изготовление формы для стекла
Материалы для изготовления стекольных форм
Большинство изделий из стекла бытового и технического назначения вырабатывают в металлических формах.
Материал форм должен отвечать следующим требованиям: он должен быть твердым и износостойким, устойчивым к перепадам температур и образованию окалины, обладать высоким коэффициентом теплопроводности и небольшим термическим коэффициентом линейного расширения, а также быть экономичным.
В качестве конструкционного материала для форм находит применение высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Отличительными чертами высокопрочного чугуна являются его повышенная прочность на растяжение, а также пониженная примерно на 20 % теплопроводность. Поэтому высокопрочный чугун применяют для изготовления главным образом пресс-форм, горловых колец и других деталей форм. Однако его не следует использовать для изготовления черновых и чистовых форм, применяемых в производстве стеклянной тары вместимостью 0,5 л и выше, так как из-за пониженной теплопроводности высокопрочного чугуна будет нарушен температурный режим работы форм, что приведет к снижению производительности стеклоформующих машин.
Наряду с чугуном при изготовлении форм в настоящее время применяют легированные стали. Из общего объема применяемых сталей 55 % составляют стали, легированные хромом, 34 % — хромом и никелем, 11 % — другие более сложные сплавы. Самой распространенной из легированных сталей, применяемой для изготовления форм, является хромистая сталь марки 40X13 (ГОСТ 5632 — 72). Преимущества этой стали состоят в том, что она имеет сравнительно высокий коэффициент теплопроводности [X = 29 Вт/ (м·С°) ], легко обрабатывается, обладает небольшим ТКЛР, устойчива против износа. При формовании изделий из стекла сложной конфигурации целесообразно использовать в качестве материала для форм сталь марки 1Х18Н9Т, обладающую повышенной термостойкостью.
Кроме черных металлов для изготовления форм применяют алюминиевую бронзу марки БрАЖН 10-4-4, которая устойчива против окисления, имеет высокую теплопроводность и износостойкость, хорошо обрабатывается и полируется. Ее рекомендуется применять при изготовлении горловых колец с винтовой нарезкой, поддонов и других мелких деталей. Недостатками алюминиевой бронзы как материала для форм являются ее высокая стоимость и значительный ТКЛР, который в 1,5 раза больше, чем у чугуна.
В отдельных случаях при выработке выдувных изделий из стекла небольшими партиями используют формы из дерева (береза, ольха, бук, груша), которые не требуют больших затрат на изготовление. Качество изделий, полученных в деревянных формах, высокое. Однако формы из дерева, несмотря на то что их предварительно смачивают водой, в процессе работы быстро выгорают, что и ограничивает их широкое применение.
Формы для стекла
Художественное литье – древнейший и наиболее удачный метод создания необходимых форм и фигур не только из других материалов, но и в особенности из стекла. С помощью данной технологии на стеклянную продукцию наносятся логотипы и эмблемы фирм и компаний, а также иная подобная символика. Производство штампов для литья представляет собой сложною многоуровневую процедуру, выполнением которой должны заниматься исключительно профессионалы своего дела.
Как правило, формы для стекла имеют высокую стоимость, поскольку качество и плавность линий прямо пропорционально зависят от материала штампа и его тиража. Уникальность методики с использованием форм заключается в том, что благодаря им стеклянному изделию можно придать абсолютно любой внешний вид.
Основы изготовления форм для литья
Обычно для изготовления любой стеклянной продукции используются формы для стекла:
Как правило, формы для стекла выпускаются из стали легированного типа или чугуна, но так как это достаточно дорогостоящие материалы, выпуск данных штампов стараются понизить в своей цене. Например, используют вкладыши легированной стали, которые позже помещают в чугунную форму. По факту, если подобное производство было качественным, такая технология достаточно быстро окупает себя и приносит прибыль. Однако когда изделие предполагается вычурным и сложным, необходимые формы могут производиться на заводах, вытачиваясь по инструкции из сплошной заготовки путем фрезерования.
Требования к формам для литья стекла
Металл, из которого выпущена форма для литья стекла, должен соответствовать следующим требованиям:
Обычно таким требованиям в полной мере соответствует серый чугун, но он отличается хрупкостью. Потому для достижения необходимых параметров твердости к нему добавляют различные легирующие примеси, к примеру, никель или титан. В дальнейшем подобный сплав чугуна получает качественно улучшенные физико-химические свойства.
