СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМЫ С ОБОЖЖЕННЫМ СЛОЕМ СМАЗОЧНОГО АНТИАДГЕЗИОННОГО АГЕНТА
PROCEDURE FOR PRODUCTION OF MOULD WITH ANNEALED LAYER OF LUBRICATING ANTI-ADHESION AGENT

Область техники
Данное изобретение относится к способу изготовления формы для формования стекла, имеющей обожженный слой смазочного антиадгезионного агента на формующей поверхности (т.е. поверхности, которая соприкасается с формуемым стеклом), и более конкретно, к такому способу изготовления, в котором для обжига смазочного антиадгезионного агента используется высокочастотный индукционный нагрев.
Предшествующий уровень техники
При изготовлении изделий из стекла при использовании формы для формования стекла на формующую поверхность наносят смазочный антиадгезионный агент для того, чтобы способствовать скольжению расплавленного стекла (порции стекломассы) по формующей поверхности формы для формования стекла (обычно из чугуна), в результате чего предотвращается образование дефектов на поверхности формуемых изделий из стекла, а также облегчается отделение сформованных изделий от формы. В качестве смазочного антиадгезионного агента давно известен графит, диспергированный в маслянистой жидкости. Этот агент, нанесенный на формующую поверхность перед началом процесса формования, обладает небольшим сроком службы и очень быстро расходуется, поскольку он окисляется при соприкосновении со стекломассой, нагретой до высокой температуры, или прилипает к ней и переносится на поверхность сформованных изделий; поэтому он должен наноситься через сравнительно короткие интервалы времени. В противоположность этому, известен смазочный антиадгезионный агент, который изготовлен из дигидрофосфата алюминия, хрома, циркония или никеля и т.п. и алифатического амина в качестве нейтрализатора, такого как бутиламин, дипропиламин или моноэтаноламин, а также растворителя, такого как вода или спирт; этот агент используют посредством его нанесения на формующую поверхность и обжига для отверждения в течение 1-2 часов при температуре, например, 250-350°C в печи (см. Патентный документ 1). При проведении обжига агента указанным образом часто, однако, обжиг приводит к образованию дефектов, таких как пузырьки, в слое смазочного антиадгезионного агента на формующей поверхности, отслаиванию такого слоя или огрублению поверхности, что иногда может привести к образованию дефектов на поверхности сформованных изделий и существенно сокращает срок службы формы. Кроме того, имеются также и другие случаи, когда в данном смазочном антиадгезионном агенте, даже, если он на вид имеет хорошее состояние поверхности после завершения его обжига на формующей поверхности, при соприкосновении с расплавленным стеклом при высокой температуре за короткое время образуются дефекты, такие как образование пузырьков, отслаивание или огрубление поверхности. Это также вызывает образование дефектов на стеклянных изделиях, формуемых при использовании такой формы, и к тому же сокращает срок службы формы. Более того, имеются значительные колебания в качестве обожженных слоев смазочного антиадгезионного агента. В случае массового производства стеклянных изделий, в котором одновременно используется значительное число форм, фактически невозможно проверять состояние обожженного слоя смазочного антиадгезионного агента для каждой формы. Вследствие этого в качестве принимаемых мер в случае обнаружения дефекта первоначально на одной из форм неизбежно требуется выполнение таких неэффективных процедур, как нанесение масла (нанесение минерального масла, содержащего графит, и т.п.) на все формы одновременно или же повторное нанесение и обжиг смазочного антиадгезионного агента для всех форм.
Кроме того, вышеуказанный способ создает дополнительную проблему, заключающуюся в том, что он дает немалый разброс среди форм в коэффициенте трения поверхности обожженных слоев смазочного антиадгезионного агента и, следовательно, происходит неравномерное скольжение расплавленного стекла (порции стекломассы) при его введении внутрь, например, пустой формы (содержащей пару полуформ), что приводит к образованию дефектов в формованном изделии.
Кроме того, помимо указанных проблем с качеством слоя смазочного антиадгезионного агента, довольно значительное время, а именно 1-2 часа, требуется для обжига смазочного антиадгезионного агента в соответствии с обычным способом, что также представляет собой фактор, существенно препятствующий улучшению эффективности процесса производства формованных стеклянных изделий.
