Способ изготовления стеклоформующего оборудования

 

Использование: изобретение относится к технологии изготовления стекла и может быть использовано в машиностроении при изготовлении стеклоформующего оборудования, работающего методом давления. Сущность изобретения: в способе изготовления стеклоформующего оборудования в полость корпуса формующего элемента (пуансона, матрицы или прессового кольца) помещают капиллярно-пористую структуру, частично заполняют полость теплоносителем, вакуумируют и герметизируют. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что вакуумирование производят до остаточного давления не более 0,02 Па, осуществляют дегазацию при указанном давлении и нагреве корпуса формующего элемента выше температуры формования стекла до получения натекания не более 1,8·10^-8 м³ Па/с. Далее корпус формующего элемента охлаждают до температуры, превышающей температуру плавления теплоносителя и затем заполняют теплоносителем, проводят операцию смачивания капиллярно-пористой структуры и стенок полости теплоносителем, затем удаляют остаточные неконденсирующиеся газы и герметизируют. Положительный эффект заключается в увеличении производительности стеклоформующего оборудования, уменьшении перепада температуры по рабочей поверхности формующего элемента и повышении качества выпускаемых изделий из стекла. 1 с. и 13 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к технологии изготовления изделий из стекла и может быть использовано в машиностроении при изготовлении стеклоформующего оборудования, работающего методом прессования.

Известен способ, описанный в [1] и принятый за прототип. Способ заключается в изготовлении как минимум одного формующего элемента (матрицы, пуансона или прессового кольца) полым. В полость корпуса формообразующего элемента помещают капиллярно-пористую структуру (КПС), затем частично заполняют ее теплоносителем, вакуумируют и производят герметизацию.

Стеклоформующее оборудование, изготовленное вышеуказанным способом, имеет недостаточные теплофизические характеристики, необходимые для получения качественных изделий из стекла. Этот недостаток связан с тем, что при рабочих температурах (≈600^oC) формирования стекла происходит выделение неконденсирующихся газов из теплоносителя и конструкционных материалов. Что в свою очередь приводит к блокированию зоны конденсации неконденсирующимся газом, вскипанию теплоносителя, окислению КПС, увеличению неизотермичности рабочей поверхности и снижению теплопереноса от стекла к корпусу формующего элемента.

Перед авторами стояла задача создания способа, лишенного указанных недостатков. Поставленная задача решается тем, что при изготовлении стеклоформующего оборудования КПС помещают в полость корпуса формующего элемента, частично заполняют теплоносителем, вакуумируют и герметизируют вышеуказанную полость. При этом отличительной особенностью заявленного способа является то, что вакуумирование производят до остаточного давления газов не более 0,02 Па. При указанном давлении и нагреве корпуса формующего элемента до температуры выше температуры формования стекла производят дегазацию до получения натекания не более 1,8·10^-8м³ Па/с. Далее корпус формующего элемента охлаждают до температуры, превышающей температуру плавления теплоносителя, заполняют теплоносителем, проводят операцию смачивания КПС и стенок полости теплоносителем, после чего удаляют остаточные неконденсирующиеся газы.

Вакуумирование может быть осуществлено при помощи безмасляного вакуумного агрегата, например турбомолекулярного насоса.

В качестве теплоносителя возможно использование щелочных металлов или их сплавов, которые перед заполнением полости очищают от примесей, например, методом дистилляции. В теплоноситель вводят поверхностно-активные вещества. Для натрия в качестве поверхностно-активного вещества может быть использован кислород при температуре не выше 35 ppm в натрии.

Масса загружаемого теплоносителя может быть определена из выражения: εP_жV_c≅ m ≅ P_жV_c где m масса теплоносителя, ε объемная пористость КПС, P_ж - плотность жидкой фазы теплоносителя при температуре формирования стекла, V_с геометрический объем, занимаемый КПС в полости инструмента.

Теплоноситель загружают в полость в твердом, жидком или парообразном состоянии.

Операцию смачивания КПС и стенок полости корпуса формующего элемента производят путем нагрева корпуса формующего элемента до температуры, превышающей критическую температуру смачивания и выдержки при этой температуре не менее 1 ч.

Операцию смачивания полезно провести когда полость заполнена инертным газом под давлением от 0,05 до 0,15 МПа (абс.).

Осуществление дегазации при температуре выше рабочей, то есть выше температуры формования стекла, позволяет избавиться от неконденсирующихся газов, сужающих объем, занимаемый парами теплоносителя, и поверхность конденсации. Заполнение полости инертным газом и введение поверхностно-активных веществ в теплоноситель необходимы для того, чтобы существенно ускорить операцию смачивания. Вся совокупность отличительных признаков, позволяет достичь изотермичности поверхности формования, повысить производительность стеклоформующего оборудования и соответственно улучшить качество изделий из стекла. Таким образом, достигается указанный технический результат.

