Определение граничных условий температурного поля листовой заготовки
Изменение температурного поля и определение граничных условий температурного поля на верхней и нижней поверхностях предварительно нагретой до температуры высокоэластического состояния заготовки в процессе ее формоизменения при производстве изделий.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.01.2020 |
| Размер файла | 65,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ
Э.А. Мусаев, М.А. Шерышев
Аннотация
температурный заготовка высокоэластичный формоизменение
В работе рассматривается изменение температурного поля и определение граничных условий температурного поля на верхней и нижней поверхностях предварительно нагретой до температуры высокоэластического состояния заготовки в процессе ее формоизменения при производстве изделий методом свободного вакуумного термоформования.
Ключевые слова: термоформование, заготовка, формовочная камера, ресивер, теплоотвод, температурное поле, давление формования, скорость формования.
Annotation
Musaev Emin Abdusalamovich, Sheryshev Michael Anatolyevich D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
DETERMINATION OF TEMPERATURE PATTER BOUNDARY CONDITIONS OF TEMPERATURE FIELD AT THERMOFORMING
Research covers the change of the temperature field and boundary condition determination on the upper and lower surface of the pre-heated to a temperature of highly elastic state of the workpiece during its deformation in the manufacture of products using the free vacuum thermoforming.
Key words: thermoforming, workpiece, moulding chamber, receiver, heat sink, temperature field, moulding pressure, moulding velocity.
Основная часть
При исследовании процессов термоформования до сих пор наибольшее внимание уделялось различным процессам нагрева заготовок. Были исследованы методы конвективного нагрева, методы контактного нагрева, а также методы теплорадиационного одностороннего и двухстороннего нагревов [1,2].
В то же время процессам изменения температуры заготовки при ее оформлении в готовое изделие должного внимания не уделялось.
Однако, изменение температурного поля в процессе формования заготовки часто оказывает существенное влияние на качество полученных изделий.
В большинстве современного оборудования для термоформования изделий применяется цикл, в котором сначала осуществляется нагрев заготовки, а затем либо нагреватель отключается, либо заготовка «уходит» из-под нагревателя и устанавливается над формующим инструментом.
Рассмотрим случай свободного формования, при котором под заготовкой находится вакуумная камера с установленной над ней проймой (зажимной рамой, внутреннее отверстие в которой точно повторяет верхнее сечение формуемого изделия). При этом верхняя часть формуемого листа постоянно контактирует с атмосферой цеха. Отметим, что в большинстве формовочных машин предусматривается защита от случайных воздействий воздушных потоков на температурное поле заготовок. Поэтому в данной статье будет рассматриваться лишь конвективная теплоотдача от верхнего слоя заготовки.
Для некоторого упрощения задачи рассмотрим вариант использования зажимных рам с упругими прокладками, преимуществом которых является то, что теплоотводом по контуру зажима в них заготовки можно пренебречь.
В первом приближении состояние воздушной среды, находящейся над заготовкой, можно описать уравнением политропы вида:
,
где р - атмосферное давление; R - константа Больцмана; Т - температура; V - объем; n -коэффициент политропы.
Из этого уравнения можно определить температуру воздуха около верхней поверхности как в начальный момент формования заготовки:
, (1)
так и в процессе формования заготовки:
, (2)
где - атмосферное давление воздуха;- объем воздуха над заготовкой; - объем воздуха над заготовкой с учетом его изменения в процессе формования; - давление в процессе формования (принимается постоянным).
,
где - плотность воздуха; - скорость изменения глубины заготовки.