Патентный документ l
Публикация заявки на патент Японии №S57-38339
Описание изобретения
Проблема, подлежащая решению посредством данного изобретения
По отношению к описанному выше уровню техники целью данного изобретения является создание способа изготовления формы для формования стекла, имеющей обожженный слой смазочного антиадгезионного агента с уменьшенной неравномерностью его смазочных свойств, посредством обжига слоя смазочного антиадгезионного агента таким образом, что предотвращается образование дефектов, таких как пузырьки, отслаивание слоя или огрубление его поверхности, и, в частности, способа, который обеспечивает возможность проведения процесса обжига за значительно более короткое время по сравнению с обычным способом.
Средство для решения указанной проблемы
В ходе изучения средств для достижения вышеуказанной цели авторы данного изобретения нашли, что причиной образования дефектов, проявляющихся в слоях смазочного антиадгезионного агента, обожженных обычным способом, является то, что масло или растворитель, который первоначально содержится в смазочном антиадгезионном агенте и затем проникает в микроскопические трещины на формующей поверхности, выделяется на поверхности после обжига и затем, после того как слой смазочного антиадгезионного агента уже отвержден в атмосфере печи (например, электрической печи), и начинает выделяться масло или растворитель, выделяемое вещество или его пары захватываются на поверхности раздела между поверхностью формы и слоем смазочного антиадгезионного агента, действуя при этом в качестве основного фактора, обусловливающего образование дефектов, таких как пузырьки, отслаивание слоя или огрубление поверхности смазочного антиадгезионного агента.
На основании полученных сведений, которые рассмотрены выше, авторы данного изобретения сконцентрировали внимание на возможности подавления образования указанных дефектов в обожженном слое смазочного антиадгезионного агента непосредственным нагревом формы и, тем самым, обжигом слоя смазочного антиадгезионного агента теплом, поступающим от формы, а не нагревом слоя смазочного антиадгезионного агента со стороны его поверхности посредством воздействия на него нагретой атмосферы, как это происходит при размещении формы с нанесенным на нее смазочным антиадгезионным агентом в печи. В результате дополнительных исследований авторы данного изобретения нашли, что гладкий слой смазочного антиадгезионного агента может быть сформирован за очень короткое время посредством использования, при ограниченной выходной мощности, высокочастотного индукционного нагрева в качестве средства для нагрева формы. Данное изобретение было выполнено на основании этих полученных сведений.
Таким образом, данное изобретение обеспечивает следующее.
(1) Способ изготовления формы для формования стекла, которая имеет обожженный слой смазочного антиадгезионного агента на формующей поверхности; данный способ включает в себя нагрев формующей поверхности с нанесенным на нее смазочным антиадгезионным агентом посредством воздействия на указанную формующую поверхность высокочастотного магнитного потока до тех пор, пока температура формующей поверхности не достигнет заданной температуры обжига.
(2) Способ изготовления формы для формования стекла, которая имеет обожженный слой смазочного антиадгезионного агента на формующей поверхности; данный способ включает в себя размещение формующей поверхности с нанесенным на нее смазочным антиадгезионным агентом напротив катушки для высокочастотного индукционного нагрева при их заданном взаимном расположении и нагрев формующей поверхности посредством воздействия на нее высокочастотного магнитного потока пропусканием высокочастотного электрического тока через указанную катушку для высокочастотного индукционного нагрева при регулировании выходной мощности таким образом, чтобы формующая поверхность могла достигнуть заданной температуры обжига в течение заданного промежутка времени после начала нагрева, и эта температура поддерживалась бы в течение заданного времени.
(3) Способ по вышеуказанным пунктам (1) или (2), в котором указанная заданная температура обжига является температурой в интервале от 300 до 600°C.
(4) Способ по одному из вышеуказанных пунктов от (1) до (3), в котором промежуток времени, в течение которого формующая поверхность подвергается воздействию высокочастотного магнитного потока для нагрева, представляет собой промежуток времени в интервале от 5 секунд до 30 минут.
(5) Способ по одному из вышеуказанных пунктов от (2) до (4), в котором по меньшей мере часть указанной катушки для высокочастотного индукционного нагрева сближена с формующей поверхностью до расстояния в пределах до 50 мм между ними.
(6) Способ по одному из вышеуказанных пунктов от (2) до (5), в котором формующая поверхность и катушка для высокочастотного индукционного нагрева перемещаются одна относительно другой во время воздействия на формующую поверхность высокочастотного магнитного потока.
