Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
6 ПРОЦЕССЫ ФОРМОВАНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ТНиСМ
6.1 Сущность процессов формования
Формование – важнейший технологический передел, цель которого получить полуфабрикат или изделие заданной формы, размера и отвечающего определенным требованиям. Однако в различных технологиях перечень задач может существенно отличаться.
Вариант 1: формование изделий после тепловой обработки из расплава. При этом изделию необходимо придать определенную форму, а после затвердевания – заданные физико-механические свойства (например прочность). Так формуют стеклоизделия из вязкой стекломассы.
Вариант 2: формование полуфабриката (сырца) до тепловой обработки. По этому варианту формуются изделия из керамических масс и изделия на основе вяжущих веществ.
Свойства сырца при данном способе формования определяют режимы его дальнейшей переработки (сушки, обжига, ТВО), что и определит физико-технические свойства готовых изделий.
Прочностные характеристики сырца являются определяющими при выборе способа транспортирования полуфабриката, способа его садки на сушильные вагонетки или пролазочные камеры, в определении режимов последующей тепловой обработки.
Правильно выбранный метод формования сырца является залогом хорошего качества готового продукта.
Вариант 3: формование порошков, шламов или шликеров в виде зерен (гранул). Этот вариант используется как предварительный, подготовительный этап к получению полуфабрикатов. Основным методом при этом являются грануляция и брикетирование. Это один из путей интенсификации технологических процессов и уменьшения пылеобразования. Это связано с необходимостью уменьшить пылевыделение, уплотнить материал, что ведет к улучшению спекаемости, облегчается транспортирование и дозирование материала, придать ему товарную форму.
Гранулированные материалы обладают обычно хорошей текучестью (подвижностью к транспортированию), не зависают в емкостях, не слеживаются, занимают меньший объем, не пылит при перегрузке, легче дозируются.
Грануляцию используют в ТК, ТС и ТВМ.
Гранулируют стекольную шихту перед ее подачей в стекловаренную печь, что повышает производительность последней на 25% за счет интенсивного провара стекломассы; при этом на 20% снижается расход энергии.
Грануляция цементной сырьевой муки перед подачей в печь повышает качество цемента за счет более полного прохождения реакций образования фаз клинкера.
Наиболее высококачественные керамические изделия получают из шликеров, которые затем переводят в гранулированный порошок в БРС. При этом гранулы порошка более однородны и имеют шаровидную форму, что повышает сыпучесть массы и ее прессуемость.
Выбор способа формования определяется
6.2 Структурообразование в дисперсных системах
Все сырьевые шихты используемые в технологии керамики, стекла, вяжущих являются тонкодисперсными системами – термодинамически активными, агрегативно неустойчивыми, способными к саморегулированию всех своих свойств и чувствительными к внешнему воздействию. Тонкодиспесные системы обладают высокой поверхностной энергией. По законам термодинамики:
где F – величина силы, действующей на межфазной границе;
G – удельное поверхностное натяжение на границе фаз;
S – величина межфазной поверхности.
В системе «твердое вещество – газовая фаза» G практически не меняется, остается один путь , а это возможно за счет укрепления размера частиц, т.е агломерации их в более крупные.
Агломерация – это стихийное или направленное сближение частиц тонкодисперсных материалов, обеспечивающее увеличение размеров частиц и повышение тонкости перерабатываемого продукта. Для обозначения процесса агломерации используются много терминов: грануляция, прессование, брикетирование и т.д.
В порошкообразном сырье агломераты образуются всегда на предварительных стадиях его переработки. Это явление нежелательное, так как нарушается однородность состава и структуры материала. Если агломераты мешают дальнейшим технологическим операциям или снижают качество готового продукта, нужно препятствовать их появлению и разрушать в случае их образования.
Однако, с другой стороны, предварительная агломерация положительно сказывается на последующих этапах технологического процесса. Фактически получение наиболее распространенных строительных материалов (керамики, цемента, стекла, легких заполнителей и др.) базируется на целенаправленной агломерации тонкодисперсных смесей. Технологический процесс их получения можно рассматривать как последовательные этапы агломерации с постепенным уплотнением, упорядочением и упрочнением формирующейся структуры. Изделия наследуют особенности структуры полуфабрикатов, полуфабрикаты наследуют особенности структуры исходных шихт. Поэтому необходимо последовательно управлять всем непрерывным процессом структурообразования.
