Суть технологии заключается в следующем: на равномерно вращающуюся жидкость наливают более лёгкий материал, который

в процессе вращения отверждается. В результате получают выпук­лую форму-оригинал с гладкой поверхностью высокой чистоты, оформленной на разделе двух жидкостей, например ртуть — жидкий полимер. На рис. 1.6 показаны отлитые на ртути матрицы- оригиналы из эпоксидной смолы диаметром 200 мм (1, 2) и отража­тель (3), изготовленный методом гальванопластики из никелевых электролитов.

Работа со ртутью опасна и вредна, поэтому был предпринят поиск других материалов, позволяющих получать отливки с необхо­димым качеством формы и поверхности.

Были опробованы материалы, требующие выдерживания тем­пературных режимов. Положительный результат (рис. 1.6, 4) был получен для каменноугольного пека с добавкой битума в качестве формообразующего отвердевающего вещества и глицерина с добав­кой хлористого кальция (СаС12) в качестве жидкого подслоя. Камен­ноугольный пек имеет удельный вес 1,2 103 кг/м3, температуру плав­ления 70°С, подслой имел удельный вес 1,39 1 03 кг/м3, добавка би­тума применялась в качестве пластификатора. Процесс требует же­стких температурных режимов, отливки получаются качественные, но очень хрупкие, пригодные для получения только одной гальвано­копии.

Другой технологией, давшей положительные результаты, яви­лась технология использования в качестве жидкого подслоя фто — рорганических жидкостей с удельным весом, приближающимся к 2-Ю3 кг/м3, в качестве материала формы — эпоксидных компаундов. В процессе отработки технологий были уточнены факторы, влияю­щие на качество отливки, а именно:

— разность удельных весов матрицы и подслоя должна быть не менее 0,5 103 кг/м3;

— вибрация фундамента установки вызывает кольцевые вол­ны, поэтому система передачи от привода к заливочной чаше долж­на иметь компенсационные звенья, например муфты с эластичными элементами;

-требование к вертикальности оси вращения чаши вытекает из основополагающих принципов этого процесса (рис. 1.4), в противном случае возникает кольцевая деформация поверхности отливки.

В результате проведённой работы был предложен способ цен­тробежной отливки параболоидных матриц на «твердом подслое». Суть предложенного способа [1.7] состоит в том, что полимерную смолу наливают на поверхность твёрдого подслоя вместо ртути. В качестве такого подслоя используют жидкий силиконовый каучук, который обладает антиадгезионными свойствами по отношению к большому количеству полимерных смол. Для защиты поверхности каучука от воздушных возмущений его поверхность защищают сло­ем более легкого силиконового масла, которое затем сливают.

Суть способа заключается в том, что в чашу сначала заливают Слой эпоксидной смолы, который полимеризуется в процессе вра­щения. Поверхность полученной вогнутой параболоидной формы непригодна к использованию в качестве отражающей поверхности из-за различных дефектов (раковины от пузырей воздуха, пленки помутнения от взаимодействия с влагой воздуха и т. д.), но она яв­ляется первым приближением по своей форме к расчетному парабо­лоиду. На полученную поверхность наносят разделительный слой в виде кремнийорганического каучука, который, исправляя дефекты первого слоя, уточняет форму параболоида и дает зеркальную во-

Рис. 1.9. Экспериментальная установка для отливки параболоидных матриц-оригиналов диаметром до 2,5 м: 1 — чаша для отливки; 2 — секторная матрица; 3 — гальванокопия с неё

Рис. 1.10. Матрица-оригинал диаметром 1,5 м в процессе подготовки к изготовлению гальванокопии на поворотном столе

гнутую поверхность. При этом усадочные явления почти не портят качество поверхности, так как каучук имеет низкую усадку и залит слоем равной толщины по всей поверхности. Затем на подготовлен­ный подслой заливают первый тонкий слой эпоксидного компаунда без наполнителя, затем более толстый слой смолы с наполнителем для уменьшения усадочных явлений. При необходимости в этот слой вводят арматуру.

Была разработана установка с диаметром чаши 2,5 м (рис. 1.9), со стабилизированным электроприводом, с точностью ус­тановки вертикальности оси ±15 угловых секунд [1.8, 1.9, 1.10]. На рис. 1.10 показана отлитая эпоксидная матрица-оригинал диаметром

1,5 м.

Рассмотрим более подробно погрешности формы параболои­да, возникающие при центробежном методе его изготовления.

Происходят усадки полимерных материалов при переходе из жидкой фазы в застывшую. Для подслоя из силиконовых материалов усадку устраняют подготовкой дна ёмкости и многоразовыми залив­ками тонких слоёв.

