Формообразователь для изготовления изделий из термопластичных материалов Советский патент 1985 года по МПК C03B19/00 

1

Изобретение относится к устройствам для изготовления изделий из термопластичных материалов, например линз из стекла, преимущественно в условиях невесомости.

В промьшшенности линзы из стекла изготавливают механической обработкой поверхностей с последующей их шлифовкой и полировкой.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности, достигаемому результату и использующим с ним один и тот же физический принцип формования изделия является формообразователь, позволяющий в условиях невесомости придать расплаву,помещенному внутрь него, форму двояковогнутой или двояковыпуклой линзы, которую затем охлаждают до затвердевания. Линзы получают с полированными поверхностями l.

Формообразователь представляет собой кольцо, изготовленное из материала, краевой угол смачивания которого расплавом oi точно известен. Чтобы изготовить с помощью этого формообразователя линзу диаметром D, ограниченную сферическими поверхностями с радиусом кривизны R, верхняя и нижняя его части наклонены к оси под углом 0 так, что образуют две формирующие расплав внутренние поверхности, причем угол их наклона определяется по формуле

б o + arccos- . 2R

Основным недостатком формообразователя является то, что при охлаждении изделия ( изделие при охлаждении и затвердевании не извлекается из формообразователя ) происходит искажение его формы, вызванное отличием коэффициентов термической усадки и расширения материалов изделия и стенок кольца, которое приводит к возникновению термических напряжений в изделии. Кроме того, существенным недостатком известного формообразователя является трудность размещения внутри него массы исходного материала.

Цель изобретения - повышение качества путем уменьшения термических напряжений.

Цель достигается тем, что формообразователь для изготовления изделий из тер мопластичных материалов в условиях невесомости путем охлаж656472

дения до затвердевания расплава, выполненный в виде кольца, рабочие поверхности которого наклонены к его оси, снабжен дополнительным кольцом, . расположенным соосно и опозитно с зазором относительно основного.

В формообразователе расстояние Н между границами контакта расплава с рабочими поверхностями колец равно

1

К sin /cos/

,

(.k

ii4

при условии Н Hj ,

где Н. и

HZсоответственно расстояния между ближними и дальними кромками рабочих поверхностей-,

F(4 KJHEC Jikf- нормальные эллиптические интегралы Лежандра второго и первого рода соответственно;j R,

(e-o)-cosfi-4(4))

Ч-f)

р - допустимое расстояние от боковой поверхности расплава до оси формообразователя; (3 - радиус кривизны сферической

поверхности изделия; угол наклона внешней рабочей поверхности кольца к оси формообразователя ;

oi - краевой угол смачивания расплавом материала рабочих поверхностей формообразователя Предлагаемый Формообразователь используют для получения как двояковогнутых так и двояковыпуклых линз.

Благодаря такому конструктивному решению формообразователя помещенный внутрь него расплав имеет не две, а три свободные поверхности, так как не ограничен боковыми стенками формообразователя. Для того, чтобы расплав находился внутри формообразователя в состоянии равновесия и в заданных

границах, расстояния, на которые удалены одна от другой соответствующие кромки рабочих поверхностей колец, и расстояние между границами контакта расплава с рабочими поверхностям колец находятся в соотношении между собой как Н2.

На фиг. I изображена -конструкция формообразователя, общий вид; на фиг. 2 и 3 - схема расположения элементов формообразователя в процессе формования изделия из расплава; на фиг 4 - устройство для сборки колец формообразователя.

Формообразователь состоит из двух одинаковых колец 1 и 2, изготовленных из молибдена - тугоплавкого материала, несмачиваемого расплавом стекла ФК-14. Каждое Кольцо имеет внутреннюю 3 и внешнюю 4 рабочие поверхности.

При мер. Получение, из стекла марки ФК-14 (фосфатный крон) изделия в виде двояковогнутой линзы, имеющей радиус кривизны сферических поверхностей мм и диаметр мм.

На рабочие поверхности колец предварительно нанесен, например, плазменным напылением слой платины толщиной около 10 мкм, так как известно, что платина смачивается расплавом стекла ФК-14, химически с ним слабо взаимодействует и образует угол смачивания 45.

Для простоты изготовления колец выбраны углы наклона рабочей поверхности 3 к оси поверхности 4 к оси . При этом, исходя из упомянутых соотношений величин, выбрано при , чему соот1656474

ветствует, например, f -30 мм и ,8 мм. Толщина и наружный диаметр каждого кольца могут быть выбраны произвольно, исходя из конструк 5 тивных и технологических соображений.

Линзу получают следующим образом. Заготовку из стекла ФК-14, объем которой равен объему изделия и форма приближена к конечной форме изделия, закрепляют между кольцами 1 и 2. Кольца фиксируют соосно, например, с помощью втулок 5, изготовленных из несмачиваемого расплавом материала, в капсуле 6 на расчетном расстоянии ,8 мм,.с целью получения линзы с заданной кривизной поверхностей и для предотвращения их сближения под действием молекулярного давления на расплав. В условиях невесомости нагревают кольца и заготовку до температуры перехода стекла в жидкое состояние, в результате чего масса расплава под действием

25 поверхностных молекулярных сил принимает форму двояковогнутой линзы. Охлаждают изделие вместе с формообразователем в заданнрм режиме до образования твердого изделия.

Технический эффект от использования предлагаемой конструкции формо- образователя в сравнении с известным состоит в том, что она позволяет уменьшить вредное влияние на изделие термических напряжений, возникающих при затвердевании и его охлаждении. Этот эффект достигается тем, что в формообразователе отсутствует боковая стенка, благодаря чему усадка материала изделия может происходить без ограничения по всем трем координатным осям.

1. ФОРМООБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ в условиях невесомости путем охлаждения до затвердевания расплава, выполненный в виде кольца, рабочие поверхности которого наклонены к его оси, отличаю-щийся тем, что, с целью повышения качества путем уменьшения термических напряжений, он снабжен дополнительным кольцом, расположенным соосно и опоэитно с зазором относительно основного. 2. Формробразователь по п. 1, отличающийся тем, что расстояние Н между границами контакта расплава с рабочими поверхностями колец равно . К sinVcc.sM -Jf-K in y гфи условии Н , где Н и Hj - соответственно расстояние между ближними и дальними кромками рабочих поверхностей ; К ( )и ( нормальные эллиптические интегралы Лежандра второго и первого рода соответственно; k StnV (Л T- fi-4- (Vifr)-..v-.ti. k -) f- допустимое расстояние от боковой поверхности расплава до а оси формообразователя; СП К - радиус кривизны сферической Од поверхности изделия; и 1угол наклона внешней рабочей поверхности кольца к оси формообразоватопч; «Lкраевой угол смачивания расплавом материала рабочих поверхностей формообразователя.

z

.

ч

V

«N

Ш.

v

Загото8/ а

Чч

...

fput.Z