Связь между частицами порошкообразных материалов обеспечивается силами различной природы:
Молекулярные, ван-дер-вальсовы силы, если расстояние между молекулами более 1-2 , ионно-электростатические и кулоновские, если частицы контактируют заряженными поверхностями, а также водородные связи.
Кулоновские силы при контакте одинаково заряженных поверхностей частиц, близкодействующие молекулярные силы, а также силы расклинивания, которые обусловлены наличием гидратных оболочек, окружающие минеральные частицы.
Прочность любой структуры определяются по формуле:
где – прочность индивидуальных контактов между дискретными частицами (зернами);
– число контактов.
Если мы хотим получить высокопрочный материал, то должны стремиться к увеличению обоих множителей. Число контактов зависит:
Прочность индивидуальных контактов на первом этапе структурообразования определяется:
В дальнейшем решающее значение приобретают внешнее компрессионное воздействие (так как прочность контакта неразрывно связана с его площадью).
Процесс структурообразования можно представить следующим образом:
В начальной фазе частицы контактируют выступами макро- и микрошероховатостей через адсорбированные газовые и жидкие пленки. При прижимании одна к другой они переориентируются и сближаются. Затем деформируются микровыступы на частицах. В итоге возрастают ван-дер-вальсовы, кулоновские и электрические силы взаимодействия. Далее в точках непосредственного контакта происходит прорыв поверхностных адсорбированных пленок, и, когда контактные напряжения превышают уровень теоретической прочности вещества, начинается микродеформация частиц.
При этом вскрываются активные центры, на которых зарождаются ближнедействующие межмолекулярные и межатомные силы и возникают когезионные контакты. Структура формируется во времени. Чем больше длительность компрессионного воздействия, тем выше прочность структуры.
На дальнейших этапах структурообразования решающую роль приобретает тепловой фактор. Вследствие определенных химических реакций, процессов тепло- и массообмена на контактах появляются новообразования, что приводит к росту прочности и площади контактов. При этом структура упрочняется на микроуровне ( на молекулярном уровне). Чем выше температура и дли тельность теплового воздействия, тем выше прочность структуры.
6.3 Типы структуры сырьевых шихт и их характеристика
Можно выделить следующие типы структур, расположив их по степени возрастания плотности:
В свободнодисперсных системах возникают частицы дисперсной фазы не связаны друг с другом в сплошную сетку и способны перемещаться в дисперсионной среде под влиянием теплового движения или силы тяжести. Такие системы обладают текучестью и другими свойствами, характерными для жидкостей. К ним относятся керамические шликеры и порошковые шихты, цементные сырьевые шламы и мука. При приготовлении, транспортировке, перемешивании их можно рассматривать как бесструктурные системы. Принимая, что между частицами дисперсной фазы нет стабильных контактов. Однако вследствие энергетической насыщенности такое состояние неустойчиво, и, если оставить дисперсную систему в пакое, она неизбежно структуризируется. (Это происходит, например, в шламбассейнах и трубопроводах при застаивании шлама, или в емкостях для порошкообразной муки.) Возникают коагуляционные структуры, в которых зерна дисперсной фазы частично связаны друг с другом межмолекулярными силами с образованием пространственных сеток и каркасов. Такие системы приобретают в известной степени свойства твердых тел т.е. способность сохранять форму, некоторую прочность, упругость. Однако они тиксотропны и малопрочные связи легко разрушаются, в результате чего система снова приобретает способность течь. Такие системы называют свободнодисперсными коагуляционными.
