СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКЛЯННОГО ИЗДЕЛИЯ, ИМЕЮЩЕГО РУЧКУ
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING GLASS PRODUCTS, WHICH HAVE HANDLES

Настоящее изобретение относится к изделиям из стекла.
Конкретнее оно относится к способу и устройству для изготовления стеклянного изделия с ручкой, а также к полученному таким способом изделию.
Изделия, относящиеся к настоящему изобретению главным образом, но, не ограничиваясь, являются емкостями, предназначенными для использования в качестве столовой посуды, то есть чашек, кружек, чарок, и подобного. Каждое из этих изделий имеет по меньшей мере одну ручку, также именуемую “ушком”, предназначенную для захвата пользователем и содержащую отверстие для облегчения захвата.
В стекольной промышленности такие изделия с ручкой традиционно изготавливают способом, именуемым “прессование”, при котором расплавленную стеклянную массу, именуемую “каплей”, прессуют в форме посредством керна.
Однако учитывая тот факт, что ручка должна быть сформована одновременно с изделием или емкостью и то, что она содержит отверстие, требуется использование формы, состоящей из нескольких частей, которые должны составляться вместе для формования, а затем раздвигаться для выемки из формы сформованного изделия.
Таким образом, изготовление изделий указанного типа до настоящего времени требовало сложных форм, таких как, например, раскрывные формы из двух частей или, так называемые, “конические” формы, состоящие из нескольких частей.
Кроме того, получение сложных форм для стеклянных изделий создает намного больше проблем, чем для изделий из других материалов, например из керамики, вследствие того, что формование изделия и его охлаждение должны происходить одновременно и тесно связаны между собой. В результате, как только стекло остывает, ему уже невозможно придать форму.
Поскольку стеклянные изделия с ручкой изготавливают при помощи форм, состоящих из нескольких частей, прессование изделия осуществляется при закрытой форме, а выемка из формы осуществляется при раскрытой форме для извлечения ручки.
Вследствие такого недостатка, соединения между разными частями формы приводят к дефекту, именуемому “швом” на поверхности изделий и особенно на ручке.
Этот дефект образует рельефную линию и вызван просачиванием, даже незначительным, расплавленного стекла между частями формы.
Эти рельефные линии портят внешний вид, и устранить их можно только с помощью термической и/или механической обработки, длительной и дорогостоящей для выполнения.
Конечно, из патента US 1885303 известен способ и устройство для формования изделий из пластичного материала с одной или несколькими ручками или ушками, при котором используется цельная форма.
В любом случае для выполнения ручки необходимо предусмотреть два штока противоположного действия, расположенные напротив друг друга, концы которых сходятся в направлении друг друга для формования ручки.
Эти концы имеют форму усеченного конуса и таким образом образуют выпуклости или швы на внутренней части ручки.
Итак, это известное решение не позволяет устранить швы.
В частности целью настоящего изобретения является преодоление указанных недостатков.
Конкретнее, ставится цель обеспечить способ и устройство для изготовления стеклянных изделий с ручкой с применением цельной формы, без постоянного образования рельефных линий или швов на извлеченном из формы готовом изделии.
Также настоящее изобретение ставит перед собой цель обеспечить способ и устройство, позволяющее изготавливать множество видов изделий, в частности емкостей, таких как чашки, кружки, чарки, и т.п.
Также ставится цель обеспечить такой способ и такое устройство, при которых стеклянное изделие, полученное после изготовления, не требует никакой дополнительной обработки.
С этой целью настоящее изобретение предлагает способ изготовления стеклянного изделия с ручкой, содержащий следующие этапы, на которых:
a) обеспечивают цельную форму, ограничивающую полость для формования с конфигурацией, предусмотренной для изделия и ручки, и содержащую поперечный канал, выходящий в полость формы с одной и с другой стороны от отверстия для формирования ручки;
b) помещают каплю расплавленного стекла на дно формы;
c) вводят инструмент для формования в поперечный канал формы;
d) прессуют каплю стекла в полости формы для формования изделия и ручки, при этом стекло окружает инструмент для формования с целью формирования ручки;
e) выводят инструмент для формования;
f) охлаждают стекло для сохранения формы сформованного изделия; и
g) вынимают из формы сформованное изделие.