Подводя итоги в конце можно отметить, что форма для стекла в первую очередь должна быть твердой и долговечной, иметь жесткий каркас.
Формы для стекольного производства
Стекольное производство – это огромный комплекс действий, который превращает сырьевую массу в вазу определенной формы, магазинную витрину, балконное окно.
При изготовлении различных стекольных изделий имеет большую важность то, с помощью чего они принимают финальный вид.
В древнюю эпоху римляне при изготовлении оконного стекла заливали и раскатывали его в жидком виде в глиняные формы в виде противня. Современные же формы для стекольного производства выполнены из более совершенных материалов и используют технологичные методы заливки и обработки материала.
Основы стекольного производства
Чтобы понять всю важность использования правильных форм в стекольном производстве, необходимо заранее ознакомиться с полным циклом изготовления стекла.
Современный цикл технологией выдувки с помощью форм состоит из таких этапов:
В итоге мы видим, что формы обеспечивают заготовкам из стекла правильный объём и очертания, экономя массу времени, чем, если бы стекольное изделие формировалось вручную при помощи мастеров-стеклодувов.
Формы для стекла, их изготовление
При изготовлении определенных изделий, в зависимости от сложности задачи, используют формы для стекла, выполненные из различных материалов.
Для мелкой ручной промышленности, выпускающей художественные изделия малым тиражом, обычно используется деревянная форма для литья стекла, выполненная из особых сортов дерева, таких как груша, осина, бук, ольха и подобные. Дерево таких типов равномерно выгорает под стекломассой, что обеспечивает будущей продукции высокое качество.
Хвойные породы не используются из-за высокого содержания смолы, которая оставляет следы на поверхности стекла. Такие формы обычно изготавливаются из цельного бруска дерева при помощи вытачивания, выдалбливания и резки на деревообрабатывающем станке.
В массовом производстве для изготовления простых стекольных изделий, которые спроектированы одной деталью, используют нераскрывные формы для отливки стекла, а для изделий, имеющих сложную конструкцию, применяют раскрывные формы. Для стекла бытового и технического назначений, выполненных на машинном производстве, или же с помощью массового ручного, обычно создают формы из различных металлов.
Изготовление форм для стекла выполняется при помощи чугуна и легированной стали. Это довольно дорогостоящее удовольствие, которое стараются удешевить, применяя вкладыши из легированной стали, вложенные в чугунную форму. И в итоге при качественном массовом производстве они довольно быстро окупаются.
В зависимости от сложности формы изготавливаются методами отливки на литейных заводах или же в особо трудных и дорогих случаях вытачиваются из сплошной заготовки фрезерованием по заданным координатам в заготовке.
К материалу металлических форм предъявляются высокие требования, он должен быть:
Такие требования обычно удовлетворяет серый чугун со следующими химическими добавками в процентах от общей массы: углерод 3-3,5%; кремний 1,9-2,4%; марганец 0,4-0,6%; сера 0,07%; фосфор 0,2%. Он относительно дешев в производстве и обладает высокой теплопроводностью. Однако он хрупкий и не является окалиностойким, поэтому в него дополнительно добавляют специальные легирующие добавки, такие как: никель, титан, молибден, ванадий. Легированный чугун получает отличные физико-механические свойства.
Для изготовления изделий, выполненных методом прессования стекла, также важно изготовить правильные формы для пресса.
В качестве верного выбора для изготовления пресс-формы для стекла, а также горловых колец и других мелких деталей служит высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Его уникальными чертами являются высокая прочность на растяжение и пониженная проводимость тепла. Но из-за них он не может использоваться для основных форм, потому что будет нарушен тепловой режим работы, в связи с чем, снизится эффективность производства. Для придания нужных очертаний пресс-форме её сначала проектируют на чертежной доске и создают трёхмерную версию. Далее разрабатывают систему охлаждения и заливки стекломассы, а также рассчитывают различные параметры усилий, которые будут применяться к заготовке, размеры матрицы, количество мест для заготовок и проектируют систему литников. После чего формы отливаются на заводе-изготовителе.
