СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГНУТЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛА
METHOD OF MAKING BENT GLASS ARTICLES

Изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано в производстве гнутого стекла, преимущественно под воздействием вакуума, для получения отражателей различного назначения, в частности для аэродромных прожекторов.
Известен способ изготовления гнутых изделий из стекла, включающий размещение заготовки в печи на разогретой форме, нагревание заготовки до температуры деформации стекла, изгибание ее путем создания в форме вакуума и вакуумную корректировку, осуществляемую снизу, до создания вакуума в форме, при этом величина вакуума для вакуумной корректировки превышает величину вакуума в форме в 1,5-2 раза, а отжиг гнутой заготовки ведут в печи на форме по авторскому свидетельству СССР №1056592, МПК С03В 23/02, опубл. 20.06.2005.
Известный способ может быть использован при изготовлении гнутых заготовок, которые затем шлифуются и полируются, то есть подвергаются холодной обработке для получения точно заданной кривизны поверхности. Этот способ не позволяет получать изделия без оптических искажений на их поверхности. Это объясняется тем, что корректировка заготовки в процессе ее изгибания осуществляется при постоянном механическом контакте заготовки с вакуумным держателем, при этом величина вакуума для вакуумной корректировки превышает величину вакуума в форме в 1,5-2 раза. В связи с этим при изгибании заготовки в области ее контактирования с вакуумным держателем возникают неравномерно распределенные напряжения, приводящие к появлению на обеих поверхностях заготовки волнообразных оптических искажений, распространяющихся на большую часть ее поверхностей. При изготовлении изделий, например, эллипсоидной формы с большой стрелой прогиба возможно разрушение или повреждение гнутой заготовки в процессе ее отжига из-за значительной разницы коэффициентов термического расширения стекла и материала формы.
Наиболее близким к изобретению является способ изготовления гнутых изделий из стекла, включающий размещение заготовки в печи на разогретой форме, нагревание заготовки до температуры деформации стекла, изгибание ее путем создания в форме вакуума, а также отжиг гнутой заготовки, при этом после изгибания гнутую заготовку приподнимают над формой, фиксируют ее положение и осуществляют отжиг вне контакта гнутой заготовки с формой по патенту RU №2408548, МПК С03В 23/035, опубл. 10.01.2011.
Недостатком известного способа является то, что операции приподнимания гнутой заготовки и ее фиксирования вне контакта с формующей поверхностью формы осуществляют во время, когда под печи находится в своем нижнем положении и, следовательно, гнутая заготовка контактирует с холодными воздушными потоками. При этом велика вероятность разрушения гнутой заготовки из-за появления больших термоупругих напряжений растяжения на ее поверхности. В конечном итоге это приводит к низкому проценту выхода годных изделий.
Задачей изобретения является повышение процента выхода годных изделий за счет исключения операций приподнимания гнутой заготовки и ее фиксирования вне контакта с формующей поверхностью формы.
Для достижения задачи изобретения предложен способ изготовления гнутых изделий из стекла, включающий размещение заготовки в печи на разогретой форме, нагревание заготовки до температуры деформации стекла, изгибание ее путем создания в форме вакуума с последующим отжигом гнутой заготовки в печи, отличающийся тем, что в процессе отжига по мере снижения температуры в печи через каждые 50°С в форме создают избыточное давление нагретого до температуры не менее 120°С осушенного воздуха.
Предложенный способ изготовления гнутых изделий из стекла обеспечивает повышение процента выхода годных изделий по сравнению с прототипом, так как в процессе его осуществления исключаются операции приподнимания и фиксирования гнутой заготовки вне контакта с формующей поверхностью формы. Вместе с этим устраняется вероятность разрушения гнутой заготовки от разницы коэффициентов термического расширения силикатного стекла и металлической или чугунной формы. Это объясняется тем, что в процессе отжига гнутой заготовки по мере снижения температуры в печи через каждые 50°С в форме создают избыточное давление нагретого до температуры не менее 120°С осушенного воздуха. В момент создания избыточного давления гнутая заготовка подрывается от формующей поверхности формы и располагается в более широкой части формы, где в данный момент устраняется влияние разницы в коэффициентах термического расширения на воздействие механического давления на гнутую заготовку со стороны формы. Экспериментально установлено, что периодичность создания избыточного давления воздуха в форме равняется 50°С, так как периодичность менее 50°С неоправданно увеличивает процесс подрыва гнутой заготовки от формующей поверхности формы, а периодичность более чем 50°С повышает вероятность разрушения гнутой заготовки в результате давления на нее со стороны формы из-за разницы в коэффициентах термического расширения силикатного стекла и металлической или чугунной формы. Величина избыточного давления, а также время его воздействия подбираются экспериментальным путем в каждом конкретном случае и зависят, главным образом, от габаритных и весовых параметров гнутой заготовки. Установлено, что при создании избыточного давления должен использоваться осушенный (отфильтрованный от влаги) и нагретый до температуры не менее чем 120°С воздух. Это объясняется тем, что при указанных условиях максимально уменьшается вероятность разрушения гнутой заготовки от контакта ее поверхности с воздухом. При нагреве осушенного воздуха менее чем 120°С имеется вероятность разрушения гнутой заготовки из-за большого перепада температур воздуха и гнутой заготовки. Нагрев осушенного воздуха до температур, значительно превышающих 120°С, неоправданно увеличивает энергоемкость процесса изгибания.