При уплотнении таких структур они переходят в коагуляционные дисперсносвязанные. Материалы такой структуры представляют собой компактные тела (полуфабрикаты изделий, гранулы, брикеты и т.д.) т.е. они представлены системой Ж/Т, состоящей из твердых частиц сырьевой смеси и ограниченного количества воды. Они формируются либо при добавлении строго определенного количества воды к порошку ( грануляция, брикетирование), либо при удалении избытка влаги (сушка, фильтрация). Прочность таких структур обеспечивается не только межмолекулярными, но и капилярными силами, что и обуславливает существенное ее повыщение. Разрушение таких структур носит необратимый характер. Такие структуры имеют полуфабрикаты керамических изделий до обжига, гранулированные цементные и стекольные сырьевые шихты; они также формируются при сушке шламов и шликеров в печах и сушилках.
При обжиге под действием температуры в полуфабрикатах различного состава формируются конденсационные структуры, как следствие химических реакций между компонентами с образованием новых соединений. В результате коагуляционные контакты переходят в прочные фазовые. Однако такой переход идет постепенно, и в течении длительного времени мы имеем дело с промежуточной коагуляционно-кондесационной структурой, достаточно прочной, но хрупкой.
При более высоких температурах начинается формирование кристаллизационных структур;
Например, путем кристаллизации из расплава и последующего срастания отдельных кристаллов в прочный поликристаллический агрегат. В большинстве случаев конечным этапам структурообразования является формирование конденсационно-кристаллизационной структуры в результате образования прочных химических связей (конденсационный компонент структуры) и вследствие сращивания кристаллов при выделении из расплава новой фазы (кристаллизационный компонент структуры).
Формирование такой структуры максимальной прочности и однородности и является конечной целью при получении любого изделия и материала. Операция формования должна создать ля этого соответствующие условия.
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ШЛАМОВ И ШЛИКЕРОВ
Сырьевые цементные шламы и глиняные шликеры – полидисперсные полиминеральные суспензии, в которых твердая фаза представлена частичками карбонатной породы, глины, кварца и других минералов, а жидкая – водой (иногда растворами электролитов для глиняных шликеров). Размер твердых частиц колеблется в широких пределах от сотен ангстрем до сотен микронов и более.
|
Крупные фракции представлены в основном непластичными минералами (кварцем, карбонатом кальция, полевым шпатом, а мелкие глинистыми минералами, аморфной кремнекислотой, гидратами оксидов железа и алюминия). Они могут рассматриваться как системы близкие к коллоидным. Структура шламов может быть представлена в виде пространственной сетки каркаса, образованной молекулярным сцеплением друг с другом атомов, ионов, молекул коллоидных и дисперсных частиц. |
Структурная единица шлама – это мицелла-ассоциат, состоящая из трех зон:
1 зона – это ядро, которое состоит из кристаллической решетки твердой частицы (зерен кварца, карбонатов кальция или магния, полевого шпата и т.д).
2 зона – адсорбционный слой, который образуется за счет сорбции из водного раствора катионов металлов (К+, Na+, Са2+, Мg2+), молекул воды и положительно заряженных гидроксидов алюминия и железа.
3 зона – диффузный слой, образованный мелкими кристаллами глинистых компонентов и слабосвязанной водой (он поддерживает общую электронейтральность и не имеет определенной ориентировки).
В шламах и шликерах можно выделить три типа воды:
- прочно связанная в сольватных оболочках минеральных частиц (т.е. адсорбционном слое). Молекулы воды в этом слое прочно связаны (структура адсорбционного слоя воды приближается к структуре кристалла). Молекулы воды в адсорбционном слое находятся в ином физическом состоянии, чем капельно-жидкое, и называется прочно связанным. Слой прочно связанной воды не способен повышать текучесть шламов и шликеров.
- вода, входящая в рыхлый диффузный слой. Здесь преобладает капиллярная , имеется также капельно-жидкая вода. Чем толще диффузный слой, тем выше подвижность суспензии.
- свободная вода – это вода входящая в пространство между частичками и обладает свойствами обычной воды. Ее также называют разжижающей водой.