Таким образом, изготовление стеклянного изделия осуществляется посредством цельной формы с использованием съемной детали, то есть инструмент для формования, который вводят в форму во время прессования и выводят после прессования для извлечения изделия из формы.
Введение инструмента для формования позволяет создать отверстие в центре ручки, при этом выемка из формы возможна, как только инструмент для формования удаляют.
Таким образом, получают изделие, лишенное швов, и ручка которого имеет в центре отверстие или ушко, конфигурация которого соответствует конфигурации инструмента для формования.
Таким образом, поскольку полученное изделие лишено шва, после выемки из формы находится на стадии готового изделия. Следовательно, нет больше необходимости в осуществлении дополнительных операций для устранения, по меньшей мере, части рельефных линий или швов, как в ранее известной технологии.
На указанном этапе c) введение инструмента формования осуществляется в контролируемых температурных условиях.
В результате нужно, чтобы этот инструмент для формования находился при подходящем уровне температуры между минимальной температурой, приводящей к слишком резкому охлаждению стекла, и максимальной температурой, приводящей к склеиванию стекла и формы, позволяя осуществлять формование и выемку из формы ручки одновременно с изделием.
Согласно другому аспекту настоящее изобретение относится к устройству для изготовления стеклянного изделия для осуществления способа, описываемого выше.
По существу настоящее устройство содержит:
a) по меньшей мере одну форму, представляющую собой цельную конструкцию и ограничивающую полость для формования с конфигурацией, предусмотренной для изделия и ручки, и содержащую поперечный канал, выходящий с одной и с другой стороны из полости для формования, напротив отверстия для формирования ручки;
a) инструмент для формования, перемещаемый поступательно между отведенным положением, в котором он находится вне поперечного канала формы, и положением формования, в котором он вводится в поперечный канал формы; и
b) керн может быть введен в полость для формования для прессования в ней капли стекла и формования изделия и ручки, в то время как инструмент для формования находится в положении формования и может быть извлечен из полости при выемке, когда инструмент для формования находится в отведенном положении.
Поступательное перемещение инструмента для формования, таким образом, позволяет создавать отверстие в центре ручки, когда инструмент для формования находится в состоянии формования, и вынимать изделие, когда инструмент для формования находится в отведенном положении.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения инструмент для формования содержит стержень, окруженный трубкообразной направляющей со свободным концом, способным проникать в устье поперечного канала формы для облегчения центрирования инструмента для формования в поперечном канале, при этом инструмент для формования имеет первый конец, способный формировать отверстие ручки, и второй конец, способный соединяться с приводным механизмом.
Трубкообразная направляющая облегчает центрирование инструмента для формования, при этом первый конец инструмента для формования позволяет формировать отверстие в ручке, а его второй конец способен соединяться с приводным механизмом для осуществления перемещения инструмента поступательно между двумя указанными позициями.
Инструмент для формования преимущественно способен перемещаться между отведенным положением, при котором первый конец инструмента для формования заходит в трубкообразную направляющую, и положением формования, при котором первый конец инструмента для формования выступает за пределы трубкообразной направляющей.
Предпочтительно, чтобы между инструментом для формования и трубкообразной направляющей располагалась пружина для приведения инструмента для формования в отведенное положение.
В первом варианте осуществления настоящего изобретения устройство содержит множество форм, последовательно перемещаемых перед инструментом для формования, при этом последний снабжен приводным механизмом.
Иными словами, таким образом, устройство содержит один инструмент для формования, способный работать с множеством форм.
В этом случае второй конец инструмента для формования взаимосвязан с приводным механизмом.
Поскольку стержень для формования является общим для множества форм, его температура будет повышаться вследствие его повторяющегося контакта с последовательными формами. В этом случае полезно предусмотреть, чтобы инструмент для формования имел теплоотвод.
Во втором варианте осуществления настоящего изобретения, устройство содержит множество форм, каждая из которых имеет инструмент для формования, при этом формы последовательно перемещаются перед приводным механизмом для приведения в действия соответствующего инструмента для формования.