(7) Способ по вышеуказанному пункту (6), в котором формующая поверхность и катушка для высокочастотного индукционного нагрева вращаются одна относительно другой во время воздействия на формующую поверхность высокочастотного магнитного потока.
(8) Способ по вышеуказанному пункту (7), в котором скорость указанного вращения составляет по меньшей мере 20 об/мин.
(9) Способ по одному из вышеуказанных пунктов от (1) до (8), в котором формующая поверхность подвергается воздействию высокочастотного магнитного потока в состоянии, в котором несколько частей формы электрически соединены одна с другой, сведены вместе и закреплены при поддержании зазора между краями двух смежных полуформ, составляющего по меньшей мере 1 мм.
Действие данного изобретения
Данное изобретение, как определено выше, обеспечивает изготовление в течение очень короткого промежутка времени формы для формования стекла, имеющей на формующей поверхности обожженный слой смазочного антиадгезионного агента, который по сравнению со слоями, сформированными обычным способом, свободен от дефектов, обладает высокой смазочной способностью и является ровным и гладким.
Лучший вариант осуществления изобретения
Высокочастотный индукционный нагрев представляет собой способ нагрева, при котором высокочастотный ток пропускают через катушку для высокочастотного индукционного нагрева и генерируют высокочастотный магнитный поток, воздействию которого подвергается электропроводный объект, размещенный поблизости от указанной катушки; при этом поверхность электропроводного объекта нагревается посредством электромагнитной индукции, которая обусловлена магнитным потоком, воздействующим на указанный электропроводный объект. В данном изобретении термин «высокочастотный» означает частоту в интервале от 1 кГц до 400 кГц, и может быть использована любая частота в пределах указанного интервала. Поэтому может быть выбрана такая частота, как, например, 10 кГц, 20 кГц, 30 кГц, 50 кГц, 60 кГц, 100 кГц, 200 кГц и т.д. Удобна для использования, например, частота от 20 кГц до 60 кГц.
Катушка для высокочастотного индукционного нагрева представляет собой катушку, через которую должен быть пропущен высокочастотный ток, и отсутствуют какие-либо особые ограничения в отношении ее профиля. Обычно это катушка, изготовленная из трубки, которая сформована таким образом, чтобы через нее можно было пропускать охлаждающую воду.
Для формования, например, стеклянных бутылок используют такие формы, как черновая форма, поддон, горловое кольцо, донная плита, выдувная форма и т.п. Черновая форма является формой для приема порции стекломассы и формования заготовки с профилем, соответствующим профилю ее формующей поверхности. Поддон является формой, которая поддерживает дно заготовки во время ее формования. Горловое кольцо является формой, которую используют вместе с черновой формой, поддоном и пуансоном для формования оконечной части бутылки при формовании заготовки. Донная плита и выдувная форма являются формами, которые используются для формования конечного профиля стеклянной бутылки посредством раздува заготовки в образованной ими полости. При осуществлении данного изобретения на формующую поверхность каждой из форм для формования стекла, например, черновой формы, поддона, горлового кольца, донной плиты, выдувной формы и т.п., наносят обычно используемый смазочный антиадгезионный агент для обжига; данный смазочный антиадгезионный агент затем обжигают посредством пропускания высокочастотного электрического тока через катушку для высокочастотного индукционного нагрева, которая размещена напротив формующей поверхности. Вид расположения катушки напротив формующей поверхности может быть выбран по желанию. Чем ближе они расположены, тем выше эффективность использования энергии. Поэтому с данной точки зрения предпочтительно, чтобы поверхность катушки располагалась близко к формующей поверхности. В общем случае профиль, в виде которого должна быть намотана катушка, может быть согласован таким образом, что они могут располагаться на расстоянии не более 50 мм, например, примерно 10 мм, или, более того, примерно 2-5 мм. Если эффективность использования энергии не должна учитываться, то допускается увеличение расстояния между формующей поверхностью и катушкой в соответствии с трудностями с согласованием профиля, в виде которого наматывается катушка. Поэтому отсутствуют особые ограничения в отношении профиля, в виде которого должна быть намотана катушка. Например, в случае формующей поверхности в виде цилиндра или полуцилиндра, хотя и предпочтительна спиральная катушка с точки зрения высокой эффективности использования энергии, изготовить катушку с таким профилем трудно, и она может быть изготовлена в виде простой катушки с одиночной петлей, например с обычным U-образным профилем и т.п. В данном изобретении простой электропроводный элемент, обычно с U-образным профилем, через который пропускают высокочастотный ток для нагрева объекта, также называют «катушкой для высокочастотного индукционного нагрева». С другой стороны, для формующей поверхности в виде диска, содержащей вогнутые или выпуклые участки, такой как поверхность поддона или донной плиты, хотя и предпочтительна витая катушка, параллельная такой поверхности, с точки зрения высокой эффективности использования энергии, однако данная катушка может также иметь простой профиль, близкий к U-образному профилю и т.п., для удобства ее изготовления.