Разделив уравнение (2) на уравнение (1) получим:
, (3)
В связи с тем, что изделие по объему несравненно меньше, чем объем атмосферы, то отношение можно принять равным единице. Тогда
, (4)
В результате будем иметь возможность определить распределение температуры в зависимости от скорости деформирования заготовки в процессе ее формования. Так, при формовании в круглой пройме скорость перемещения участка в центре заготовки будет максимальной, а по краям - нулевой. Таким образом, можно сделать вывод, что скорость перемещения отдельных точек на заготовке есть функция координат в плоскости зажимной рамы и глубины формования заготовки. Зная функцию изменения формы заготовки [3] при ее формовании в готовое изделие и скорость формования, определим температуру воздушной массы над листом. При неглубоком формовании в круглой пройме:
, (5)
где Н - глубина формования в момент времени t; t - текущее время, за которое заготовка прогнется на глубину Н (рис. 1).
Рис. 1 Схема процесса формования
По литературным данным [2] скорость формования листа обычно находится в пределах от 5 до 15 см/с.
Конкретная скорость вытяжки зависит от толщины листа, температуры и давления формования.
Аналогичным образом можно определить граничные условия температурного поля в нижней части листа, обращенной к формовочной камере. При этом отметим, что для нижней части листа объем окружающего воздуха ограничен формовочной камерой и ресивером формовочной машины.
,
где - объем формуемого изделия; - объем формовочной камеры и ресивера, - скорость изменения глубины заготовки; - давление в камере и ресивере.
,
где - глубина формования заготовки в точке с координатами х и ;[2].
Используя уравнения (4) и (5), можно рассчитать граничные условия температурного поля на верхней и нижней поверхности заготовки.
Рис. 2 Пример температурных граничных условий на нижней поверхности заготовки
Рисунок 2 наглядно показывает пример граничных условий температурного поля при формовании листа в круглой пройме в начальной стадии процесса и скорости формования С=10 см/с.
Литература
1. Schwarzmann P. Halbzeuge aufheizen - womit und wie? Kunststoffe, 2015, № 03, s. 104 - 108.
2. Шерышев М. А. Производство изделий из полимерных листов и пленок. СПб.: Научные основы и технологии, 2011. 556 с.
3. Куликов С.Н., Шерышев А.Е., Шерышев М.А. Возможные варианты уточнения модели свободного термоформования изделий в круглой пройме // Пластические массы, 2011. № 12. С. 46 - 48.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности теплового обмена между телами, сущность теплопроводности и конвекции. Формы и процессы теплообмена. Описание граничных условий расчёта температурного поля, количества аккумулированной теплоты. Определение и последовательность решения задачи.
курсовая работа [549,2 K], добавлен 27.10.2013Исследование характеристик свариваемых материалов и технологических параметров сварки. Расчет температурного поля, размеров зон термического влияния с помощью персонального компьютера. Построение изотерм температурного поля и кривых термического поля.
курсовая работа [245,4 K], добавлен 10.11.2013Описание тепловых процессов при токарной обработке. Определение зависимости температуры на передней поверхности резца от координаты и скорости резания. Моделирование температурного поля инструмента с помощью численного метода конечных разностей.
лабораторная работа [65,1 K], добавлен 23.08.2015Оптимизация термонапряженного состояния лопатки. Создание сетки конечных элементов. Расчет граничных условий теплообмена. Изменение коэффициента теплоотдачи по обводу профиля. Расчет температурного поля. Оптимизация термонапряженного состояния.
контрольная работа [295,3 K], добавлен 04.02.2012Рабочая лопатка 1-й ступени турбины газогенератора как объект исследования, описание ее конструкции. Создание сетки конечных элементов. Расчет показателей граничных условий теплообмена, температурного поля, термонапряженного состояния и его оптимизации.
курсовая работа [986,7 K], добавлен 21.01.2012Разработка конструкции охлаждаемой лопатки ступени турбины высокого давления ТРДД. Создание сетки конечных элементов с помощь подмодуля САПР. Расчет граничных условий теплообмена, температурного поля, термонапряженного состояния и его оптимизации.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 17.02.2012Расчет температурного поля во время сварочных процессов. Определение температуры в начале, середине и конце сварного шва. Период выравнивания температуры. Быстродвижущиеся источники теплоты. Результаты вычислений температуры предельного состояния.
