СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СТЕКЛА СЛОЖНОЙ ФОРМЫ ПОСРЕДСТВОМ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЯ
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING GLASS PRODUCTS OF COMPLEX SHAPE BY CENTRIFUGING

Настоящее изобретение относится к изделиям из стекла.
Конкретнее оно относится к способу и устройству для изготовления изделий из стекла посредством центрифугирования, а также к изделиям, полученным этим способом.
Изделия, относящие к настоящему изобретению, прежде всего, но не исключительно, являются посудой, то есть посудными изделиями, такими как тарелки, миски, салатницы и им подобные.
В области стекольного производства существуют различные способы изготовления посуды, как, например, описанные в следующих патентных документах: FR 1488518 A от 13 июля 1967 г. заявителя CORNING GLASS WORKS, FR 1527168 A от 31 мая 1968 г. заявителя LOING VERRERIES, GB 822627 A от 20 октября 1959 г. заявителя EGYESUELT IZZOLAMPA, DE 3444298 A1 от 05 июня 1986 г. заявителя WALTER MASCH J [DE], DE 102010034474 A1 от 09 февраля 2012 г. заявителя SCHOTT AG [DE], JP S59164643 A от 17 сентября 1984 г. заявителя OTANI DENKI SEISAKUSHO KK; I KOMA GLASS KK. Основными известными способами изготовления изделий из стекла являются следующие:
- способ прессовыдувания, при котором спрессовывают заготовку, помещенную в пресс-форму, затем осуществляют выдувание для формирования выпуклых изделий. Примерами таких изделий являются бокалы, кубки, подсвечники и т.д.;
- способ прессования, при котором расплавленную стекольную массу, именуемую «стеклянной каплей», запрессовывают в пресс-форму для формирования так называемых классических изделий. Примерами таких изделий являются окошки стиральных машин, кубки, кружки, чашки, пепельницы и т.д.;
- способ, именуемый центрифугированием, при котором «стеклянную каплю» помещают в пресс-форму, подвергаемую вращению, для того, чтобы вызвать растекание капли под действием центробежной силы, что позволяет сформировать плоские изделия, такие как тарелки, миски, салатницы и т.д.
Настоящее изобретение относится к последнему из этих способов, то есть к изготовлению стеклянных изделий посредством центрифугирования стеклянной капли, предварительно помещенной на дно пресс-формы.
Следует напомнить, что в области керамики существуют другие способы формования (шликерное литье, изостатическое прессование и т.д.), но эти способы формования не применимы в стекольной промышленности.
Действительно, изготовление посудного изделия из керамики всегда подчинено следующей схеме: 1) поставка сырья, 2) формование, 3) термическая обработка (запекание/обжиг) и 4) естественное охлаждение.
Напротив, в стекольной промышленности схема в точности обратная: 1) поставка сырья, 2) термическая обработка (плавление) и 3) формование/контролируемое охлаждение (одновременно).
Получение сложных форм изделий из стекла, таким образом, создает намного больше проблем, чем при изготовлении керамических изделий, вследствие того, что формование изделия и его охлаждение должны происходить одновременно, и очень взаимосвязаны. Когда стекло остыло, его уже невозможно формовать.
Однако известный способ центрифугирования позволяет получать только изделия простой формы, такие как тарелки, салатницы, миски и т.д., которые обычно имеют форму цилиндрического тела вращения.
Кроме того, известный способ центрифугирования позволяет получать только изделия с истонченным краем, также именуемым «звенящим краем». Действительно, в ходе центрифугирования расплавленная стеклянная капля постепенно распределяется в пресс-форме и заполняет ее последовательными волнами, образуя растекшийся продукт, именуемый «болванкой», который имеет указанные истонченные края.
Основной задачей настоящего изобретения является усовершенствование способа центрифугирования для большего разнообразия осуществимых форм и возможность изготавливать изделия сложных форм, которые до настоящего времени могли быть получены только другими способами, например, такими как прессование.