Хотя индукционный нагрев формующей поверхности формы для формования стекла, на которую нанесен смазочный антиадгезионный агент, может быть выполнен по отдельности для каждой из полуформ, которые образуют в целом одну форму, допустима также обработка двух или более таких полуформ при их взаимном объединении. Например, черновая форма, используемая при формовании стеклянных бутылок, которая состоит из пары полуформ, имеющих формующую поверхность в виде полуцилиндра, может быть обработана по отдельности для каждой полуформы, или же цилиндрическая формующая поверхность, образованная полуформами при их взаимном объединении, может быть нагрета посредством введения катушки для высокочастотного индукционного нагрева в полость такой формы. Последний способ предпочтительнее предыдущего, поскольку он обеспечивает гораздо более высокую эффективность использования энергии. Если позволяет профиль формующей поверхности, то черновая форма и поддон или черновая форма и горловое кольцо могут быть взаимно объединены, и в образованную при этом полость может быть введена катушка для высокочастотного индукционного нагрева формующей поверхности.
При простом объединении двух или нескольких частей формы, таких как пара полуформ, черновая форма и поддон и т.п., и нагреве их формующей поверхности индукционным способом будет образовываться искровой разряд между краями прилегающих полуформ, объединенных одна с другой, и этот участок будет оплавляться. В результате поиска способа предотвращения этого явления было найдено, что оно может быть предотвращено образованием зазора (не менее 1 мм) между противолежащими краями формующей поверхности смежных полуформ при поддержании электрического соединения этих полуформ одной с другой. Наряду с тем, что подходящим способом достижения этого является соединение полуформ одной с другой при размещении между их противолежащими поверхностями раздела электропроводных элементов (например, медной пластины) таким образом, чтобы их края были расположены на некотором расстоянии (не менее 1 мм) от формующей поверхности, по желанию может быть использован любой способ в соответствии с профилем и конструкцией данных полуформ.
Нагрев формующей поверхности должен быть выполнен плавным образом в противоположность такому быстрому нагреву или нагреву до раскаленного докрасна состояния, которое обычно проводится при использовании индукционного нагрева в процессах закаливания шестерен, подшипников, валов и т.п. Соответственно, необходимо установить условия, которые обеспечивают плавный нагрев с учетом природы индукционного нагрева, с тем, чтобы была достигнута температура в интервале 300-600°C в качестве целевой температуры формующей поверхности; может потребоваться пять или более секунд для того, чтобы температура формующей поверхности достигла целевой температуры (о которой в данном изобретении говорится как о «температуре обжига»). Если температура повышается за промежуток времени менее 5 секунд, то возникает опасность того, что растворитель или его пары, выделяющиеся в течение этого времени из микроскопических трещин на формующей поверхности и проникающие между формующей поверхностью и слоем смазочного антиадгезионного агента, не будут полностью удалены перед спеканием смазочного антиадгезионного агента и останутся на месте. Посредством увеличения времени нагрева слоя смазочного антиадгезионного агента на формующей поверхности со стороны формы до примерно пяти секунд или более выделяющийся растворитель или его пары высвобождаются из поверхности слоя смазочного антиадгезионного агента и соответственно удаляются с поверхности раздела между формующей поверхностью и слоем смазочного антиадгезионного агента. Это увеличивает адгезию смазочного антиадгезионного агента к формующей поверхности и способствует обжигу смазочного антиадгезионного агента с формированием ровного слоя смазочного антиадгезионного агента, свободного от пузырьков и без огрубления поверхности. В результате коэффициент трения обожженного слоя смазочного антиадгезионного агента также становится одинаковым от формы к форме. Кроме того, также было обнаружено, что в соответствии с данным изобретением коэффициент трения обожженного слоя смазочного антиадгезионного агента понижен по сравнению со слоем, сформированным обычным способом. Эти факторы за счет обеспечения плавного течения стекломассы, соприкасающейся с формующей поверхностью и, тем самым, устранения неравномерности потока обусловливают уменьшение вероятности образования дефектов на поверхности заготовки и формованных изделий. Кроме того, достигнутая таким образом однородность слоя смазочного антиадгезионного агента, а также коэффициента трения для множества форм, используемых при массовом производстве формованных стеклянных изделий, облегчает процесс контроля для такого производства в целом и уменьшает частоту проведения операций обжига смазочного антиадгезионного агента на формах. Помимо этого, поскольку промежуток времени, необходимый для обжига смазочного антиадгезионного агента, существенно уменьшается, достигается заметное повышение эффективности эксплуатации.
