СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТЕКЛОИЗДЕЛИЙ Российский патент 1997 года по МПК C03B29/00 

Предполагаемое изобретение относится к электротехнической промышленности, а также промышленности строительных материалов, в частности к технологии термической обработки стеклянных изделий с объемным рисунком, в том числе и изделий из свинецсодержащих стекол, плоской или цилиндрической формы, обработанных шлифпорошком или алмазным инструментом с одной или обоих сторон и применяемых в качестве рассеивателей для изготовления светильников, посуды для бытовых, художественных и технических целей.

Известен способ полировки стеклянных изделий с объемным рисунком, обработанным алмазным инструментом, путем воздействия тепловой энергии на стеклоизделия методом термоудара [1]
На стеклоизделия воздействуют кратковременно мощным тепловым потоком одновременно со всех сторон рельефной части. При таком способе вместе с расплавлением поверхностного слоя стекла происходит разогрев изделия во всем объеме вследствие прохождения инфракрасного излучения через стекло, что вызывает деформацию рельефной части рисунка стеклоизделия.

Известен также способ термической полировки стеклоизделий путем воздействия на их рельефную поверхность тепловой энергии пламени горелки, ширина которого соответствует ширине обрабатываемого на изделии рисунка. Изделие в процессе полировки перемещается, вращаясь вдоль горелочного устройства [2]
При данном способе полировки из-за касательного направления пламени горелки элементы граней шлифованного рисунка, находящиеся в глубине, не подвергаются непосредственному воздействию пламени, а ближе в пламени - интенсивно нагреваются. Застойные зоны из продуктов сгорания, образующиеся в глубине граней рельефного рисунка при перпендикулярном направлении пламени, влекут за собой непрополировку поверхности. Подача дополнительного тепла вызывает заплавление внешних элементов граней рельефного рисунка и деформацию изделия за счет прогрева стенок на всю их толщину до температуры размягчения стекла. Недостатки этого способа особенно проявляются при наличии на изделиях сочетания мелких и крупных граней.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ термической полировки стеклоизделий плоским лучом теплового потока при однократном перемещении его по периметру изделия. Ширина луча полирующего теплового потока составляет 0,5-6 мм. Однократная обработка изделия производится двумя или более лучами потока одновременно [3]
При данном способе полировки гладкая противоположная объемному рисунку сторона стеклоизделия, имеющая кованность, складки, морщины, портящие товарный вид, или обработанная шлифпорошком, микропорошком, алмазным инструментом, из-за малой теплопроводности стекла не подвергается тепловой обработке. Одновременно при однократной обработке изделия плоским лучом теплового потока не удается полировать наружную рельефную часть и обратную гладкую поверхность изделий. Как правило, приходится полировать сначала поверхность с объемным рисунком, а затем гладкую обратную поверхность.

Увеличение продолжительности воздействия плоского теплового луча на объемный рисунок с целью прополировки внутренней гладкой, обратной стороны приводит к деформации изделия и потере четкости самого рисунка из-за закругления острых ребер и притупления вершин, так как объемный рисунок ничем не фиксируется.

Сам процесс полировки может идти только в составе технологической цепи: формирование изделия термическая обработка отжиг, так как изделия из натрийкальцийсиликатных и свинецсодержащих стекол нетермостойки. Снижает температурный перепад и переменность поперечного сечения обрабатываемых изделий. Холодные изделия обрабатывать этим способом можно только из термостойкого стекла. При использовании данного способа для обработки холодных изделий из натийкальцийсиликатных и свинецсодержащих стекол нетермостойки. Снижает температурный перепад и переменность поперечного сечения обрабатываемых изделий. Холодные изделия обрабатывать этим способом можно только из термостойкого стекла. При использовании данного способа для обработки холодных изделий из натрийкальцийсиликатного или свинецсодержащего стекла происходит их растрескивание.

Цель изобретения повышение качества полированной поверхности и прочности стеклоизделий.