Таким образом, каждая форма имеет свой собственный инструмент для формования, и этот инструмент для формования поступательно перемещается посредством общего приводного механизма.
В данном втором варианте осуществления настоящего изобретения второй конец инструмента для формования устроен для вхождения в контакт упора с приводным механизмом.
В данном варианте осуществления, в отличие от предыдущего варианта, инструмент для формования обычно имеет нагревательное устройство для поддержания его при контролируемой температуре.
Когда устройство содержит множество форм, эти формы преимущественно расположены на вращающейся опоре типа карусели, тогда как приводной механизм расположен на регулируемой опоре, находящейся вне вращающейся опоры.
Таким образом, формы последовательно проходят перед приводным механизмом, который осуществляет поступательное перемещение инструмента для формования, будь то инструмент для формования для каждой формы, либо единый инструмента для формования, приводимый в движение приводным механизмом.
Устройство согласно настоящему изобретению также содержит устройство выпуска, предназначенное для выпуска капли стекла на дно полости для формования.
Форма или каждая из форм предпочтительно содержит предпочтительно выпускной клапан для выемки из формы сформованного изделия.
Наконец, согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение относится к стеклянному изделию, получаемому посредством вышеописанного способа и/или устройства.
В нижеследующем описании, выполненном исключительно в качестве примера, приведены ссылки на прилагаемые графические материалы, на которых:
фиг. 1 представляет собой вид в перспективе формы с проходящим через нее каналом, которая является частью устройства для изготовления согласно настоящему изобретению;
фиг. 2 представляет собой вид в перспективе стеклянного изделия с ручкой, в данном примере чашки, которая может быть получена посредством формы, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой вид в вертикальном разрезе формы по фиг. 1, в положении, при котором инструмент для формования проходит через форму, при этом в форме выполнен керн, проходящий через крышку формы;
фиг. 4 представляет собой вид, аналогичный виду на фиг. 3 после извлечения керна и крышки для выпуска сформованного изделия посредством выпускного клапана;
фиг. 5 представляет собой вид в перспективе пресса, применяемого для изготовления изделий, сформованных согласно настоящему изобретению;
фиг. 6 представляет собой вид в перспективе устройства для изготовления согласно настоящему изобретению из первого варианта осуществления, где инструмент для формования приводится в движение посредством приводного механизма;
фиг. 7 представляет собой вид в частичном разрезе, соответствующий фиг. 6;
фиг. 8 представляет собой вид в перспективе формы с крышкой и керном из варианта осуществления, где форма имеет свой собственный инструмент для формования;
фиг. 9 представляет собой вид формы в поперечном сечении, проходящем через ось инструмента для формования;
фиг. 10 представляет собой вид формы в вертикальном разрезе, проходящем через ось формования, согласно линиям X-X на фиг. 9, в положении, когда инструмент для формования находится в отведенном положении; и
фиг. 11 представляет собой вид, аналогичный виду на фиг. 10 в положении, когда инструмент для формования находится в выдвинутом положении или в положении формования.
Прежде всего, рассматривается фиг. 1, на которой показана форма 10 с цельной конструкцией, выполненная, например, из стали. Данная форма ограничивает изнутри полость 12 для формования с конфигурацией, предназначенной для изготавливаемого изделия, например чашки с ручкой, как показано на фиг. 2. Данная полость 12 содержит более узкую часть 14, предусмотренную для формования ручки.
Форма 10 также содержит поперечный канал 16, выходящий в полость 12 для формования, и чаще всего в ее узкую часть 14, с одной и с другой стороны от отверстия для формирования ручки. В данном примере канал имеет в целом цилиндрическую конфигурацию с округлым поперечным сечением, но другие конфигурации поперечного сечения, например овальная, эллипсоидная, и т.д. также возможны. Поперечный канал 16 имеет устье 18, обычно в виде усеченного конуса, функция которого будет объяснена далее.
Форма 10 по фиг. 1 предназначена для изготовления стеклянного изделия, обозначенного общей ссылкой 20 на фиг. 2. В данном случае речь идет о чашке с корпусом 22 чашеобразной конфигурации и открытым кверху, имеющей тонкий край 24 и дно 26. Чашка 20 имеет ручку 28 с отверстием 30, например, в целом округлой конфигурации.