Еще одной задачей настоящего изобретения является осуществление посредством способа усовершенствованного центрифугирования изделий из стекла сложных форм с экономией времени и материала.
Еще одной задачей настоящего изобретения является осуществление посредством способа усовершенствованного центрифугирования изделий различных форм, имеющих толстые края, а не истонченные, и изделий, которые не обязательно имеют форму тела вращения.
С этой целью изобретение предлагает способ изготовления изделия из стекла, включающий следующие этапы:
a) предоставление пресс-формы, имеющей дно и верхний край;
b) загрузка расплавленной стеклянной капли на дно пресс-формы;
c) приведение пресс-формы во вращение относительно вертикальной оси, вызывающее растекание расплавленной стеклянной капли по дну пресс-формы вследствие центрифугирования, и получение таким образом стеклянной болванки, соответствующей форме изделия; и
d) извлечение из пресс-формы изделия сразу после его охлаждения.
Согласно изобретению, перед этапом b) на верхний край пресс-формы устанавливают ограничительное кольцо и на этапе c) приводят это кольцо во вращение посредством пресс-формы, что позволяет останавливать поднятие стекла посредством ограничительного кольца и получать изделие из стекла сложной формы.
Таким образом, в способе согласно изобретению расплавленная стеклянная капля растекается в пресс-форме и поднятие стекла остановлено ограничительным кольцом, что позволяет создавать накапливание стекла вдоль ограничительного кольца и формировать край сложной формы в контролируемых условиях.
Таким образом, можно изготавливать, в частности, изделия не с истонченными, а с утолщенными краями для получения форм, которые не обязательно представляют собой тело вращения.
Следовательно, способ согласно настоящему изобретению в корне отличается от ранее известных способов центрифугирования, при которых расплавленное стекло поднималось вдоль всей пресс-формы под действием центрифугирования и останавливалось естественным образом без принудительной остановки, что приводило к источенному краю.
В результате настоящий способ дает возможность формировать изделия из стекла с большей продуктивностью и скоростью, благодаря применению центрифужного способа.
Предпочтительно, после этапа c) вращение пресс-формы останавливают, что вызывает остановку вращения ограничительного кольца, затем ограничительное кольцо снимают для извлечения изделия из пресс-формы.
Действительно, поскольку ограничительное кольцо приводят во вращение посредством пресс-формы, предпочтительно, чтобы ограничительное кольцо было снято с пресс-формы, как только ее вращение прекратится.
Также предпочтительно, чтобы после снятия ограничительного кольца пресс-форма была снова приведена во вращение без ограничительного кольца для охлаждения изделия перед его извлечением из пресс-формы.
Предпочтительно, чтобы ограничительное кольцо приводилось в свободное вращение на опоре с возможностью вертикального перемещения в направлении вертикальной оси из ближнего положения, при котором ограничительное кольцо находится в контакте с верхним краем пресс-формы, в дальнее положение, при котором ограничительное кольцо находится на расстоянии от верхнего края пресс-формы.
Предпочтительно, на этапе d) извлечение из пресс-формы изделия из стекла выполняют посредством вертикального подъема.
Согласно еще одному аспекту настоящее изобретение относится к устройству для изготовления изделия из стекла посредством вышеуказанного способа, содержащему:
a) пресс-форму, содержащую дно и верхний край;
b) средства загрузки для загрузки расплавленной стеклянной капли на дно пресс-формы;
c) приводной механизм для приведения пресс-формы во вращение относительно вертикальной оси, вызывающее растекание расплавленной стеклянной капли по дну пресс-формы вследствие центрифугирования, и для получения таким образом стеклянной болванки, соответствующей форме изделия; и
d) средства извлечения для извлечения из пресс-формы изделия из стекла сразу после его охлаждения.
Согласно настоящему изобретению, кроме прочего, устройство содержит ограничительное кольцо, устанавливаемое на верхний край пресс-формы и приводимое во вращение посредством пресс-формы, а также способное останавливать поднятие стекла во время растекания стеклянной капли при центрифугировании.