В том смысле, что время нагрева составляет пять секунд или более, отсутствуют какие-либо особые ограничения в отношении промежутка времени, необходимого для подъема температуры формующей поверхности. Однако использование слишком большого промежутка времени будет непродуктивным и лишь усложнит задание условий нагрева, таких как тонкое регулирование уровней напряжения во время индукционного нагрева. В общем, достаточно, чтобы формующая поверхность достигала бы заданной температуры обжига в течение промежутка времени, не превышающего 30 минут. Таким образом, промежуток времени, в течение которого происходит воздействие высокочастотного магнитного потока, (который в данном описании называют «временем нагрева») может быть установлен в интервале, например, от 8 секунд до 10 минут или от 10 секунд до 5 минут.
Когда температура формующей поверхности достигает заданной температуры обжига, то нагрев может быть прекращен, и форму оставляют охлаждаться, поскольку отсутствует необходимость в дальнейшем нагреве. Однако в случае, когда намереваются поддерживать температуру формы на некоторых уровнях, нагрев может продолжаться в течение желаемого промежутка времени посредством, например, сохраняющегося индукционного нагрева при более низких уровнях напряжения.
Для нагрева формующей поверхности таким образом, чтобы это отвечало цели данного изобретения, каждую из форм заданного профиля, подлежащую обработке, (каждую из полуформ или их комбинаций одной с другими) и каждую катушку для высокочастотного индукционного нагрева заданного профиля, используемую для нагрева формы, устанавливают предварительно в требуемом пространственном отношении, а затем задают условия нагрева, такие как напряжение и частота. Для того, чтобы это сделать, необходимо определить температуру формующей поверхности при ее индукционном нагреве. Определение температуры формующей поверхности может быть выполнено при использовании, например, радиационного пирометра или же это может быть выполнено посредством маркировки формующей поверхности маркером для температуры, подлежащей определению (например, Tempil stick TSC0400, который плавится при 400°C, производства фирмы Tempil Inc., Нью-Йорк), выбранным из доступных для приобретения маркеров для определения температуры в виде карандашей, каждый из которых содержит соединение, плавящееся при заданной температуре (например, 300°C, 310°C, ----- 350°C ----- 390°C, 400°C, 420°C ----- и т.д.), и наблюдения за изменениями в нанесенной метке во время индукционного нагрева. После того, как были определены частота и напряжение в качестве условий и период времени, требующийся при этих условиях, для нагрева до заданной температуры обжига в течение этого заданного промежутка времени формующей поверхности заданного профиля, напротив которой в заданной позиции по отношению к ней размещена катушка для высокочастотного индукционного нагрева заданного профиля, предполагаемые нагрев и обжиг могут быть выполнены посредством индукционного нагрева в течение того же самого промежутка времени, который, как это было найдено, требуется для достижения той же самой температуры, при использовании формы, на которую был нанесен смазочный антиадгезионный агент, и катушки для высокочастотного индукционного нагрева, обе одного и того же профиля, при тех же самых условиях. Как прикладываемая частота, так и напряжение оказывают влияние на скорость индукционного нагрева. Однако условие, при котором температура формующей поверхности доводится до заданной температуры обжига в течение желаемого промежутка времени, не короче пяти секунд (например, в течение 10 минут), может быть легко найдено посредством повторения измерения промежутка времени, за который формующая поверхность достигает заданной температуры обжига, несколько раз, начиная, обычно, от низкого напряжения и постепенно повышая его, при фиксированной частоте, например, при нескольких десятках кГц. Соответственно, раз было найдено, что формующая поверхность достигает заданной температуры обжига за некоторый определенный промежуток времени (t) в пределах предполагаемого интервала, когда нагрев выполнялся при определенном заданном условии, то нагрев при фактическом обжиге может быть проведен при таком же условии и в течение такого же промежутка времени (t).