Металлические изделия склонны ломаться при износе, поэтому их ремонтируют. При помощи ацетиленовой горелки применяют порошковые сплавы на никелевой основе на участок, подлежащий восстановлению. Применение данного метода способно увеличить срок эксплуатации форм в 2-3 раза и сокращает брак в готовых изделиях на пару процентов.
При изготовлении выдувных изделий из стекла используют неметаллические формы, которые разработали в Чехословакии. В их состав входят компоненты: графит 3-15%; тальк 1-5%; порошок бурого каменного угля 4-10%; вода 30-40%; портландцемент 30-60%.
Перед производством стекольных изделий такие формы обильно орошают водой с угольным порошком, которая быстро впитывается. Это позволяет формировать заготовки при более высокой температуре, что обеспечивает гладкую прозрачную поверхность.
Обработка таких форм напоминает деревянные, их можно обтачивать, выдалбливать, резать, и т.д. Преимуществом их перед деревянными является огромная способность к длительному использованию, они способны выдерживать в 50-100 раз больше циклов, чем формы из дерева.
Но есть и весомые недостатки – относительная хрупкость и образование пыли при выточке.
Существует способ ручного выдувания без вращения заготовки, или как его ещё называют “втихую”, при этом изделие получается качественным и гладким. Это обеспечивается за счёт каркасных форм, выполненных в виде вертикальных прутьев с окружностями, пересеченными перпендикулярно, изготовленными из стальной проволоки. Последнюю перед использованием обильно натирают смазкой из графита, разведенной машинным маслом, что обеспечивает возможность стеклу не привариваться к металлу.
Моллирование стекла с помощью форм
Моллирование – это технология производства различных промышленных и художественных изделий из гнутого стекла. Принцип заключается в нагреве листа до температуры 600–700 градусов за счёт специальной плоской тоннельной печи, при которых стекло обретает относительную текучесть и может принимать нужные изгибы.
Форма для моллирования стекла обеспечивает в печи опору листу, на которую оно при нагреве со временем “ложится” от силы тяжести.
К такой форме предоставляются особые требования изготовления. Она должна представлять собой жесткий каркас, который обтянут качественной нержавеющей сталью, обеспечивающей долговечность и множество циклов производства. Необходима высокая точность при изготовлении, чтобы обеспечить правильную гнутую форму стеклу.
Плюсы таких нержавеющих изделий:
Всё это гарантируется при изготовлении формы за счёт гидропресса, лазерной резки и точной сварки опорного каркаса.
Формы для изготовления стеклянных изделий
Промышленное производство стеклянных изделий ведется с применением форм. Они придают таре и другим объектам из стекла необходимые очертания путем ввода в них расплавленной стеклянной массы с последующим охлаждением и обработкой. Применение форм значительно ускоряет производственный процесс и делает продукцию более экономичной и быстрым по сравнению с ручным выдуванием посуды стеклодувами.
Материалы для форм
В Древнем Риме для производства стеклянных изделий использовались глиняные формы. Сейчас применяются:
Деревянные формы используются в мелкой ручной промышленности. Такие заготовки дают небольшие тиражи художественных стеклянных изделий. Стекло заливается в формы из груши, осины, бука или ольхи — эти породы обеспечивают равномерное выгорание при контакте со стеклянной массой, что дает изделию высокое качество. Хвойные породы не используются из-за высокого содержания смол, которые остаются в виде следов на стекле. Формы из дерева делаются путем вытачивания, резки и других деревообрабатывающих процессов на станках.
Формы для выдувных изделий изготавливаются из комбинации графита, талька, портландцемента, порошка бурого каменного угля и воды. Материал позволяет вытачивать, резать, выдалбливать заготовки нужных очертаний. Перед применением эти формы смачиваются водой с угольным порошком. Состав быстро впитывается и дает возможность создавать изделия при повышенной температуре для придания им гладкости.
Формы могут быть нераскрывными, которые применяются для простых изделий, или раскрывными, применяемых для сложной стеклянной продукции.
В массовом промышленном производстве применяется комбинация чугуна и стали. Такие металлические формы отливаются на заводах, реже вытачиваются из сплошной заготовки на станках.