Ниже указаны другие характеристики устройства согласно настоящему изобретению.
- Ограничительное кольцо установлено с возможностью свободного вращения относительно опоры с возможностью вертикального перемещения в направлении вертикальной оси из ближнего положения, при котором ограничительное кольцо находится в контакте с верхним краем пресс-формы, в дальнее положение, при котором ограничительное кольцо находится на расстоянии от верхнего края пресс-формы.
- Кроме прочего, устройство содержит приводной механизм для перемещения опоры ограничительного кольца из ближнего положения в дальнее и обратно.
- Средства загрузки содержат воронку, предусмотренную для калибрования стеклянной капли перед загрузкой в пресс-форму.
- Воронка установлена на опоре с возможностью вертикального перемещения в направлении вертикальной оси из нижнего положения, в котором воронка расположена над ограничительным кольцом и в непосредственной близости от него, когда оно находится в контакте с верхним краем пресс-формы, в верхнее положение, в котором воронка удалена от ограничительного кольца.
- Кроме прочего, устройство содержит приводной механизм для перемещения опоры воронки из нижнего положения в верхнее и обратно.
- Кроме прочего, устройство содержит средства охлаждения, предусмотренные для охлаждения находящегося в пресс-форме сформованного изделия перед его извлечением.
- Кроме прочего, устройство содержит клапан с возможностью вертикального перемещения относительно дна пресс-формы для приподнимания охлажденного сформованного изделия с целью его извлечения из формы.
Согласно еще одному аспекту, настоящее изобретение относится к установке, содержащей ряд устройств, как указанные выше, расположенных в виде кругового конвейера и способных непрерывно перемещаться по кольцевой траектории.
Наконец, изобретение, кроме прочего, относится к изделию из стекла, получаемому посредством вышеуказанного способа и/или посредством вышеуказанного устройства и/или вышеуказанной установки.
В следующем описании, приведенном исключительно в иллюстративных целях, выполнены ссылки на прилагаемые графические материалы, на которых:
- На Фиг. 1 показан вид в перспективе устройства для изготовления изделий из стекла согласно настоящему изобретению;
- На Фиг. 2A-2M показаны различные последовательные фазы работы устройства по Фиг. 1;
- На Фиг. 3 показана установка, содержащая ряд устройств по Фиг. 1, расположенных в виде кругового конвейера;
- На Фиг. 4 показан вид в поперечном сечении полученного изделия из стекла, также представлены пресс-форма и ограничительное кольцо; и
- На Фиг. 5 показан вид в перспективе изделия из стекла, получаемого посредством способа согласно настоящему изобретению.
Рассмотрим сначала Фиг. 1, на которой показано устройство 10 согласно настоящему изобретению, предназначенное для производства изделий из стекла посредством центрифугирования, осуществляемого в способе согласно изобретению. Устройство 10 содержит пресс-форму 12, приводимую во вращение относительно вертикальной оси XX. Пресс-форма 10 содержит формующую полость, соответствующую внешней форме изготавливаемого изделия. Она содержит дно 14 и верхний край 16 в форме заплечика. Этот верхний край 16 имеет кольцевую форму и проходит в плоскости, перпендикулярной оси XX, а также в горизонтальной плоскости. В варианте осуществления пресс-форма имеет форму тела вращения относительно оси XX. Край 16 в целом является округлым и переходит в цилиндрическую стенку 18, образующую заплечик. Однако возможны другие формы и край 16 может иметь не округлые формы, например овальную, квадратную, прямоугольную, многоугольную и т.д.
Дно 14 является вогнутым и через его центр проходит клапан 20, предусмотренный для извлечения из пресс-формы сформованного изделия посредством вертикального подъема.
Пресс-форма 12 установлена на раму 22 и приводится во вращение посредством мотора M (показан схематически), например электромотора, в контролируемых условиях вращения.
В положении, показанном на Фиг. 1, клапан 20 находится в нижнем положении и обеспечивает непрерывность дна пресс-формы.
