Oto cam temperleme işleminde farklı Reynolds sayılarına göre optimum soğutma ünitesi konfigürasyonunun belirlenmesi

Abstract

Otomotiv sektöründe önemli bir yere sahip olan temperli camlar, yumuşama noktası sıcaklığına kadar (~ 700 °C) ısıtılan camın, hızlı bir şekilde soğutulması ile elde edilmektedir. Bu işlemin amacı camda kalıcı gerilmeler oluşturularak mekanik mukavemeti arttırmaktır. Soğumanın başında camın yüzeyi, merkezine göre hızla soğur, camın merkezi ile yüzeyi arasında yüksek sıcaklık farkı oluşur. Bunun sonucunda cam yüzeyi büzülmeye başlar ve yüzeyde basma gerilmeleri, daha geç soğuyan merkezde ise çekme gerilmeleri oluşur.Cam temperleme sürecinde temper kalitesini etkileyen en önemli parametreler ısıtma ve ani soğutma süreleridir. Isıtma süresini; camın kimyasal bileşimi, kütlesi, ulaşacağı yüzey sıcaklığı, fırının gücü gibi parametreler etkilerken, ani soğutma süresini ise camın ani soğutma ünitesinin önüne geldiği andaki yüzey sıcaklığı, soğutma sonu yüzey sıcaklığı, soğutma ünitesinin konfigürasyonu (çoklu nozul sisteminde iki nozul arası mesafenin nozul çapına oranı S/D, cam-nozul arası mesafenin nozul çapına oranı H/D ve nozul diziliş biçimi) ve Reynolds sayısı etkilemektedir. Soğutma işlemi, nozullardan çıkan yüksek hızlı havanın sıcak cam yüzeyine çarpmasıyla gerçekleşmektedir. Bu çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada, karşılıklı yerleştirilmiş tekli nozul sistemi, kare ve üçgen dizilişli nozul sistemleri kullanılarak farklı boyutlardaki camların ani soğutulması sonucu elde edilen soğutma süreleri ve ısı transferi karakteristikleri incelenmiştir. Deneysel çalışmalar; 15000?Re?40000, H/D=2, 4, 6, 8 ve 10 ve S/D=2, 4, 6 ve 8 oranlarında gerçekleştirilmiştir. İkinci aşamada ise, temperlenen camların parçacık sayıları ve optimum soğutma şartlarında temperlenen camların darbe dayanım enerjileri belirlenmiştir. Yapılan çalışma sonucu, 4 mm kalınlığındaki düz camın temperleme işlemi ani soğutma sonunda; soğutma süresinin Reynolds sayısı ile ters orantılı olarak değiştiği, parçacık sayısının ise Reynolds sayısı ile doğru orantılı olarak değiştiği görülmüştür. Ayrıca, mevcut temperleme sistemleri için optimum soğutma ünitesi konfigürasyonları belirlenmiştir.

Tempered glasses which have an important place in the automotive industry are produced by heating up to the glass softening point temperature (~700 °C) and rapidly cooling. The purpose of this operation, to increase the mechanical strength by creating residual stresses in the glass. At the beginning of cooling operation, glass surface cools rapidly relative to the center so high temperature difference occurs between the center of the glass and surface. The glass surface starts to shrink and compressive stresses on the surface, tensile stress at center of glass occurs.The most important parameters affecting the quality of temper are heating and cooling rate in glass tempering process. Parameters affect the heating time are chemical composition, mass, surface tempering temperature, power capacity of furnace by the way parameters affect the cooling time are inlet and outlet surface temperature of glass at cooling unit, cooling unit configuration and Reynolds number. The cooling process takes place impingement of warm air to the glass surface.This study was conducted in two steps. In first step Heat transfer characteristics, and sudden cooling times of the glass in different sizes investigated by using single, triangle and square-nozzle system that nozzles placed face to face. Experimental parameters are 15000?Re?40000, H/D=2, 4, 6, 8 and 10 and S/D=2, 4, 6 and 8. In the second step number of glass particle and impact resistance of glasses, tempered with optimum cooling conditions were determined. In the result of this study, it is observed that cooling times varies inversely with the Reynolds number and number of particles direct correlation with the Reynolds number at the end of the sudden cooling for 4 mm thick flat glass tempering process. Further, optimum cooling unit configurations are determined for the existing tempering systems.