СВОЙСТВА ВОДНЫХ СУСПЕНЗИЙ
|
Вискозиметр Энглера 1 – термометр; 2 – штырь-пробка; 3 – внутренний сосуд; 4 – термостат; 5 – мерный сосуд-приемник |
МХТИ-ТН–2 |
На подвижность суспензии заметно влияют содержание и минералогический состав глинистой составляющей , дисперсность и зерновой состав твердой фазы, влажность и температура суспензии (суспензии на основе монтмориллонитовых глин способны сильно набухать в результате легкого диспергирования глины с водой с образованием очень рыхлых диффузных оболочек, вовлекающих большое количество воды. В связи с этим суспензии на основе монтмориллонитовых глин обладают повышенной влажностью, вязкостью и низкой текучестью. Суспензии на основе гидрослюд и каолинитовых глин имеют малую набухаемость, а следовательно, пониженную влажность.
ПЛАСТИЧЕСКОЕ ФОРМОВАНИЕ
Пластическое формование базируется на свойстве глин образовывать с водой тестообразные массы, способные к пластическому течению, т.е к изменению формы под действием внешних усилий без разрыва сплошности. Пластичные формовочные массы – это высоко концентрированные суспензии дисперсных минеральных частиц. Для наиболее распространенных глиняных масс формовочная влажность равна 18-24%. Массы имеют коагуляционную структуру. Пластичные массы отличаются тиксотропностью, т.е. способностью после снятия внешнего воздействия, приведшего к разрушению структуры, самопроизвольно ее восстанавливать.
Способы пластического формования применяемого в керамической технологии, можно разделить на три группы:
ВЫДАВЛИВАНИЕ. Оно осуществляется на шнековых и поршневых прессах. Наиболее распространено ленточное формование на горизонтальных шнековых прессах, в которых материал не только транспортируется и уплотняется, но также интенсивно переминается и гомогенизируется.
Структура формируемых в прессе масс представляет собой наплостование вложенных друг в друга полых конусов. При этом внутренние слои выталкиваемого бруса перемещаются быстрее, чем наружные, испытывающие трение о стенки. В результате в формуемых изделиях возможно появление различных дефектов. Однородность структуры повышается с ростом влажности массы, при введении крупного наполнителя (песка или шамота), при пароувлажнении. Одним из недостатков ленточного пресса является значительный захват воздуха массой (до 10% по объему). Этот воздух снижает плотность массы, ее пластичность, вызывает неравномерность уплотнения при формовании, что в конечном итоге приводит к образованию микротрещин. Поэтому желательно удаление вовлеченного воздуха из керамических масс, например вакуумированием в вакуум-прессах.
Тестообразная масса разминается в смесительной камере пресса (1) лопасным винтом (2) и продавливается через перфорированную перегородку (3) в вакуум-камеру (4), где под действием разряжения из неё удаляется воздух. Вакуумированную массу подхватывает шнековый вал (5), уплотняет ее и перемещает в прессующую головку (6) с мундштуком (7), откуда масса выходит в виде непрерывного бруса (8), заданного мундштуком сечения.
Чем выше пластичность глиняных масс, тем выше должна быть величина вакуума и дольше пребывание массы в вакуумной камере. Прочность высушенного сырца из вакуумированной массы в 1,6 раза выше, чем из невакуумированной. Плотность обожженных изделий увеличивается на 3-5%, водопоглощение снижается на 10-15%, а прочность повышается в 1,5-2 раза.
ШТАПМОВАНИЕ. Штамповку изделий производят на револьверных и других прессах из заготовок, сформованных предварительно на ленточных вакуум-прессах. Главная цель штампования получить полуфабрикат необходимой формы с точными размерами, качественной поверхностью и четкими углами. Давление при допрессовке в формах мало, так как оно должно лишь обеспечить равномерность заполнения формы массой, а не уплотнить её, поскольку пластичная масса сама по себе очень трудно сжимаема.
РАСКАТКА. Формование раскаткой ведут в гипсовых или пластмассовых формах с помощью формующих шаблонов, врезающихся штемпелей или роликов. Если шаблон формует внутреннюю поверхность изделия, то такой способ называется «формованием в форму», а если внешнюю – то «на форму». Порция керамической массы под нажимом шаблона , имеющего профиль, являющийся зеркальным отображением требуемой формы, равномерно распределяется по поверхности гипсовой формы. Избыток массы вытесняется, образуя «бахрому» над верхней кромкой, которая в конце формования срезается специальным резцом. Избыток влаги из массы отсасывается в ходе формования пористой гипсовой формой, при этом сырец несколько уплотняется и приобретает механическую прочность, достаточную для транспортировки и дальнейшей обработки. Принципиальная схема формования изделий роликовым шаблоном (1-гипсовая форма, 2- масса, 3-роликовый шаблон).