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу термической полировки стеклоизделий плоским лучом теплового потока при однократном перемещении его по периметру, обработку производится с гладкой стороны изделия предварительно прогретого во всей массе и ограниченного подложкой со стороны объемного рисунка. Поверхность подложки, соприкасающаяся с изделием, по крайней мере повторяет поверхность общего рисунка. Сама положка выполнена из материала с высокой теплопроводностью и теплоемкостью.

Источником тепловой энергии могут быть как газовые горелки и плазменные устройства, так и радиационные нагреватели.

Обработка изделия производится одним, двумя или несколькими плоскими лучами теплового потока одновременно при одноразовом воздействии его на гладкую поверхность обрабатываемого изделия. В процессе полировки отдельные участки гладкой поверхности изделия подвергаются воздействию мощного теплового потока. Такое расположение теплового источника позволяет разогревать гладкую поверхность стеклянного изделия до температуры на 200-300^oC выше температуры размягчения стекла в зависимости от химического состава, в то время, как поверхность объемного рисунка со стороны подложки из-за низкой теплопроводности стекла нагревается до температуры близкой к температуре размягчения. Недостающая часть теплового потока для полировки поверхности объемного рисунка поступает со стороны подложки, которая нагревается инфракрасными лучами, проходящими через обрабатываемое изделие от теплового источника. Благодаря этому гладкая поверхность и поверхность объемного рисунка одновременно размягчаются, так как материал подложки обладает очень высокой теплопроводностью и теплоемкостью. Поверхности изделия в течение нескольких секунд находятся в текучем состоянии и поэтому все неровности, шероховатости, складки, кованность, трещинки сравниваются под действием сил поверхностного натяжения. Изделие с обоих сторон одновременно полируется и при этом не деформируется. Наличие идеально ровной подложки позволяет четко фиксировать объемный рисунок с полированной поверхностью.

Из верхнего слоя размягчения стекла в процессе термической полировки улетучиваются оксиды Na₂O, K₂O, PbO, B₂O₃, MnO, что приводит к изменению химического состава его из-за увеличения SiO₂ и образование слоя с меньшим температурным коэффициентом линейного расширения. В результате с обоих сторон на поверхности обрабатываемых изделий возникают сжимающие внутренние напряжения, повышающие их механическую прочность. Одновременно на несколько тысячных единицы повышается коэффициент преломления поверхностного слоя и увеличивается блеск изделия, что резко улучшает его товарный вид.

Такая совокупность тепловой обработки стеклоизделий: с гладкой стороны - плоским лучом теплового потока и со стороны объемного рисунка тепловым потоком от подложки при термической полировке является новой и именно она позволяет достигнуть цели изобретения.

На фиг.1, 2, 5 и 6 изображены этапы термической полировки плоских и круглых стеклянных изделий тепловым лучом при использовании в качестве теплоносителя отходящих газов горелочного устройства, ограниченных со стороны объемного рисунка подложкой, поверхность которой повторяет и не повторяет поверхность рисунка.

На фиг. 3 и 7 показана схема воздействия инфракрасных лучей теплового потока, проходящих через стекло на поверхность подложки, повторяющей и неповторяющей поверхность объемного рисунка.

На фиг.4 и 8 изображена схема воздействия теплового потока подложки, нагретой инфракрасными лучами, на поверхность объемного рисунка полируемого стеклянного изделия.

Процесс термической полировки осуществляется следующим образом. Предварительно обработанное шлифпорошком, микропорошком или алмазным инструментов с гладкой стороны, или со стороны объемного рисунка, или с обоих сторон одновременно, или же неподвергнутое механической обработке стеклянное изделие, нагревается во всей массе до температуры близкой к температуре размягчения стекла и поступает в зону с горелочным устройством.

Из туннеля 1 горелочного устройства 2 через ограничительную щель 3 струя отходящих продуктов горения 4, имеющая толщину 2 мм и температуру 1600^oC направляется на ровную поверхность 5 стеклоизделия 6, ограниченного со стороны объемного рисунка 7 обложкой 8. При этом поверхность 9 подложки по крайней мере повторяет поверхность объемного рисунка в том случае, если он имеет множество острых ребер и вершин и может быть гладкой, если острые ребра и вершины в объемном рисунке отсутствуют.

