Навигация по таблицам
- Сравнительная таблица способов формования
- Температурные режимы формования
- Области применения различных методов
- Оборудование для формования стекла
Сравнительная таблица способов формования стекла
| Способ формования | Принцип действия | Рабочая температура (°C) | Толщина изделий (мм) | Производительность | Качество поверхности |
|---|---|---|---|---|---|
| Выдувание | Сжатый воздух формирует полые изделия | 800-1000 | 1-10 | Высокая | Отличное |
| Прессование | Механическое давление пуансона | 950-1150 | 3-25 | Средняя | Хорошее |
| Флоат-процесс | Растекание на поверхности олова | 1100-600 | 0,4-25 | Очень высокая | Превосходное |
| Вытягивание | Растягивающие усилия механизма | 900-1100 | 2-6 | Высокая | Хорошее |
| Прессовыдувание | Комбинация прессования и выдувания | 900-1050 | 2-15 | Высокая | Отличное |
Температурные режимы формования
| Стадия процесса | Выдувание (°C) | Прессование (°C) | Флоат-процесс (°C) | Критичность режима |
|---|---|---|---|---|
| Стекловарение | 1500-1550 | 1500-1550 | 1500-1550 | Критична |
| Формование | 800-1000 | 950-1150 | 1100-600 | Очень критична |
| Отжиг | 500-580 | 520-600 | 570-615 | Критична |
| Охлаждение | 250-80 | 250-80 | 250-80 | Умеренно критична |
Области применения различных методов
| Способ | Типы изделий | Отрасли применения | Доля рынка (%) |
|---|---|---|---|
| Флоат-процесс | Листовое стекло, стеклопакеты | Строительство, автомобилестроение | 70* |
| Выдувание | Тара, посуда, лампы | Пищевая, фармацевтическая | 15 |
| Прессование | Блоки, линзы, посуда | Строительство, оптика | 5 |
| Прессовыдувание | Широкогорлая тара, банки | Косметическая, химическая | 3 |
| Вытягивание | Трубы, волокно | Химическая, телекоммуникации | 2 |
Оборудование для формования стекла
| Тип оборудования | Производительность (т/сутки) | Энергопотребление (МВт) | Стоимость (млн USD) | Срок службы (лет) |
|---|---|---|---|---|
| Флоат-линия | 500-800 | 15-25 | 200-400* | 15-20 |
| Выдувной автомат | 50-200 | 2-5 | 8-25* | 10-15 |
| Пресс-автомат | 20-100 | 1-3 | 5-15* | 12-18 |
| Прессовыдувная машина | 30-150 | 2-4 | 6-20* | 10-15 |
Оглавление статьи
Введение в технологии формования стекла
Формование стекла представляет собой важнейшую технологическую стадию производства изделий из стекла, определяющую их окончательную форму, размеры и качественные характеристики. Процесс формования заключается в превращении вязкой стекломассы в твердое изделие заданной конфигурации путем приложения определенных силовых воздействий.
Современная стекольная промышленность использует семь основных способов формования, каждый из которых имеет свои особенности, преимущества и области применения. Выбор конкретного метода зависит от типа изготавливаемого изделия, требований к качеству поверхности, производительности и экономической эффективности.
Выдувание стекла
Выдувание является одним из наиболее распространенных способов формования полых стеклянных изделий. Процесс основан на использовании сжатого воздуха, который создает равнодействующие растягивающие усилия во внутренней полости формуемого объекта.
Технология процесса выдувания
Технологический процесс выдувания включает несколько этапов. Сначала порция стекломассы определенного веса подается в черновую форму, где формируется горло изделия и создается предварительная заготовка. Затем заготовка переносится в чистовую форму, где происходит окончательное выдувание изделия сжатым воздухом.
V = P × S × t / η
где V - объем воздуха (м³), P - давление (Па), S - площадь изделия (м²), t - время выдувания (с), η - коэффициент эффективности (0,7-0,9)
Ручное выдувание
Ручное выдувание применяется для изготовления художественных и уникальных изделий. Мастер использует стеклодувную трубку, на которую набирается порция стекломассы. Процесс требует высокой квалификации и позволяет создавать изделия сложной формы с толщиной стенок до 2 мм.
Машинное выдувание
Машинное выдувание полностью автоматизировано и обеспечивает высокую производительность - до 500 изделий в минуту для малогабаритной тары. Автоматы оснащены системами контроля температуры, давления воздуха и времени выдувания.
Прессование стекломассы
Прессование представляет собой наиболее простой одностадийный метод формования стеклянных изделий. Процесс заключается в деформировании порции стекломассы в форме под давлением пуансона.
