АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВЫПЛАВЛЯЕМЫХ МОДЕЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ РЕЗИНОВЫХ ПРЕСС-ФОРМ

Для расчетов по уравнениям (2) — (4) определялись тепло-физические характеристики. Использование скоростного метода двух температурио-временных интервалов [6] позволило одновременно получить и тепло- и температуропроводность как воска, так и резины, применяемой для изготовления пресс-форм (табл. I).

Таблица 1

Теплофизические характеристики материалов

Были заданы толщины изделия и формы соответственно, м: δ = 1,5.10^-3, h=15.10^-3. В результате расчетов на ЭЦВМ получены распределение температур в восковой пластине-модели и величина теплового потока на границе раздела воск—резина при начальной температуре резины 5°С н температуре заливки воска 75°С (рис. 1 и 2). Температура плавления воска лежит в интервале 60-65°С. Из данных рис. 1 следует, что уже на 10-й секунде большая часть воска охлаждается до температуры плавления, а это вызывает большие сомнения в допустимости пренебрежения теплотой плавления.

Теплота плавления воска, используемого для изготовления восковых моделей, не определялась, но для парафинов рекомендуемое значение теплоты плавления r=35 кал/г = 1,47-10^-5 дж/кг.

Учитывая толщину взятой для расчета восковой пластины, легко показать, что истинный тепловой поток должен превосходить рассчитанный по (4) — см. рис. 2 — более чем в два раза до момента полного застывания воска. Отметим, что площадь между кривыми 1 и 2 не соответствует теплоте плавления воска (пластины толщиной δ = 1,5-10^-3). Можно предположить, что характерным временем застывания восковой пластины будет время порядка 100 сек (см. рис. 2).

Распределение температур на рис. 1 не соответствует истинному, но дает основание предположить, что при застывании воска температура в различных зонах восковой модели мало отличается от средней температуры воска. Этот вывод позволяет прибегнуть к балансовой модели для оценки температурно- временных параметров режима застывания воска.

Пусть известна температура заливки воска Т_з и максимальная температура восковой модели Т_х при разъеме пресс-формы. Тогда количество тепла, которое должно перейти от расплавленного воска к резине, будет

где m₁ — масса залитого воска. Это тепло расходуется на нагрев не известного пока объема резины, который к тому же зависит от конфигурации изделия.

Рассмотрим изделие, близкое по форме к пластине. Тогда тепловые потоки охлаждения распространяются в двух направлениях, причем за время охлаждения весь массив резиновой стенки пресс-формы не прогревается и только некая его часть приобретает температуру, отличную от начальной температуры резины Т_р. Кинетика прогрева стенки эластичной формы может быть уподоблена нестационарному прогреву полубесконечного пространства, а для этого процесса известно, что температура материала может быть приближенно приравнена 0 при

При этом распределение температуры в материале можно уподобить линейному, В таком случае количество запасенного тепла резиной

позволяет найти время охлаждения восковой модели до температуры Т_х.

Рассмотрение более сложных форм (цилиндр, шар) приводит к более сложным уравнениям относительно τ_охл, если предположить, что кинетика нагрева идентична прогреву полубесконечного пространства. Тем не менее, уравнения (6) — (8) позволяют получить время охлаждения восковой модели и явном виде и проанализировать основные закономерности процесса охлаждения воска

В табл. 2 представлены результаты расчета по (9) для бесконечной пластины с размерами, указанными выше. Заметим, что очень сильно сказывается влияние начальной температуры резиновой формы. Следовательно, из теоретического анализа вытекает рекомендация: подготавливать резиновые формы к эксплуатации, выдерживая их в холодильнике.

Режимы охлаждения, длящиеся более 1 часа (при изготовлении массивных восковых моделей), следует рассчитывать с учетом конвективного уноса тепла с внешней поверхности резиновой формы. Влияние массы заливки при разработке режимов охлаждения восковых моделей можно учесть квадратичной зависимостью.

С помощью балансовой модели авторы рассчитали температурный режим циклического изготовления модели (пластины воска толщиной 3.10^-3 м) в резиновой форме общей толщиной 3.10^-2 м при следующих параметрах, °С: Т_з = 70, Т_х = 60, T_ρ =20. В результате расчета по (9) с учетом дальнейшего охлаждения формы в течение 10 мин на воздухе получены режимы, приведенные в табл. 3.

Быстрый рост времени охлаждения модели в I - III циклах обусловлен отсутствием теплоотдачи с внешней поверхности пресс-формы (авторы приняли температуру охлаждающего воздуха равной начальной температуре резины), а с третьего цикла пресс-форма выходит на стационарный режим.

Расчетные значения времени затвердевания восковых моделей удовлетворительно согласуются с реальными сроками охлаждения восковых моделей в резиновой форме. Разработанная методика расчета тепловых режимов работы резиновых форм позволяет сократить время изготовления выплавляемых моделей и повысить их качество.