Скорость перемещения плоского теплового луча по гладкой поверхности 5 обрабатываемого стеклянного изделия 6 составляет 90 мм в минуту. Плоская струя газов последовательно обрабатывает гладкую поверхность стеклоизделия и расплавляет ее.

Инфракрасные лучи 10 теплового потока проникают через стеклянную стенку и разогревают поверхность 9 подложки 8, так как подложка поглощает их. Благодаря высокой теплоемкости материала подложки в зоне действия 11 инфракрасных лучей от подложки формируется тепловой поток 12, направленный в сторону стеклянного изделия 6, который разогревает боковые грани 13, вершины 14 и плоские грани 15 объемного рисунка и полирует их.2 Сама подложка может быть выполнена, например, из алюминия и его сплавов, а ее поверхность, соприкасающаяся с поверхностью стеклянного изделия и повторяющая поверхность объемного рисунка, покрыта тонким слоем корунда и тщательно отполирована. Удельная теплоемкость такой подложки равна 1 Дж/кг ^oC, а коэффициент теплопроводности 230 Вт/м ^oC.

Отработанные газы удаляются из зоны полировки в направлении, перпендикулярном направлению движения по гладкой поверхности основного потока. Они не проникают через стенку изделия и не скапливаются в полостях 16, не создавая при этом застойных зон и не вызывая нагрева промежуточных участков объемного рисунка. Благодаря более высокой температуре гладкой поверхности и более низкой температуре поверхности объемного рисунка, ограниченного подложкой, полировка обоих поверхностей осуществляется одновременно и деформации изделия не происходит.

Аналогично осуществляется процесс полировки при использовании плазменных устройств и радиационных нагревателей.

Данный способ позволяет вписывать термическую полировку в технологическую линию сразу же после прессовки стеклянных изделий, находящихся в горячем состоянии во всей массе. Этим способом можно полировать и нетермостойкие изделия из свинцового хрусталя, находящиеся на промежуточном складе после обработки гладкой поверхности и поверхности объемного рисунка шлифпорошком или алмазным инструментом, с большим переменным сечением.

Отпадает необходимость использовать химическую полировку с применением фтористоводородной и серной кислот, осуществляемую в специальных полировальных машинах, установленных в специальных цехах со сложными очистными сооружениями воздуха и производственных стоков. Такие цеха можно использовать для организации дополнительного производства. Значительно улучшается экологическая обстановка на рабочих местах и в целом на предприятии, где применяется данный способ.

Термически отполированная поверхность по данному способу имеет лучшее качество по сравнению с кислотной полировкой, а сами изделия после обработки имеют более высокую прочность, чем до обработки.

Использование: в электротехнической промышленности, а также в промышленности строительных материалов, в частности, для термической обработки стеклянных изделий с объемным рисунком, в том числе и изделий из свинецсодержащих стекол плоской или цилиндрической формы, обработанных шлифпорошком или алмазным инструментом с одной или обеих сторон и применяемых в качестве рассеивателей для изготовления светильников, посуды для бытовых, художественных и технических целей. Сущность изобретения: способ термической обработки стеклоизделий осуществляется путем обработки лучом теплового потока при однократном перемещении его по периметру изделия. Новым в способе является то, что обработку стеклоизделий производят с гладкой стороны изделия, предварительно нагретого во всей массе и ограниченного подложкой со стороны объемного рисунка, поверхность подложки, соприкасающаяся с изделием по крайней мере повторяет поверхность объемного рисунка, а сама подложка поглощает инфракрасные лучи, а инфракрасные лучи разогревают поверхность подложки, а та, в свою очередь, тепловым потоком полирует поверхность объемного рисунка. Способ обеспечивает повышение качества полированной поверхности и прочности стеклоизделий. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ термической полировки стеклоизделий путем обработки лучом теплового потока при однократном перемещении его по периметру изделия, отличающийся тем, что обработку стеклоизделий производят с гладкой стороны изделия, предварительно нагретого во всей массе и ограниченного подложкой со стороны объемного рисунка, при этом подложка выполнена из материала с высокой теплопроводностью и теплоемкостью. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поверхность подложки, соприкасающаяся с изделием, по крайней мере повторяет поверхность объемного рисунка.