Как видно из фиг. 1, форма 10 установлена посредством промежуточной опоры 32, содержащей нижнее основание 34, которое может быть закреплено на подходящем каркасе (не показан). Опора 32 также имеет верхнее основание 36, на котором съемным способом закрепляется форма 10. Таким образом, опора 32 может вмещать, с возможностью замены, форму 10, приспособленную для изготовления отдельного изделия 20. Через опору 32 вертикально проходит выпускной клапан 38, предназначенный для выемки из формы изделия 20, предварительно сформованного в полости 12 для формования, как это будет описано далее.
Далее рассматривается фиг. 3, на которой показана форма 10 на своей опоре 32 в положении формования. В этом положении видно, как инструмент 40 для формования в виде стержня или штока с цилиндрическим поперечным сечением вводят в поперечный канал 16 формы 10 для осуществления формования ручки одновременно со всем изделием 20.
Форма 10 вмещает в верхней части крышку 42, состоящую из двух частей, а именно - нижней части 44 и верхней части 46. Эти две части 44 и 46 имеют кольцевую конструкцию, и через них проходит керн 48, имеющий внутреннее отверстие 50, вмещающее охлаждающий элемент (не показан). Керн 48, в сочетании с крышкой 42, позволяет прессовать массу из расплавленного стекла или каплю стекла, обозначенную ссылкой G на фиг. 3 для формования изделия с ручкой.
Изготовление изделия 20 по фиг. 2 осуществляется согласно следующим этапам.
На первом этапе a) обеспечивают цельную форму 10, как описано выше. На следующем этапе b) помещают каплю расплавленного стекла G на дно формы, то есть на дно полости 12 для формования. Это расплавленное стекло расплавляется в печи и падает на дно полости формы. Эта капля стекла распределяется естественным способом на дне формы в течение примерно 1 - 5 секунд. Затем на стадии c) вводят инструмент 40 для формования в поперечный канал 16 формы поступательным перемещением, таким образом, чтобы данный инструмент проходил через узкую часть 14 полости формы.
На следующей стадии d) прессуют каплю стекла G посредством керна 48, который перемещается вертикально вниз, что позволяет сформировать сосуд и ручку. Наличие крышки 42 позволяет не допускать выхода расплавленного стекла за верхний бортик формы 10, создавая таким образом край 24 изделия 20 как показано на фиг. 2. Во время прессования расплавленное также поступает в узкую часть 14 полости 12 для формования, через которую проходит инструмент 40 для формования. В результате расплавленное стекло окружает инструмент для формования, формируя ручку 28.
На следующем этапе e) инструмент 40 для формования вынимают, затем на этапе f) стекло охлаждают для сохранения формы сформованного изделия. Для этого керн 48 и крышку 42 поднимают (фиг. 4), что позволяет осуществить выемку сформованного изделия из формы с помощью выпускного клапана 38, который перемещается вертикально вверх, как показано стрелкой F1. Таким образом, получают извлеченное из формы готовое изделие 20 без шва.
В процессе производства изделия введение инструмента 40 для формования должно осуществляться при контролируемых температурных условиях для того, чтобы стекло могло охлаждаться при контакте с этим инструментом, при этом не прилипая к нему.
Температурные условия изменяются в зависимости от множества параметров, в частности от конфигурации изделия и ручки, а также от свойств используемого стекла. Обычно можно использовать разновидности стекла опалового типа или натриево-кальциево-силикатного. Для стекла опалового типа температура стеклянной капли обычно составляет от 1150°C, а температура инструмента для формования обычно составляет от 450°C.
Для стекла натриево-кальциево-силикатного типа температура стеклянной капли обычно составляет от 1150°C, а температура инструмента для формования обычно составляет от 480°C. Вышеуказанные значения температуры приведены исключительно в качестве примера.
Далее рассматривается фиг. 5, на которой показано устройство типа пресса в сборке, обозначенное ссылкой 52 и предназначенное для изготовления стеклянных изделий посредством прессования. Устройство 52 является устройством, которое само по себе известно тем, что оно может быть приспособлено для вмещения форм, аналогичных форме 10, показанной на фиг. 1, 3 и 4.