При проведении индукционного нагрева форма и катушка для высокочастотного индукционного нагрева могут быть расположены неподвижно, однако предпочтительнее, чтобы они вращались одна по отношению к другой при поддержании без изменения позиций их взаимного расположения, для того чтобы свести к минимуму неравномерность нагрева. Хотя специальные ограничения в отношении скорости вращения и отсутствуют, однако предпочтительно, чтобы она составляла по меньшей мере 20 об/мин, и, более предпочтительно, не менее чем 30 об/мин. Несмотря на отсутствие жестко заданного верхнего предела скорости вращения, слишком высокая скорость вращения будет непродуктивной, и нет необходимости в использовании более высокой скорости вращения, чем, например, 120 об/мин. В общем случае достаточно выбрать желаемую скорость в интервале 30-60 об/мин. Эта относительная скорость вращения может быть достигнута посредством вращения лишь формы по отношению к катушке или, наоборот, катушки по отношению к форме. В общем случае удобнее вращать форму, которая установлена на вращающемся основании, в то время как катушка остается неподвижной. Кроме того, в случае полуформы, имеющей формующую поверхность в виде полуцилиндра, например, полуформа и катушка могут перемещаться одна по отношению к другой возвратно-поступательным образом вдоль их осевой линии. Для многоместных форм, перемещаемых на конвейере с определенной скоростью, нагрев может быть выполнен последовательно посредством подвода катушки к формующей поверхности размещением данной катушки в заданной позиции, в которой она сближена с формующей поверхностью формы.
В данном изобретении перед обжигом смазочного антиадгезионного агента индукционным нагревом формующей поверхности слой смазочного антиадгезионного агента должен быть обычно высушен обдувом воздухом, инфракрасной лампой или размещением его на заданное время в электрической печи с температурой, при которой испаряется растворитель, содержащийся в смазочном антиадгезионном агенте. Однако в случае, когда температура формующей поверхности доводится до заданной температуры обжига по меньшей мере в течение заданного промежутка времени (например, 5 минут или более) посредством индукционного нагрева, также возможно выполнение сушки смазочного антиадгезионного агента и его обжиг последовательным образом в виде неразрывного процесса или же последовательных процессов, и смазочный антиадгезионный агент перед началом его обжига в достаточной мере высушивается вследствие испарения растворителя. В этом случае, поскольку процесс обжига смазочного антиадгезионного агента также включает процесс сушки смазочного антиадгезионного агента, то отсутствует необходимость в отдельном проведении предшествующего процесса сушки.
В отношении способа нанесения смазочного антиадгезионного агента на формующую поверхность отсутствуют особые ограничения, и может быть использован по желанию любой способ, такой как нанесение распылением, нанесение кистью и т.п. В данном изобретении толщина обожженного слоя смазочного антиадгезионного агента предпочтительно составляет 8-70 мкм, более предпочтительно 10-50 мкм и еще более предпочтительно 20-40 мкм. В качестве смазочных антиадгезионных агентов, которые могут быть нанесены на формы для формования стекла, известны агенты различного состава, содержащие графит, нитрид бора, карбид кремния, оксид алюминия, дисульфид молибдена или т.п. В данном изобретении может быть выгодным образом использован любой из этих известных смазочных антиадгезионных агентов, потому что по данному изобретению обжиг выполняют таким способом, который превосходит обычный способ, а именно, смазочный антиадгезионный агент нагревают и обжигают со стороны формующей поверхности.
Пример 1
Хотя данное изобретение описано ниже с использованием дополнительных деталей со ссылками на типичные примеры, это не означает, что данное изобретение ограничивается данными примерами.
Обжиг смазочного антиадгезионного агента при использовании высокочастотного индукционного нагрева
В качестве форм для формования стекла было подготовлено пять типов черновых форм (Испытания №№1-5) для формования стеклянных бутылок. Эти черновые формы, предназначенные для испытаний №№1-5, являлись черновыми формами, используемыми для производства стеклянных бутылок, весящих 211 г, 210 г, 605 г, 118 г и 118 г соответственно. В качестве смазочных антиадгезионных агентов подготавливали агенты указанных составов и наносили их распылением на формующую поверхность; такие черновые формы, предназначенные для испытаний №№1-3, затем подвергали естественной сушке в течение примерно одного часа перед обжигом смазочного антиадгезионного агента.