ЛИТЬЕ ИЗ ШЛИКЕРОВ
Среди способов формования керамических изделий методом литья можно выделить две группы:
ВОДНОЕ ЛИТЬЕ. Этот способ применяют, прежде всего, для изготовления изделий из тонкокерамических масс на основе глин и каолинов (формование хозяйственной, санитарно-гигиенической, строительной, огнеупорной, технической керамики).
Литье из водных шликеров используют в двух основных вариантах: «сливной» и «наливной». При сливном варианте после набора на внутренней стороне формы уплотнившегося слоя массы требуемой толщины оставшийся шликер выливают из формы. Его применяют для формирования полых тонкостенных изделий с толщиной стенки 3-5 мм.
При наливном варианте процесс набора черепка продолжается до тех пор, пока ею не будет заполнена вся полость формы. Значительная убыль объема шликера за счет удаления из него воды компенсируется его периодической доливкой или непрерывным поступлением из ранее заполненной воронки, стоящей над формой, так называемой «литниковой прибыли». Этот вариант применяют для изготовления массивных сплошных изделий, а также полых толстостенных деталей. В последнем случае осуществляется двухсторонний набор стенки с отсосом воды в наружную гипсовую форму и гипсовый сердечник. Формы при наливном варианте должны быть обязательно разъемными для выгрузки сформованного полуфабриката.
При наборе массы основное сопротивление процессу отсоса влаги из шликера оказывает образовавшийся в пристеночном пространстве структурированный уплотненный слой. Общая продолжительность «набора черепка» примерно пропорциональна квадрату толщины этого слоя:
τ = l2
Поэтому при литье массивных изделий время «набора черепка» является основным фактором, лимитирующим производительность всей технологии. Достоинством сливного варианта является:
- относительная простота конструкции формы (она неразборная);
- меньшее количество технологических операций в процессе формования;
- более легкие условия труда;
- возможность механизации и автоматизации формовки.
Недостатки сливного варианта:
- повышенный расход шликера;
- замедленный по сравнению с наливным способом процесс «набора черепка» (вследствие меньшей поверхности соприкосновения заготовки со стенками формы.
Литье в гипсовые формы имеет тот существенный недостаток, что формы быстро изнашиваются за счет накопления в их порах тончайших частичек керамического материала и вводимых в шликер растворимых добавок, которые препятствуют отсосу влаги из заготовок при длительном использовании формы.
ГОРЯЧЕЕ ЛИТЬЕ, осуществляется на пластичных органических веществах – важнейший способ формования изделий сложной формы в технической керамике. Шликера в текучем пластичном состоянии получают путем подогрева масс, содержащих твердую органическую временную связку, до температуры ее плавления. При этом различают связующие:
- термопластичные (парафин) – плавиться при температуре 50-700С, могут многократно переходить из жидкого в твердое состояние и обратно, затвердевание достигается простым охлаждением, сама временная связка удаляется при тепловой обработке (сгорает при обжиге).
- термоактивные – плавятся при 150-2000С, твердеют необратимо при выдержке в нагретом состоянии (фенолформальдегидовые и мочевиноформальдегидовые смолы), связка не удаляется, а входит в состав конечного изделия. Преобладают в основном термопластичные связующие.
Минеральные компоненты вводят в состав термопластичных шликеров после предварительной обработки (измельчение до удельной поверхности 3000-10000 см2/г и термической сушки до остаточной влажности не более 0,1-0,2%), так как наличие влаги ухудшает смачиваемость парафином минеральных частиц. Для улучшения смачиваемости используют также ПАВ, содержащие полярные группы и неполярные углеводородные радикалы, которые вводят в состав шликеров в количестве 10-15%. Это позволяет снизить содержание парафина с 50 до 35-40%.