Кроме прочего, устройство содержит средства загрузки, схематически показанные в виде воронки 24, в которую подают расплавленное стекло из резервуара R, согласно технологии, известной из области способа центрифугирования. Такие средства загрузки стеклянной капли описаны в технической литературе. Резервуар R расположен над резервуаром и предназначен для периодической подачи стеклянной массы, также именуемой «стеклянной каплей», в контролируемых, точных и воспроизводимых условиях. Действительно, нужно, чтобы все время было одинаковое количество подаваемого стекла, зависящее от формы и размеров изготавливаемого изделия, а также одинаковое качество применяемого стекла и его температура на выходе из резервуара. Эта температура чаще всего составляет примерно 1200°C.
Средства загрузки позволяют загружать расплавленную стеклянную каплю на дно пресс-формы. Приведение пресс-формы во вращение относительно оси XX после загрузки стеклянной капли на дно пресс-формы вызывает растекание стеклянной капли, как это хорошо известно из уровня техники.
Воронка 24 предусмотрена для калибрования стеклянной капли и для ее загрузки в центральную точку дна пресс-формы. Эта воронка установлена на опоре 26 в целом цилиндрической формы, именуемой «окном», с возможностью вертикально перемещаться в направлении оси XX из нижнего положения в верхнее под действием приводного механизма 28, например, такого как пневматический или электрический домкрат. Домкрат содержит корпус и вертикальный шток, при этом шток образует опорную колонну домкрата. В положении по Фиг. 1 воронка показана в верхнем положении, то есть в самом удаленном от пресс-формы 12 положении.
Согласно настоящему изобретению, устройство, кроме прочего, содержит ограничительное кольцо 30, также именуемое «ободом», устанавливаемое на верхний край 16 пресс-формы и приводимое во вращение посредством пресс-формы, а также способное останавливать поднятие стекла, как будет раскрыто далее.
Это ограничительное кольцо 30 выполнено из металла и содержит нижний край 32 в форме заплечика, который может опираться на верхний край 16 пресс-формы, поддерживаемый цилиндрической стенкой 18 пресс-формы, для обеспечения надлежащего центрирования ограничительного кольца относительно пресс-формы.
Ограничительное кольцо 30 установлено с возможностью свободного вращения относительно опоры 34 с возможностью вертикального перемещения в направлении вертикальной оси XX из ближнего положения, при котором ограничительное кольцо находится в контакте с верхним краем пресс-формы, в дальнее положение, при котором ограничительное кольцо находится на расстоянии от верхнего края пресс-формы, как показано на Фиг. 1.
Ограничительное кольцо расположено под опорой 34, обычно имеющей форму кольца, что обеспечивает центральный проход для воронки 24.
Ограничительное кольцо 30 установлено на опору 34 посредством шарикового подшипника 36, содержащего шариковый упор или иной тормозной, позволяющий осуществлять фиксацию положения кольца.
Кроме прочего, устройство содержит приводной механизм 38 для перемещения опоры 34 ограничительного кольца 30 из ближнего положения в дальнее и обратно.
Этот приводной механизм 38 предпочтительно выполнен в виде пневматического или электрического домкрата. Домкрат содержит корпус и вертикальный шток, при этом шток образует опорную колонну домкрата.
Как видно из Фиг. 1, приводные механизмы 28 и 38 расположены рядом друг с другом и направления их действия параллельны между собой и параллельны оси вращения XX.
Кроме прочего, устройство содержит средства охлаждения 40 (показаны схематически), предусмотренные для охлаждения изделия из стекла перед его извлечением. Предпочтительно охлаждение обеспечивается форсунками (не показаны), предусмотренными для направления потока соответствующей охлаждающей текучей среды, в частности воздуха, в контролируемых условиях.
Обратимся сейчас к Фиг. 2A-2M для описания работы устройства по Фиг 1.