<Состав смазочного антиадгезионного агента>
Дигидрофосфат алюминия (50%)
300 г
Этиламин (70%)
200 г
Метанол
500 г
Монометиловый эфир этиленгликоля
100 г
Монометиловый эфир диэтиленгликоля
50 г
Графит
100 г
Глина
2 г
Всего
1252 г
Для выполнения индукционного нагрева использовали устройство для высокочастотного индукционного нагрева производства фирмы NDK, Incorporated. Пару полуформ, которые при взаимном объединении образовывали черновую форму, закрепляли при размещении между их поверхностями раздела медных пластин толщиной 2 мм, таким образом, что между краями формующей поверхности пары данных полуформ может поддерживаться расстояние, соответствующее толщине этих медных пластин. Края пластин позиционировали таким образом, что они были удалены от краев формующей поверхности по меньшей мере на 1 мм в направлении к центру поверхностей раздела.
Катушку для индукционного нагрева подготавливали такого профиля, который обеспечивал ее введение в черновую форму, собранную так, как указано выше, со стороны ее донной части и позиционирование на расстоянии примерно 3 мм от формующей поверхности.
Смазочный антиадгезионный агент обжигали индукционным нагревом формующей поверхности при условиях, указанных в таблице 1, при частоте 40 кГц и при расстоянии примерно 3 мм между катушкой для индукционного нагрева и формующей поверхностью. Для черновых форм, предназначенных для испытаний №№4 и 5, процесс сушки при условиях, указанных в таблице 1 (2 кВ, 2A), был включен в первоначальный этап процесса сушки. Нагрев для обжига смазочного антиадгезионного агента завершали при достижении формующей поверхностью 400°C. Для идентификации температуры формующей поверхности использовали маркер в виде карандаша Tempil stick (торговое название: Tempil, Inc., Нью-Йорк), продукт №TSC-400, который характеризуется плавлением при 400°C.
Таблица 1
Испытание №
Частота,кГц
Напряжение, кВ
Ток, А
Температура обжига, °C
Время нагрева, c
1
40
6
6,5
400
39
2
40
6
6,5
400
55
3
40
10
13
400
20
4
40
2
2
-
150
5
6,5
400
62
5
40
2
2
-
180
5
6,5
400
40
На формующей поверхности каждой из черновых форм, предназначенных для испытаний №№1-5, на которых был обожжен смазочный антиадгезионный агент, был получен гладкий слой смазочного антиадгезионного агента, который был свободен от пузырьков, отслаивания или огрубления поверхности. Срок службы черновых форм в испытании №1 (n=4) при их использовании в производстве формованных стеклянных изделий составлял 40 часов, 33,5 часа, 39,0 часа и 24,5 часа, что дает соответственно среднюю величину 34,3 часа. Это было больше по сравнению со сроком службы, определенным при использовании черновых форм, которые являлись черновыми формами для стеклянных бутылок на 130 г и 145 г и были обожжены в электрической печи в течение 1 часа и 4,5 часов соответственно, и составлявшим в среднем 17,3 часа (n=3) и 17,1 часа (n=7).
Пример 2
Измерение коэффициента трения обожженного смазочного антиадгезионного агента
Для того чтобы сравнить смазочную способность их поверхности, измеряли коэффициенты трения слоев смазочного антиадгезионного агента, которые были обожжены или высокочастотным индукционным нагревом или же в электрической печи. Вследствие технических ограничений эксперимента вместо форм для формования стекла были использованы круглые пластины из чугуна (материал:FC200) с гладко отполированной поверхностью диаметром 60 мм и толщиной 10 мм; на их поверхность наносили распылением смазочный антиадгезионный агент, описанный в Примере 1, который подвергали обжигу при условиях, указанных в приведенной ниже таблице.