Металл для форм должен быть твердым, износоустойчивым, выдерживающим высокий нагрев без образования окалины. Еще одно требование — высокая теплопроводность при малом термическом расширении.
Чтобы чугун соответствовал этим критериям, в него добавляются:
Чтобы полученный материал не давал окалины, его легируют никелем, титаном, ванадием, молибденом.
Производство форм для пресса
Прессы изготавливаются из чугуна с шаровидным графитом. Такая комбинация материалов дает прочность на растяжение и пониженную теплопроводность. Изготовление ведется по шагам:
Формы для изготовления изделий
Качество изделий из стекла в значительной мере зависит от материала и конструкции форм, а также ухода за ними.
Формы для изготовления стеклянных полых изделий могут быть для ручного и механизированного производства: по способу формования — выдувные, прессовые, прессовыдувные и вакуумные; по конструктивным особенностям — нераскрывные (цельные) и раскрывные (двух-, трех- и четырехстворчатые); по материалу — чугунные, стальные, бронзовые, деревянные, неметаллические из специальной массы, а также комбинированные.
При механизированном, а иногда и при ручном производстве полых изделий применяют черновые и чистовые формы.
Условия работы, в которых находятся разные детали прессового формового комплекта (корпус, плунжер, кольцо и поддон), различны, поэтому к ним предъявляют разные технические требования.
Для изготовления форм в производстве выдувных художественных изделий применяют различные материалы: дерево, металл, специальную цементно-угольную массу, огнеупорный материал, проволочную сетку.
Деревянные формы обычно используют при выпуске изделий небольшими сериями. Их изготовляют из грушевой, буковой и ольховой древесины. Древесина хвойных деревьев для изготовления форм не годится, так как содержит много смолы, которая портит поверхность формуемых изделий. Преимущества деревянных форм — простота изготовления и эксплуатации, высокое качество изделий, недостатки — усушка, выгорание, деформация, малый срок службы и большой расход древесины.
Рис. 39. Раскрывная деревянная форма
На рис. 39 представлена раскрывная деревянная форма, изготовленная из цельного бруска. Для выдувания крупных сосудов сложного профиля делают формы сборной конструкции (рис. 40). Эти формы представляют собой два кольца из толстой (10—15 мм) фанеры, к которым крепятся вырезанные по требуемому профилю деревянные элементы. Собранная таким образом форма разрезается пополам, половинки скрепляются петлями, к каждой из них крепится ручка.
Хороший заменитель деревянных форм — неметаллические формы из специальной массы. В состав такой массы входят графит, гипс, асбест, каменноугольная смола, каменноугольная пыль, каолин, сода кальцинированная, портландцемент, известь гашеная, бумажные отходы.
Приготовленную смесь тщательно перемешивают. В зависимости от содержания воды заготовки могут быть выполнены способом литья или прессования. Материал после твердения в течение 5—7 суток хорошо поддается токарной обработке, шлифованию и полированию. Обработанную до заданных размеров форму сначала обжигают (выдувают в ней 1—3 изделия без смачивания), а затем перед выработкой каждого изделия орошают водой.
Наибольшее распространение в производстве прессованных и выдувных изделий получили металлические формы. Основным материалом для изготовления пресс-форм служит серый и низколегированный чугун. В последнее время расширяется применение форм из легированных сталей (30X13, 40X13, 1Х17Н2, 1Х18Н9Т и др.), которые позволяют улучшить качество поверхности изделий. Обычно с целью экономии материала применяются стальные вкладыши, например в формах для ножек, изготовляемых по вакуумному способу и способу подпрессовки. Именно за счет применения высококачественных сталей получаются четкие и гладкие грани ножек, не требующие дополнительной механической обработки.
Большое значение в металлических формах придается поверхности, которая соприкасается со стекломассой. Она должна быть обработана таким образом, чтобы к ней не прилипало стекло, а трение при вращении изделий было минимальным. Для этой цели на поверхность наносят смазку или покрытие, при сгорании которых выделяются газы, создающие тончайшую прослойку между изделием и формой, обеспечивающую высокое качество поверхности изделий. После определенного срока эксплуатации форм их чистят, лакируют и сушат.