курсовая работа [99,4 K], добавлен 05.09.2014Расчет основных параметров системы охлаждения, греющей температуры. Создание конечно-элементной расчетной сетки. Схема подвода и распределения воздуха. Расчет граничных условий теплообмена, поля температур и напряженного состояния неохлаждаемой лопатки.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.02.2012Розрахунок температурного поля граничного стану по вісі переміщення джерела нагріву. Порівняння температур точок тіла в період теплонасичення і граничного температурного стану. Визначення структури зварюваного металу по точці нагрітої до температури 1350.
контрольная работа [92,6 K], добавлен 09.11.2012Сравнительный анализ способов производства бесшовных труб. Характеристика оборудования и конструкция раскатных станов винтовой прокатки. Математическая постановка задачи расчета температурного поля оправки, программное решение. Расчет прокатки для труб.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 08.07.2014Принцип работы и функции плазмотрона. Расчёт глубины проникновения температурного поля. Сопло и стержневый электрод как ответственный элемент генератора плазмы. Механическая и электрическая системы возбуждения. Классификация порошковых питателей.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 01.11.2011Методы тепловых расчетов при автоматической сварке под слоем флюса. Характеристика основного металла. Обоснование и выбор условной расчетной схемы процесса. Построение изохрон и изотерм температурного поля. Расчет мгновенной скорости охлаждения.
курсовая работа [501,7 K], добавлен 16.04.2011- Воздействие теплофизических и металлургических процессов на формирование свойств сварного соединения
Конструктивные особенности узла и условия выполнения сварки. Химический состав материалов. Расчетная схема нагрева изделия. Оценка склонности металла шва к образованию трещин. Расчет термического цикла для пластин. Построение температурного поля.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 17.12.2015 Обоснование выбора расчетной схемы температурного поля при использовании электродуговой сварки. Расчет распределения температур вдоль оси шва и на некотором удалении от нее. Расчет мгновенной скорости охлаждения металла шва и размеров сварочной ванны.
курсовая работа [282,3 K], добавлен 13.12.2014Расчет теплопроводности при сварке. Тепловые схемы и классификация источников нагрева. Мгновенный линейный источник в пластине, в стержне, на поверхности плоского слоя. Расчет температурного поля движущихся источников нагрева и методом интегрирования.
контрольная работа [4,1 M], добавлен 25.03.2016Оценка горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации шахты. Способы вскрытия и подготовки шахтного поля. Разработка и технология ведения очистных работ. Экономика и организация труда в очистном забое. Техника безопасности и охрана труда.
курсовая работа [394,9 K], добавлен 23.06.2011Визначення числа заготовок, які можна обробити одночасно блоком різців без браку. Розробка схеми базування деталі при токарній обробці канавки. Визначення статистичного поля розсіювання, похибки закріплення однієї заготовки. Статистичне опрацювання даних.
контрольная работа [104,3 K], добавлен 29.04.2014Определение мольной доли компонентов в составе пара; температуры начала и конца конденсации пара; тепловой нагрузки конденсатора; расхода воды; температурного напора; теплофизических свойств конденсата, коэффициента теплопередачи и других показателей.
контрольная работа [111,2 K], добавлен 23.07.2010График температурного испарения хладагента. Расчет удельной тепловой нагрузки испарителя и конденсатора. Энергетический баланс установки. Определение мощности, потребляемой компрессором. Расчет температуры получаемого холода и КПД холодильной установки.
контрольная работа [591,4 K], добавлен 12.06.2013Теплотехнология нагрева, разработка температурного графика. Расчет топлива и определение действительной температуры в печи. Расчет времени пребывания садки в рабочем пространстве. Тепловой баланс зон печи. Автоматическое регулирование тепловой нагрузки.
курсовая работа [998,9 K], добавлен 18.03.2013