Минеральную составляющую смешивают с расплавленным парафином в шаровых мельницах, лопастных мешалках при80-900С, что примерно на 200С выше температуры литья. Для удаления воздуха, попадающего в шликер при перемешивании, массу обязательно вакуумируют в течение 1-3 часов.
ГОРЯЧЕЕ ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ. Осуществляется в специальных литьевых аппаратах. Горячий шликер нагнетают в непрерывно охлаждаемую форму путем подачи воздуха под давлением 2-5 атм в герметичный термостатируемый резервуар, где происходит выдержка под давлением в течение времени до полного затвердевания всей отливки. Поскольку шликер крайне плохо сжимаем, то давление обеспечивает не уплотнение, а лишь заполнение формы. Качество отливок зависит от вязкости шликера, которая определяется его температурой. Оптимальной для парафина считается температура литья 65-700С. Перегрев снижает плотность отливки, а снижение может привести к дефектам отливки.
Для формования трубок, стержней применяют способ непрерывного литья. Расплавленный шликер поступает в формующую трубку, проходя через холодильник, и выдавливаясь наружу в уже затвердевшем виде.
Для получения тонкостенных изделий (тигли и т.п.) используют способ «намораживания». Охлаждаемую металлическую болванку заданной формы погружают в горячий шликер. Стенки изделия формуются благодаря отводу тепла от шликера к металлической болванке.
ФОРМОВАНИЕ СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ
Наиболее распространенными способами формования являются:
|
Вытягивание |
Листовое стекло, стеклянные трубы, стекловолокно |
|
Прокат |
Листовое стекло, профильное, армированное, коврово-мозаичная плитка |
|
Отливка |
Листовое стекло с огненно-полированной поверхностью («плавающая лента»), заготовки оптического стекла |
|
Прессование |
Изделия посудно-хозяйственного назначения |
|
Выдувание |
Колбы электроламп, сортовая, хозяйственная, лабораторная посуда. |
ВЫТЯГИВАНИЕ
Процесс формования ленты можно осуществлять двумя способами лодочным и безлодочным. При лодочном способе лента формируется из стекломассы с помощью лодочки – длинного прямоугольного шамотного бруска со сквозным продольным вырезом, переходящим в верхней части в узкую щель. В рабочем состоянии лодочка заглублена в стекломассу, охлажденную до температуры выракак бы два каната, между которыми натянуто полотно- лента стекла. Эти борты каната ботки, так, что верхняя кромка щели находится ниже уровня стекломассы в бассейне. Силы поверхностного натяжения и повышенная вязкость стекла у щели препятствует растеканию стекломассы, образуя «луковицу». Если теперь погружать в «луковицу» железную «приманку» и оттянуть вверх поступающую из щели лодочки стекломассу, то сама лодочка будет препятствовать сужению ленты.
Лента формируется с утолщенными краями, которые образуют как бы два каната, между которыми натянуто полотно – лента стекла. Эти борты канаты удерживают ленту в растянутом состоянии и не дают ей сузиться. Лента оттягивается с помощью валиков машины ВВС. Благодаря специальным холодильникам лента стекла по пути движения от щели лодочки до нижней плоскости машины охлаждается настолько, что прикосновение вращающихся валиков не оставляет на ней отпечатков. На определенной высоте подмашинной камеры лента окончательно отвердевает и перестает растягиваться, что обеспечивает непрерывность ее движения вверх. Изменять толщину ленты стекла можно, варьируя скоростью вытягивания. Достоинства лодочного способа: Простота выработочных устройств; Относительно малые капитальные затраты на строительство установок. Простота обслуживания машин.
Недостатки: Невысокая скорость вытягивания. Возможность появления такого дефекта как полостность. Частые обрывы ленты стекла.
Безлодочный способ вытягивания ленты стекла производиться со свободной поверхности стекломассы. В стекломассу погружают огнеупорный поплавок (2), который способствует созданию направленного потока стекломассы, ее охлаждению до определенной вязкости и стабилизации процесса формования ленты. Меняя глубину погружения поплавка, регулируют температуру и вязкость стекломассы. Для удерживания бортов ленты на уровне поверхности стекломассы применяют спциальные бортоформирующие ролики принудительного вращения. Далее лента вытягивается способом, аналогичным лодочному способу. Достоинства: Средняя скорость ленты выше, чем при лодочном способе (особенно это заметно при выработке ленты с большой толщиной). В 3-4 раза повышается длительность работы формующей машины между обрывами ленты. Позволяет устранить дефект – полосность.