На Фиг. 2A показано устройство в начале рабочего цикла перед загрузкой, то есть перед помещением стеклянной капли. В этом положении пресс-форма не приведена во вращение, ограничительное кольцо 30 находится в дальнем положении, на расстоянии от пресс-формы и воронка 24 также находится в верхнем положении.
На Фиг. 2B показана дальнейшая фаза, на которой приводной механизм 38 переместил опору 34 из дальнего положения в ближнее для контакта ограничительного кольца 30 с пресс-формой 12. В этом положении нижний край 32 ограничительного кольца вмещен в верхний край 16 пресс-формы и цилиндрическую стенку 18 пресс-формы. Пресс-форма 12 по-прежнему зафиксирована, а воронка 24 по-прежнему находится в верхнем положении.
На Фиг. 2C показана дальнейшая фаза, на которой воронка 24 опущена в нижнее положение посредством приводного механизма 28. Таким образом, воронка 24 расположена над ограничительным кольцом 34 и в непосредственной близости от него, и проходит через него. В результате воронка находится в надлежащем положении, позволяющем направлять стеклянную каплю (не показана) для ее загрузки в центральную часть дна пресс-формы.
Фиг. 2D соответствует Фиг. 2C и показывает стеклянную каплю G на вертикальной траектории загрузки перед ее направлением посредством воронки 24.
На Фиг. 2E показана дальнейшая фаза, на которой воронка 24 снова поднята в верхнее положение под действием приводного механизма 28. Видно, что стеклянная капля G образует ком на дне пресс-формы.
На Фиг. 2F показана дальнейшая фаза, на которой стеклянная капля G достигла дна пресс-формы, и пресс-форма была приведена во вращение в направлении стрелки F1, в данном случае против часовой стрелки, при условии контролируемой скорости.
Поскольку ограничительное кольцо 30 находится в контакте с верхним краем 16 пресс-формы, приведение пресс-формы во вращение автоматически приводит во вращение ограничительное кольцо 30, установленное с возможностью свободного вращения под опорой 34. Температуру ограничительного кольца поддерживают подходящей для контакта с пресс-формой.
На Фиг. 2G показано, как под действием вращения пресс-формы стеклянная капля G начинает растекаться в болванку, образуя последовательные волны, которые поднимаются вдоль пресс-формы в направлении ограничительного кольца 30.
На Фиг. 2H показана дальнейшая фаза, на которой пресс-форма еще вращается, расплавленное стекло контактирует с ограничительным кольцом 30, останавливая поднятие стекла и позволяя создавать накапливание материала под удерживающим кольцом. В результате это дает возможность формировать, например, изделие с утолщенными краями, что было бы невозможно в отсутствие такого ограничительного кольца.
На Фиг. 2I показано устройство на дальнейшей фазе, аналогичной показанной на Фиг. 2H, кроме того, что вращение пресс-формы остановлено. Соответственно, это приводит к остановке ограничительного кольца.
На Фиг. 2J показана дальнейшая фаза, на которой ограничительное кольцо 30 приведено в дальнее положение, благодаря приводному механизму 38, посредством восходящего вертикального перемещения. Таким образом, получают изделие 42, край 44 которого образован ограничительным кольцом, что приводит к накапливанию стекла напротив этого ограничительного кольца.
На Фиг. 2K показана дальнейшая фаза, на которой осуществляют охлаждение изделия 42 с помощью средств 40 охлаждения, при этом пресс-форма приведена во вращение в направлении стрелки F1, как и ранее. Данное охлаждение может быть осуществлено, например, посредством воздушного обдува, уже известным способом. После охлаждения температура изделия обычно составляет порядка 500°C, что позволяет осуществлять с ним манипуляции.
Фиг. 2L аналогична Фиг. 2K, кроме того, что вращение пресс-формы было остановлено.
На Фиг. 2M показана последняя фаза способа, на которой изделие 42 извлекают из пресс-формы. Извлечение из пресс-формы осуществляют посредством клапана 20, действующего вертикально, восходящим движением. Клапан позволяет отделить изделие от пресс-формы для его дальнейшего извлечения любым подходящим средством, например устройствами вакуумного захвата (не показаны). Клапан сразу возвращается в исходное положение, закрывая дно пресс-формы.