Предложенный способ осуществляют следующим образом. Заготовку из стекла с заданными геометрическими размерами размещают в печи на разогретой форме. Нагревают заготовку до температуры деформации стекла. Затем осуществляют корректировку заготовки путем механического прижима верхней краевой области заготовки к форме с помощью, например, металлического кольца, нагретого до температуры деформации стекла. После этого изгибают заготовку до заданной кривизны формующей поверхности формы с помощью вакуума. Затем металлическое кольцо удаляют из рабочего пространства печи и осуществляют отжиг гнутой заготовки путем, например, инерционного охлаждения печи. По мере снижения температуры в печи через каждые 50°С в форме создают избыточное давление нагретого до температуры не менее 120°С осушенного воздуха. После охлаждения гнутой заготовки в печи до температуры 40±5°С ее извлекают из формы и передают на участок холодной обработки стекла для получения изделия.
Пример. Необходимо получить изделие эллипсоидной формы, используемое в качестве отражателя для аэродромного прожектора. Кривая, образующая эллипсоид, рассчитывается по формуле
<mrow><mfrac><mrow><msup><mi>X</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>a</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac><mrow><msup><mi>Y</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>b</mi><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
где а=516 мм, b=950 мм.
-6
<mrow><mn>14</mn><mo>×</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>6</mn></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mn>1</mn><mi>K</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>.</mo></mrow>
При этом диаметр эллипсоида должен быть равен 416 мм, а стрела прогиба - 190 мм. Используют форму, изготовленную из чугуна, с заданной для эллипсоида кривизной формующей поверхности, шириной торцевой поверхности 100 мм и внешним диаметром 650 мм. Вырезают заготовку из стекла промышленного состава (ГОСТ III-2001) диаметром 650 мм, толщиной 8 мм с температурой размягчения 600±5°С. При этом коэффициенты термического расширения стекла и чугуна равны соответственно 8×10 и
Печь с подвижно установленным на ней подом и размещенной на нем форме с заданной эллипсоидной кривизной формующей поверхности нагревают до температуры 620±5°С. После выдержки при этой температуре в течение 0,5 ч под опускают в нижнее положение и помещают заготовку с заданными геометрическими размерами на форму с помощью вакуумной удочки. Под поднимают в верхнее положение и выдерживают печь при температуре 620±5°С в течение 10 мин, затем под опускают в нижнее положение и прижимают заготовку к форме металлическим кольцом шириной 100 мм в краевой области заготовки, где она контактирует с торцевой частью формы. При этом металлическое кольцо предварительно нагревается до температуры 620±5°С, имеет высоту 18 мм и вес 11,5 кг. Далее под поднимают в верхнее положение, выдерживают печь при указанной температуре в течение 20 мин и изгибают заготовку путем вакуумирования пространства между заготовкой и формующей поверхностью формы с помощью вакуумной системы. После достижения величины вакуума в 1 атм вакуумирование прекращают, под опускают в нижнее положение и удаляют металлическое кольцо с поверхности заготовки. Затем под печи поднимают в верхнее положение, выдерживают печь при температуре 620±5°С в течение 10 мин и проводят отжиг гнутой заготовки путем инерционного охлаждения печи. В процессе отжига гнутой заготовки по мере снижения температуры в печи через каждые 50°С в форме создают избыточное давление нагретого до температуры 130±5°С осушенного воздуха. При этом величина создаваемого давления равнялась 0,9±0,05 атм, время воздействия 5-6 сек, а для сушки воздуха использовался воздушный фильтр с регулятором (редуктором) Jonnesway "JAZ-6715" 3/8". После охлаждения гнутой заготовки в печи до температуры 40°С ее извлекают из формы и передают на участок холодной обработки стекла для получения изделия.
Полученные по предложенному примеру изделия эллипсоидной формы имеют высокие геометрические и оптические показатели, позволяющие использовать их в качестве отражателей аэродромных прожекторов.
При использовании предложенного способа изготовления гнутых изделий из стекла процент выхода годных изделий значительно увеличился и составил 92% по сравнению с прототипом - 62%.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1056592, МПК С03В 23/02, опубл. 20.06.2005.
2. Патент RU №2408548, МПК С03В 23/035, опубл. 10.01.2011 - прототип.