Устройство 52 содержит опору 54 в виде основания, поддерживающего вертикальную колонну 56, вокруг которой поворачивается кольцевая опора 58 типа карусели в направлении стрелки F2. Колонна 56 в верхней части содержит платформу 60, расположенную напротив основания 54.
Вращающаяся опора 58 в данном примере поддерживает двенадцать съемных форм 10 посредством соответствующих промежуточных опор 32, как описано ранее.
В представленном примере формы 10 имеют упрощенную конфигурацию, но вполне могут иметь характерную конфигурацию формы 10 по фиг 1, 3 и 4 для изготовления изделия 20 с ручкой, такого как представлено на фиг. 1.
Устройство 52 содержит устройство 62 выпуска, в виде канала или желоба, которое позволяет выпускать каплю расплавленного стекла G из плавильной печи 64 (изображена схематически). Затем капля размещается в форме 10, которая приводится во вращение с постепенным приращением одновременно с другими формами. Устройство 52 также содержит керн 48, расположенный на опоре 66, которая сама по себе закреплена на платформе 60. Керн 48 перемещается в вертикальном направлении под действием силового цилиндра 68, имея возможность перемещаться как вниз для осуществления прессования, так и вниз для осуществления последующей выемки из формы.
Устройство 52 также содержит устройство 70 вентиляции, предназначенное для охлаждения формы и керна посредством воздуха под давлением или посредством воды, во время всего цикла изготовления, для усиления теплообмена и для как можно более быстрого охлаждения стекла.
Когда стекло достаточно охлаждено, изделие вынимается из формы посредством устройства 72 для выемки. В данном примере это устройство содержит направляющую 74, радиально закрепленную на платформе 60 в положении, практически диаметрально противоположном положению устройства 64 выпуска. Направляющая 74 способствует перемещению каретки 76 с инструментом 78 захвата, перемещаемым в вертикальном направлении. Этот инструмент захвата предусмотрен для захвата изделия 20 для выемки его из формы и перемещения в предусмотренное место.
Далее рассматриваются фиг. 6 и 7, на которых изображена форма 10, являющаяся одной из множества форм, расположенных на вращающейся опоре 58 типа карусели, аналогичной показанной на фиг. 5. На фиг. 6 и 7 представлена только одна форма 10 из множества форм. Как в случае по фиг. 5, количество форм может быть равным двенадцати. Формы 10 предназначены для последовательного перемещения с вращением относительно инструмента для формования, такого как показано в разрезе на фиг. 3. Этот инструмент 40 для формования выполнен в виде стержня для формования или цилиндрического штока, например, с круглым поперечным сечением. Инструмент для формования окружен трубкообразной направляющей 82 с одним свободным концом 84, предусмотренным для проникания в устье 18 поперечного канала формы 10 для обеспечения подведения и центрирования инструмента 40 для формования в поперечном канале.
Инструмент 40 для формования содержит первый конец 86 (фиг. 6 и 7), способный проникать в поперечный канал 16 для формирования отверстия ручки, и второй конец 88, соединяющийся с приводным механизмом 90. Приводной механизм 90 является силовым цилиндром, например гидравлическим, шток 92 которого соединен с концом 88 инструмента 40 для формования посредством коронной шестерни 100, которая является частью приводного механизма.
Приводной механизм 90 включает корпус 91, установленный с возможностью регулирования на платформе 93, положение которой может регулироваться относительно другой платформы 94 при помощи ручного маховика 96. Таким образом, можно регулировать положение приводного механизма по высоте таким образом, чтобы ось штока 92 совпадала с осью поперечного канала 16 формы 10, когда последняя остановлена в положении напротив приводного механизма. Также возможна угловая регулировка 30 благодаря двум направляющим 97, расположенным на платформе 93. Один и тот же инструмент 40 для формования используется с соответствующими формами из множества форм.