Виды прессования
Различают два основных вида прессования: прямое и косвенное. Прямое прессование используется для производства изделий с развитой внутренней полостью, таких как посуда и широкогорлая тара. Косвенное прессование применяется для изготовления сплошных массивных изделий.
Технологические параметры
Температура стекломассы при прессовании составляет 950-1150°C. Давление прессования варьируется от 1 до 10 МПа в зависимости от размера и сложности изделия. Время прессования составляет 5-15 секунд.
F = P × S × k
где F - усилие прессования (Н), P - давление (Па), S - площадь прессования (м²), k - коэффициент запаса (1,2-1,5)
Оборудование для прессования
Современные автоматы прессования обеспечивают производительность 15-30 изделий в минуту. Наиболее распространены автоматы серий АПП, АПР и АБ, которые используются для изготовления различных видов стеклоизделий.
Флоат-процесс
Флоат-процесс является наиболее совершенным способом производства листового стекла, обеспечивающим получение стекла с идеально гладкими параллельными поверхностями без дополнительной обработки.
Принцип флоат-технологии
Технология основана на свободном растекании расплавленной стекломассы по поверхности расплавленного олова в защитной атмосфере азота и водорода. Олово выбрано как идеальный материал подложки благодаря высокой плотности, широкому температурному интервалу жидкого состояния и отсутствию химического взаимодействия со стеклом.
Температурный режим флоат-процесса
Процесс начинается при температуре 1100°C в начале оловянной ванны и постепенно снижается до 600°C к ее концу. Такой градиент температуры обеспечивает равномерное формирование ленты стекла и предотвращает образование напряжений.
h = (ρ_олова / ρ_стекла)^0.5 × h_равновесная
где h - толщина стекла (мм), ρ - плотность (кг/м³), h_равновесная = 6,8 мм
Технологические варианты
Существует три основных варианта флоат-технологии: английская (компания Pilkington), советская и американская. Советская технология отличается двухэтапным формованием с использованием газовоздушной подушки, что обеспечивает лучшее качество нижней поверхности стекла.
Вытягивание стекла
Вытягивание осуществляется под действием односторонне направленных растягивающих усилий, создаваемых вытяжным механизмом. Этот способ применяется для производства листового стекла, труб, волокна и других протяженных изделий.
Лодочный способ вертикального вытягивания
Лодочный способ изобретен бельгийским инженером Фурко в начале XX века. Используется шамотная лодочка с прорезанной щелью, через которую под действием гидростатического давления выдавливается стекломасса.
Безлодочное вытягивание
Безлодочный способ не требует применения лодочки. Стекломасса вытягивается непосредственно с поверхности расплава с помощью специальных приспособлений для захвата ленты.
v = F / (μ × S × grad_T)
где v - скорость (м/мин), F - тянущее усилие (Н), μ - вязкость стекла (Па·с), S - сечение (м²), grad_T - градиент температуры
Прессовыдувание
Прессовыдувание представляет собой комбинированный двухстадийный процесс, объединяющий преимущества прессования и выдувания. Метод особенно эффективен для производства широкогорлой тары с толстыми стенками.
Технологическая схема
На первой стадии стекломасса прессуется пуансоном в черновой форме с формированием горла и предварительной заготовки. На второй стадии заготовка переносится в чистовую форму, где происходит выдувание сжатым воздухом до получения окончательной формы изделия.
Прокатка стекла
Прокатка осуществляется под действием сжимающе-растягивающих усилий, создаваемых вращающимися валками. Способ используется для производства узорчатого, армированного и профильного стекла.
Виды прокатки
Различают одностороннюю и двустороннюю прокатку. Односторонняя прокатка применяется для создания рифленой поверхности, двусторонняя - для получения листов определенной толщины с одновременным нанесением узора на обе поверхности.
Центробежное формование
Центробежное формование использует центробежные силы во вращающейся форме. Метод применяется для изделий из тугоплавких, "коротких" и кристаллизующихся стекол, которые трудно формуются другими способами.
Области применения
Центробежным способом изготавливают трубы большого диаметра, тугоплавкие тигли, специальные оптические элементы и изделия из боросиликатного стекла.
Современные тенденции и инновации
Современное развитие технологий формования стекла направлено на повышение энергоэффективности, автоматизацию процессов и улучшение экологических характеристик производства.
Цифровизация процессов
Внедрение систем искусственного интеллекта и машинного обучения позволяет оптимизировать параметры формования в режиме реального времени, снижая количество брака и повышая качество продукции.
Энергосберегающие технологии
Разработка новых типов печей с рекуперацией тепла и использование возобновляемых источников энергии позволяют значительно снизить энергопотребление стекольного производства.