Вытягивание труб осуществляется с помощью мундштука, который является основным формующим органом и представляет собой огнеупорный наконечник, насаженный на трубу из жаропрочной стали. Мундштук расположен в наклонном положении в специальной нагревательной камере, пристроенной к бассейну ванной печи. Он вращается вокруг своей оси, а через специальную трубу в него можно подавать сжатый воздух. Жидкая стекломасса поступает из бассейна ванной печи по желобу в виде тонкой струи на внешнюю поверхность медленно вращающегося мундштука, обволакивает его поверхность ровным слоем и, стекая с его нижнего конца, подхватывается тянульной машиной, снабженной приспособлением для отрезания трубок по длине.
При вытягивании стекловолокна стекломасса вытекает в виде тонких струек из отверстий (фильер) платиновой лодочки. Толщина отдельного волокна составляет 3-4 мкм. Волокно наматывается на быстро вращающийся барабан, сплетаясь предварительно в нити.
ПРОКАТ.
Прокатное стекло вырабатывается периодическим или непрерывным способом.
Способом периодического проката получают листы толщиной до 40-50 мм, шириной до 5 метров и длиной до 8 метров. Стекломасса из горшка выливается на наклонную плиту, проходит между двумя парами валков, прокатывающими ленту необходимой толщины, и по второй наклонной плите поступает на приемный стол, который подает ленту в отжигательную печь. Для периодического проката характерна низкая производительность при высокой себестоимости продукции.
В настоящее время применяют способ непрерывного проката , т.е. стекломасса непрерывно поступает в зазор между охлаждаемыми водой прокатными вальцами. Стеклопрокатные машины обеспечивают прокатку стекла различной толщины от 4 до 35 мм.
Толщина стекла непрерывного проката регулируется расстоянием между прокатными вальцами, а скорость проката – окружной скоростью вальцов.
Непрерывный прокатный способ – самый высокопроизводительный способ формования листового стекла: ОДНА ПРОКАТНАЯ МАШИНА ШИРИНОЙ 3 МЕТРА ЗАМЕНЯЕТ 12 МАШИН (ВВС) с шириной ленты 1,8 метра.
Недостатки:
ОТЛИВКА (ЛИТЬЕ).
Этот способ формования, называется также способом огненной полировки, флоат-способом или методом «плавающей ленты», используется для получения для получения полированного витринного листового стекла. Это достаточно новый высокопроизводительный и экономичный способ производства полированного высококачественного листового стекла, который получил распространение во многих странах. Особенность способа состоит в горизонтальном формовании ленты стекла на поверхности расплавленного олова, вследствие свободного растекания стекломассы, сливаемой из стекловаренной печи. При температуре 1025 0С лента при растекании достигает равновесной толщины. За флоат-ванной размещено роликовое устройство, которое непрерывно оттягивает ленту из ванны и перемещает ее в печь для отжига. Для предотвращения сужения ленты при оттягивании ее растягивают в ширину специальными роликами (бортодержателями).
В результате контакта нижней поверхности ленты с идеально гладкой поверхностью расплавленного металла и огненной полировкой верхней поверхности достигается очень высокое качество поверхности листового стекла.
Этим способом производят листовое полированное стекло толщиной от 2,5 до 20 мм и шириной от 1600 до 4000 мм. Скорость вытягивания ленты составляет 300-1500 м/ч в зависимости от ее толщины и ширины.
Недостатки:
ПРЕССОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ.
Многие древнеегипетские стеклянные украшения были получены путем расплющивания размягченной стекломассы. Позднее этот способ был почти вытеснен выдуванием, а прессование применялось лишь для изготовления мелких изделий: бус, пробок, пуговиц и т.д.
Способ формования стеклянных изделий выдавливанием из стекломассы в пространстве, ограниченном извне матрице й пресс-формы, а изнутри – керном, называется прессованием.