Как видно на фиг. 6 и 7, трубкообразная направляющая 82 имеет коронную шестерню 98, а шток приводного механизма окружен другой коронной шестерней 100 напротив коронной шестерни 98. Между этими коронными шестернями 98 и 100 расположены несколько спиральных пружин 102, которые раздвигают коронные шестерни, как показано на фиг. 6 и 7, так, что инструмент для формования может перемещаться между отведенным положением, как показано на фиг. 6 и 7, и положением формования, как показано на фиг. 3. В отведенном положении конец 86 инструмента 40 для формования удаляется от соответствующей формы, как показано на фиг. 6 и 7.
Когда приводной механизм включен, его шток 92 выдвигается и перемещает инструмент до тех пор, пока свободный конец 84 трубкообразной направляющей 82 не войдет в устье 18 поперечного канала 16. По мере того, как шток силового цилиндра выдвигается, инструмент для формования проникает в поперечный канал, когда пружины 102 сжимаются. Таким образом, инструмент для формования перемещается между отведенным положением, в котором его первый конец входит в трубкообразную направляющую, и положением формования, в котором его первый конец выступает из трубкообразной направляющей, проникая в поперечный канал.
В варианте осуществления по фиг. 6 и 7 приводной механизм выдвигается каждый раз, когда форма оказывается перед ним для осуществления формования изделия, как описано выше. Как только формование выполнено, шток приводного механизма втягивается внутрь, давая возможность следом осуществить выемку из формы и вращательное перемещение формы на карусели.
В варианте осуществления по фиг. 6 и 7 стержень для формования содержит теплоотвод 104 (фиг. 7), который является штоком из меди или другого теплопроводного материала. Действительно, поскольку один и тот же инструмент для формования используется с разными формами, он нагревается от расплавленного стекла и требует охлаждения.
Далее рассматриваются фиг. 8 - 11, на которых инструмент 40 для формования жестко соединен с формой.
Здесь также предусмотрено множество форм, например 12, на одной вращающейся карусели. Инструмент для формования также выполнен в виде цилиндрического стержня, например, с круглым поперечным сечением, окруженного трубкообразной направляющей 106, которая жестко соединена с формой 10. Трубкообразная направляющая 106 (фиг. 10) предусмотрена на свободном конце 108, который намертво закреплен в устье 18 поперечного канала, так что он жестко соединен с формой.
Инструмент 40 для формования в данном случае выполнен в виде стержня в форме вогнутого цилиндра, внутри которого имеются нагревательные элементы. Инструмент 40 для формования имеет первый конец 110, способный формировать отверстие ручки, и второй конец 112, соединяемый с приводным механизмом 90 (показан схематически). В данном примере в отличие от предыдущего способа реализации, второй конец не прикреплен к штоку приводного механизма намертво, но образует упор с этим штоком для поступательного перемещения.
Возвратная пружина 114, в виде спиралевидной пружины, расположена между инструментом для формования и трубкообразной направляющей для приведения инструмента для формования в отведенное положение, показанное на фиг 10. В этом положении инструмент для формования входит в трубкообразную направляющую и слегка выступает в поперечный канал 16 формы. Когда конец 112 инструмента для формования приводится в движение посредством приводного механизма 90, инструмент для формования перемещается в положение формования (фиг. 11), при котором конец 110 проходит в поперечный канал 16 за узкую часть 14 полости 12 для формования, для осуществления формования изделия с ручкой.
В варианте осуществления по фиг. 8 - 11 необходимо нагревать стержень для формования, чтобы довести его до подходящей температуры.
Кроме того, в данном варианте осуществления приводной механизм 90 аналогичен механизму по фиг. 6 и 7, за исключением того, что на конце 92 его штока имеется отбойник для осуществления упора со вторым концом инструмента для формования. Это второй вариант осуществления требует, чтобы каждая из форм имела свой собственный стержень для формования, в отличие от варианта осуществления по фиг.8 и 9, в котором используется один и тот же стержень для формования для всех форм.
Таким образом, настоящее изобретение позволяет непрерывно и с высокой скоростью осуществлять производство изделий с одной или несколькими ручками, таких как чашки или подобных, без образования швов вследствие использования цельной формы.
Продолжительность производственного цикла обычно составляет от десяти секунд между каплей расплавленного стекла и выемкой из формы.
Способ согласно настоящему изобретению подходит для различных типов стекла, особенно для стекла опалового типа или натриево-кальциево-силикатного типа.