалочных напряжений э листовом стекло// Тез sc ц докл.Международной г,о гср." Р е с урс о с б о р е гак ;ne технологии строительных материалов, изделий я конструкций".,- Белгород. -1993. - С. 27.

46. Шутов А.И., Лалыкин Н.В., Ахтямов A.B. Учет нелинейностей модуля деформации при расчете-закалочных налряхеннй// Тезисы докл. Международной конф. "Ресурсосберегающие технологии строительных материалов, изделий п конструкций". - Белгород. - 1993. - С. 28.

•17. Шутов А.П., Лалыкин Н.В., Овчинников A.B. Видоизменение эпюры закалочных напряжений в листовом стекле// Стекло и керамика. - 1992. - ß II - 12. - С. 22-23.