Основными формующими элементами при прессовании является (см. рис.): пресс-форма, которая оформляет наружную поверхность изделия, пуансон (керн), который формирует внутреннюю поверхность и ограничительное (формовое) кольцо, отделывающее кромку (края изделия).
По окончании прессования, когда стекло достаточно затвердело, керн поднимают, кольцо снимают, а форму раскрывают или переворачивают для извлечения изделия. Автоматическое прессование за счет автоматической подачи порции стекломассы в форму (так называемое капельное питание), производится 300 капель в минуту.
Достоинства
Недостатки.
- форма изделия должна быть достаточно простой, чтобы пуансон мог свободно выйти из нее, т.е. недопустимы сужения внизу, выступы и углубления. Наружная поверхность при этом может быть достаточно сложной, т.к. форма может быть разъемной;
- стекломасса в тонком слое очень быстро утрачивает текучесть вследствие интенсивной теплопередачи формующим поверхностям поэтому прессованием не удается получать сосуды с тонкими стенками или с сильно вытянутой в вертикальном направлении полостью, так как в этом случае стекло может перейти в хрупкое состояние еще до окончания цикла прессования;
- качество поверхности прессованных изделий невысокое, так как на поверхности могут присутствовать швы от стыков разъемной формы, кроме того, под действием сил поверхностного натяжения вместо острых углов происходит образование округленных поверхностей. Формование изделий идет на полуавтоматических или автоматических прессах.
ВЫДУВАНИЕ.
Дает возможность получать сосуды с полостью любой формы. Кроме того, легко поддаются механизации.
Выдувание осуществляется или вручную с помощью стеклодувной трубки, или на выдувных автоматах (ВР-24, ВС-24).
Способ выдувания с помощью стеклодувной трубки, на которую набирается каплеподобная порция стекломассы, применяют для формования сложных по форме полых тонкостенных изделий с толщиной стенок порядка 2 мм и менее. При этом трубку одним концом накладывают на поверхность стекломассы и начинают вращать вокруг своей оси до тех пор, пока на ней не наберется капля наружного размера (наборка). Трубка с наборкой при непрерывном вращении отделяется от стекломассы и удаляется из печи. Следующая операция – закатка наборки на плоской металлической плите или в яйцевидном углублении деревянного или металлического катальника для придания наборке необходимой формы и для обеспечения определенных значений вязкости, необходимых для выдувания. Затем производиться выдувание и отделение изделия от трубки, а также придание с помощью простейших инструментов (ножниц, планок, шаблонов) нужную ему форму. Выдувание без придания формы сохранило свое значение лишь для производства художественных и особо сложных штучных изделий.
Недостатки.
Машинное выдувание изделий полностью механизировано и наиболее эффективно. При этом основная проблема механизации выдувания – это окончательное оформление края изделия и поскольку эта проблема легко решаема при прессовании изделий, поэтому целесообразно объединить эти два способа.
Прессо-выдувание – это двухстадийный процесс циклического формования полых штучных изделий – преимущественно (широкогорлой более 30 мм) – банки, бутылки, посуды и т.д.
В пресс-выдувных машинах имеются черновая и чистовая формы. В черновой форме методом прессования пуансоном получается первичная заготовка – баночка (или пулька). В чистовой форме, состоящей из двух половинок, баночке придается окончательный вид методом выдувания. При помощи горловых щипцов формуется головка изделия, т.е. верхний его край.
После того, как прессование закончилось, пуансон убирается, а баночка горловыми щипцами переносится в чистовую форму.Затем к горловым щипцам плотно приставляется дутьевая головка, через которую подается сжатый воздух до тех пор, пока идет раздув заготовки до полного соприкосновения ее стенок со всей внутренней поверхностью чистовой формы. После этого дутьевая головка и щипцы удаляются, половинки чистовой формы расходятся и готовое изделие оказывается свободно стоящим на дне формы.
Для выдувания высоких сосудов с узким горлом (например бутылок), применяют машины других типов, использующих выдувание с опрокидыванием пульки и выдувание с вакуумным питателем.