Материал корпуса формующего элемента должен удовлетворять следующим требованиям: стойкость к воздействию высоких (порядка 600^oC), температур, коррозионная стойкость и вакуумная плотность. Таким условиям соответствуют хромо-никелевые аустенитные стали, например 1Х18Н10Т.

Пример.

Был изготовлен корпус пуансона в форме пустотелого цилиндра, в полость которого поместили стакан КПС, выполненный из двух слоев сетки N 450 по ТУ 14-4-432-73. Толщина КПС d 0,4 мм. Высота полости H 200 мм, внутренний диаметр полости d 20 мм. Подключили пуансон к газо-вакуумной системе, вакуумировали внутреннюю полость до остаточного давления газов 0,01 Па, нагрели, сохраняя данный вакуум до температуры 600^oC и дегазировали в течение 4 ч при данной температуре до достижения величины натекания 5·10^-9м³ Па/с. Далее корпус вместе с печью охлаждался до температуры 150^oC, а потом полость частично заполнили калием, для которого плотность при температуре формования стекла 600^oC равна p 697,8 кг/м³ [2] После заполнения полости калием провели операцию смачивания, заключающуюся в нагреве пуансона до 600^oC и выдержки при этой температуре в течение 1 ч. В процессе этой операции происходит растворение пленок окислов на поверхности корпуса и КПС, контактирующих с теплоносителем, а также происходит удаление газовых пузырей, мешающих контакту теплоносителя с КПС и стенками корпуса. По окончании операции смачивания пуансон охлаждали вместе с печью до температуры 150^oC и удаляли неконденсирующиеся газы, скопившиеся во внутренней полости, добившись остаточного давления газов 0,01 Па. Далее производилось отсоединение пуансона от газовакуумной системы и герметизация аргонно-дуговой сваркой. Объемная пористость КПС 0,8 (найдена экспериментальным путем по методике, описанной в [3]). Для расчета массы теплоносителя находим геометрический объем, занимаемый КПС в полости инструмента V_с V_u + V_т, где V_u объем цилиндрической части КПС, V_т объем торцевой части КПС.

Максимальная масса теплоносителя: m_max P(V_u + V_т) 3,53·10^-3 кг 3,53 г Минимальная масса теплоносителя m_min= pε(V_u+V_т) = 2,82 г.
Таким образом, для вышеуказанных условий, масса загружаемого в пуансон теплоносителя должна находиться в пределах
2,82≅m≅3,53 г
Во внутреннюю полость было заправлено 3 г калия.

Использование изобретения позволяет интенсифицировать теплосъем (повысить производительность прессового оборудования), снизить перепад температуры по рабочей поверхности формующего инструмента, уменьшить толщину и повысить качество изделий из стекла.

Формула изобретения

1. Способ изготовления стеклоформирующего оборудования, включающий помещение капиллярно-пористой структуры в полость корпуса формующего элемента, частичное заполнение теплоносителем, вакуумирование и герметизацию вышеуказанной полости, отличающийся тем, что вакуумирование производят до остаточного давленния 0,02 Па, осуществляют дегазацию при указаном давлении и нагреве корпуса формующего элемента выше температуры формования стекла до получения натекания не более 1,8 10^-8 м³Па/с, далее корпус формующего элемента охлаждают до температуры, превышающей температуру плавления теплоносителя, а затем заполняют теплоносителем, проводят операцию смачивания капиллярно-пористой структуры и стенок полости теплоносителя и после этого удаляют остаточные неконденсирующиеся газы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что вакуумирование осуществляют при помощи безмасляного вакуумного агрегата, например турбомолекулярного насоса.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют щелочные металлы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя используют сплавы щелочных металлов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что до заполнения полости теплоноситель очищают от примесей.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что очистку теплоносителя осуществляют методом дистилляции.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что массу загружаемого теплоносителя определяют из выражения
εP_жV_c≅ m ≅ P_жV_c,
где m масса теплоносителя;
ε - объемная пористость капиллярно-пористой структуры;
Р_ж плотность жидкой фазы теплоносителя при температуре формования стекла,
V_c геометрический объем, занимаемый капиллярно-пористой структурой в полости инструмента.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что теплоноситель загружают в жидком состоянии.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что теплоноситель загружают в твердом состоянии.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что теплоноситель загружают в парообразном состоянии.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что операцию смачивания капиллярно-пористой структуры и стенок полости корпуса формующего элемента теплоносителем производят путем нагрева корпуса формующего элемента до температуры, превышающей критическую температуру смачивания и выдержки при этой температуре не менее 1 ч.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что перед нагревом полость корпуса формующего элемента заполняют инертным газом под давлением 0,05 0,15 МПа (абс.).

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что в теплоноситель вводят поверхностно-активные вещества.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что в качестве теплоносителя применяют натрий, а в качестве поверхностно-активного вещества вводят кислород при концентрации не выше 33 млн^-1 в натрии.