Была проведена проверка качества параболоидной поверхно­сти подслоя из силиконовых каучуков диаметром 1,5 м. Проверка проводилась методом единичного луча (см. ниже) с записью на фо­топластинку. Результаты приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Продольные отклонения луча отточки расчётного фокуса для подслоя отливки диаметром 1,5 м RhcN“ Rkoh, НМ 750-700 700-650 650-600 600-550 550-450 450-350 350-250 250-0 F, cm2 2280 2120 1070 1810 3140 2520 1890 1970 М 0,129 0,12 0,116 0,102 0,178 0,143 0,107 0,111 0° +3 +5 0 -1 0 -3 -4 -6 45° +2 +6 +3 +1 -2 -2 -3 -4 90° +3 +4 0 -2 -3 -2 -4 -5 135° +2 +4 0 -2 -1 -2 -3 -А 180° +4 +4 -1 -1 -1 -3 -4 -5 225° +3 +3 -3 0 -1 -2 -2 -6 CD Г-. CM +3,5 +4 0 -1 -2 -2 -2 -4 315° +3 +4 -1 -2 -1 -2 -3 -5

Примечание. RH34 — Rkoh, нм — граничные радиусы зон. F, см2 — площади зон. М — ценность зон. Отклонения даны в мм.

Отливка матрицы-оригинала производилась из эпоксидных компаундов разного состава. Первый слой толщиной 3-4 мм зали­вается из смолы с большим количеством пластификатора и разбави­теля для уменьшения вязкости и усадочных явлений. На рис. 1.11 видно, что компаунд первого слоя имеет самую малую усадку, но длительность полимеризации составляет 8 суток.

Погрешности, вносимые усадками при изготовлении матрицы- оригинала, изучались по показаниям тензометрических датчиков, установленных внутри отливки на среднем слое по толщине (рис. 1.12). С их помощью фиксировалась деформация средней поверхно­сти матрицы по всем технологическим операциям, что позволило оценить влияние усадочных и температурных факторов на точность параболоидной поверхности.

Рис. 1.11. Длительность усадки в эпоксидных заливочных компаундах: 1 — стандартный компаунд без наполнителя; 2 — компаунд с наполните­лем; 3 — пластифицированный компаунд первого слоя

 

Рис. 112.

А — Определение отклоне­ния нормалей от начальной точки рі до р’г поверхности по показаниям тензометри­ческих датчиков, угловое отклонение касательной &;

Б — Схемы заделки армату-
ры и отбортовки для обруча
жёсткости

Матрица-оригинал
Стадии гальванопроцесса 1,2,3 металлическая выпуклая форма
упрочняющий	концентратор гальванокопия
/ Выпуклая матрица
Рис. 1.13. Технологические операции при изготовлении концентраторов по отлитым матрицам

В теории тонких оболочек для определения деформаций ис­пользуется уравнение совместноста перемещений и деформаций, связывающее угол поворота нормали с относительной деформацией:

8*={Єі-—€г)сі8и—-d(pJ£^ , (1.6)

A A d(P

Рис. 1.14. Секторная отливка матрицы-оригинала для концентратора 0 2,5 м на установке для изготовления гальванокопий

где c>N — угол поворота нормали в меридиальном сечении; єх — от­носительное меридиальное удлинение элементов поверхности; є2 — сагиттальное удлинение; р2 р2- меридиальные и саггитальные ра­диусы кривизны поверхности; ф — угол между нормалью и оптиче­ской осью.

Относительное удлинение элементов определяется по показа­ниям тензодатчиков как є = ДЬ / L, где AL — приращение базы дат­чика к первоначальной длине L.

Если известны параметры оболочки и экспериментально оп­ределены £, и є2, то можно вычислить угол поворота нормали 8^

при деформации в некоторой точке поверхности. Отраженный луч в данной точке отклонится от расчётного фокуса на величину 5 = 2£N.

Весь процесс изготовления концентратора по описываемой технологии состоит из следующих технологических операций, пред­ставленных на рис. 1.13. Технология состоит из следующих операций: отливки матрицы-оригинала и гальванопроцесса (операции 1, 2, 3).

Поскольку жидкость в процессе вращения чаши находится в относительном покое, т. е. не движется относительно чаши, метод

центробежного литья может быть применён для изготовления от­дельных фрагментов составных параболоидных концентраторов или концентраторов типа зеркал Френеля, для которых поверхность ка­ждого кольца такого зеркала выполнена по параболической форме и изготовлена при соответствующей скорости вращения и смещения оси чаши по отношению к оси вращения (рис. 1.14).