Таблица 2
Испытание №
Число образцов
Частота
Напряжение
Ток
Температура, °C
Время нагрева
6
6
40 кГц
3,0 кВ
2,8 A
400
36 с
7
3
40 кГц
3,0 кВ
2,8 A
400
36 с
8
3
40 кГц
3,0 кВ
3,3 A
400
34 с
9
2
40 кГц
3,5 кВ
3,5 A
400
20 с
10
6
Электрическая печь
-
-
400
1 ч
11
3
Электрическая печь
-
-
400
1 ч
12
9
Электрическая печь
-
-
400
1 ч
Коэффициент статического трения и коэффициент динамического трения измеряли для обожженного смазочного антиадгезионного агента в испытаниях №№6-12. Данное измерение выполняли в соответствии со способом В Японского промышленного стандарта JIS К 7128, способом измерения сопротивления скольжению пластиков, однако, в противоположность способу B, при использовании образца в качестве вращающегося диска и стержня в качестве противоположного материала, который соприкасается с образцом. В кратком изложении, каждую из пластин, на одной стороне которых был сформирован обожженный слой смазочного антиадгезионного агента, закрепляли в ее центре на горизонтальном вращающемся валу. Центр стержня, изготовленного из натриевого стекла, диаметром 8 мм и длиной 20 мм, передний конец которого был гладко отполирован, накладывали в вертикальном положении сбоку на слой смазочного антиадгезионного агента в позиции, расположенной на 20 мм от центра образца, при постоянной нагрузке (98,1 Н) и измеряли усилие, воспринятое стержнем, во время перехода из статического состояния и начала вращения, а также во время поддержания постоянной скорости вращения (500 об/мин); на основании этих измерений вычисляли коэффициент статического трения и коэффициент динамического трения соответственно. При этих измерениях температуру образца и стержня поддерживали при 500°C для того, чтобы их температура соответствовала той, которая имеет место во время процесса формования стеклянных бутылок. Результаты в виде средних значений представлены в таблице 3.
Таблица 3
Испытание №
Коэффициент статического трения
Коэффициент динамического трения
6
0,0417
0,0115
7
0,0483
0,0160
8
0,0350
0,0093
9
0,0450
0,0105
10
0,0893
0,0420
11
0,0783
0,0130
12
0,1231
0,0232
Как показано в таблице 3, было обнаружено, что образцы в испытаниях №№6-9 (с обжигом высокочастотным индукционным нагревом) показывают более низкие значения коэффициента как статического трения, так и динамического трения, которые в целом составляют примерно половину от значений для образцов в испытаниях №№10-12 (с обжигом в печи), и, таким образом, обладают повышенной смазывающей способностью.
Результаты испытаний №№6-12 были разделены на результаты испытаний №№6-9, в которых использовался высокочастотный индукционный нагрев, и результаты испытаний №№10-12, в которых нагревание выполняли при использовании электрической печи; эти результаты сравнивали в отношении их коэффициентов статического трения и динамического трения в показателях, включающих их средние величины, максимальные величины, минимальные величины и среднеквадратические отклонения. Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4
Высокочастотный индукционный нагрев
Нагрев в электрической печи
Коэффициент статического трения
Число образцов
14
18
Средняя величина
0,042
0,104
Минимум
0,030
0,065
Максимум
0,060
0,190
Среднеквадратическое отклонение
0,0116
0,0326
Коэффициент динамического трения
Число образцов
14
18
Средняя величина
0,012
0,028
Минимум
0,007
0,009
Максимум
0,019
0,061
Среднеквадратическое отклонение
0,0030
0,0153
Как показано в таблице 4, было найдено, что слои смазочного антиадгезионного агента, которые были обожжены посредством высокочастотного индукционного нагрева, имели значительно меньшее среднеквадратическое отклонение коэффициентов как статического трения, так и динамического трения, а именно, примерно в три раза для коэффициента статического трения и в пять раз для динамического коэффициента трения, по сравнению со слоями, которые были обожжены в электрической печи, и, соответственно, отклонение среди образцов было сведено к минимуму для коэффициентов трения обоих видов. Это указывает на то, что высокочастотный индукционный нагрев обладает тем преимуществом, что придает обожженному слою смазочного антиадгезионного агента качество, которое поддерживается одинаковым от формы к форме и тем самым способствует однородному качеству поверхности формованных стеклянных изделий; кроме того, такой нагрев вследствие снижения вариаций в сроке службы от формы к форме выгоден для проведения контроля процесса.
Промышленная применяемость
Данное изобретение делает возможным изготовление за значительно более короткое время по сравнению с обычным способом форм для формования стекла, которые имеют на формующей поверхности обожженный слой смазочного антиадгезионного агента с улучшенной и равномерной смазочной способностью, и тем самым не только улучшает эффективность процесса производства формованных стеклянных изделий, но также и способствует изготовлению формованных стеклянных изделий однородного качества.