Теперь обратимся к Фиг. 3, на которой показана установка 46, содержащая ряд устройств 10, как описанные выше, расположенных в виде кругового конвейера и способных непрерывно перемещаться по кольцевой траектории. В данном варианте осуществления представлено 14 устройств 10, расположенных под одинаковым углом относительно центра (не показан.) по вышеуказанной кольцевой траектории, позволяя непрерывно изготавливать изделия из стекла от загрузки материала (положение по Фиг. 2A) до извлечения изделия из пресс-формы (положение по Фиг. 2M).
На Фиг. 4 показан вид в поперечном сечении изделия 42, которое может быть получено посредством способа согласно изобретению. Из вида в поперечном сечении видно, что изделие было сформовано посредством пресс-формы 12 и что его край 44 был образован ограничительным кольцом 30, позволяющим накапливать материал и таким образом получать утолщенный край в данном варианте осуществления.
На Фиг. 5 показан вид в перспективе варианта осуществления одного такого изделия. В данном варианте осуществления представлено изделие в целом прямоугольной формы, а не формы тела вращения. Этот вариант осуществления может быть выполнен, в частности, в виде блюда или тарелки.
Способ согласно настоящему изобретению позволяет также создавать сложные формы, в частности с утолщенными краями, посредством центрифугирования, что было невозможно на известном уровне техники.
Благодаря тому что производство осуществляется посредством центрифугирования, оно выполняется с большей скоростью, приводя к повышению продуктивности. Также результатом является снижение веса изделий по сравнению с весом изделий, которые могут быть получены способами обычного прессования.
Следует отметить, что в настоящем изобретении именно пресс-форма приводит во вращение ограничительное кольцо и устанавливает его под углом перед его остановкой и поднятием. Перед поднятием в дальнее или верхнее положение ограничительное кольцо останавливают посредством тормозного механизма или любого другого устройства, сохраняя его положение под углом.
Охлаждение изделия осуществляется путем вертикальной вентиляции, так чтобы ограничительное кольцо оставалось в верхнем или нижнем положении.
При необходимости осуществляют регулирование температуры ограничительного кольца путем регулирования времени контакта между стеклом изделия и металлом ограничительного кольца. Система снижения давления камеры спуска позволяет осуществлять легкое поднятие посредством пружины для освобождения контактирующего со стеклом кольца.
Регулирование температуры пресс-формы осуществляется путем боковой вентиляции с возможностью распыления воды через каналы подачи воздуха и центрального распыления через откалиброванную форсунку.
Далее настоящее изобретение описано посредством следующего варианта осуществления, приведенного исключительно в иллюстративных целях.
В этом варианте осуществления изготавливают плоские тарелки в целом квадратной формы.
Используют стеклянную каплю при температуре 1200°C, которую помещают на дно пресс-формы. Последнюю приводят во вращение со скоростью 1500 об/мин в течение 7 секунд.
Как только вращение прекращено, ограничительное кольцо поднимают, а затем охлаждают полученное изделие при вращении пресс-формы в течение 6 секунд со скоростью вращения 300 об/мин.
Охлаждение осуществляют, например, путем воздушного распыления в направлении полученного изделия.
Указанные выше параметры данного варианта осуществления могут быть изменены в зависимости от формы и размеров изготавливаемого изделия из стекла, а также типа применяемого стекла.
Действительно, настоящее изобретение применимо для изготовления изделий из различного типа стекла, в частности натриево-кальциевого, фторсиликатного, боросиликатного и, в целом, любых типов стекла, кривая вязкости которых совместима с процессом центрифугирования.
В частности, изобретение применимо для изготовления посуды, например столовой посуды, такой как тарелки, миски, салатницы и подобное. Оно также может быть применимо для изготовления стеклянных изделий иного назначения, например, таких как окошки стиральных машин и т.д.