RU2408548C1

RU2408548C1 - Method of making curved articles from glass and device for realising said method

Info

Publication number: RU2408548C1
Application number: RU2009125231/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Пестов (RU); Александр Васильевич Пестов; Борис Аарнеевич Кауппонен (RU); Борис Аарнеевич Кауппонен; Иван Георгиевич Чашников (RU); Иван Георгиевич Чашников
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2011-01-10

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to the glass industry and can be used in production of curved glass, mainly under the effect of a vacuum, to obtain reflectors for different purposes, in particular for aerodrome floodlights. The method of making curved articles from glass involves putting a workpiece on a heated mould into a furnace. The workpiece is heated to glass deformation temperature and bent by creating a vacuum inside the mould. After bending, the curved workpiece is raised above the mould, held in position and annealed without contact between the curved workpiece and the mould.

EFFECT: improved optical qualities of articles with complex curved surface.

2 cl, 1 ex, 3 dwg

Description

Изобретение относится к стекольной промышленности и может быть использовано в производстве гнутого стекла, преимущественно под действием вакуума, для получения отражателей различного назначения, в частности для аэродромных прожекторов.The invention relates to the glass industry and can be used in the manufacture of curved glass, mainly under the action of vacuum, to obtain reflectors for various purposes, in particular for airfield searchlights.

Известен способ изготовления гнутых изделий из стекла, включающий размещение заготовки в печи на разогретой форме, нагревание заготовки до температуры деформации стекла, изгибание ее вначале под действием собственного веса и механического воздействия на края стекла, а затем под действием вакуума и избыточного давления воздуха по патенту США №3607186, опубл. 21.09.1971.A known method of manufacturing bent glass products, including placing the preform in a furnace in a preheated form, heating the preform to a glass deformation temperature, bending it first under its own weight and mechanical impact on the edges of the glass, and then under the action of vacuum and excess air pressure according to US patent No. 3607186, publ. 09/21/1971.

Устройство для осуществления данного способа содержит печь, установленную в ней форму, соединенную с вакуумной системой и системой подачи избыточного давления воздуха, и приспособления для корректировки заготовки и механического воздействия на ее края.A device for implementing this method comprises a furnace, a mold installed in it, connected to a vacuum system and an air overpressure supply system, and devices for adjusting the workpiece and mechanical impact on its edges.

По известному способу невозможно получить изделия с высокими оптическими показателями, так как на начальной стадии изгибания заготовки под действием собственного веса на ее края оказывается механическое воздействие в нескольких локальных областях. В связи с этим в указанных областях появляются оптические искажения, которые распространяются на большую часть поверхности стекла. В процессе дальнейшего окончательного изгибания заготовки под действием вакуума и избыточного давления воздуха оптические искажения сохраняются на большей части ее поверхности.According to the known method, it is impossible to obtain products with high optical performance, since at the initial stage of bending the workpiece under the influence of its own weight, mechanical edges are exposed on its edges in several local areas. In this regard, optical distortions appear in these areas, which extend to most of the glass surface. In the process of further final bending of the workpiece under the action of vacuum and excessive air pressure, optical distortions are stored on most of its surface.

Недостатком известного устройства является то, что приспособления для корректировки заготовки и механического воздействия на ее края установлены вне пространства печи и проходят через ее стенки с определенным зазором для их перемещения. Это усложняет поддержку необходимого теплового режима в печи.A disadvantage of the known device is that devices for adjusting the workpiece and mechanical impact on its edges are installed outside the space of the furnace and pass through its walls with a certain clearance for their movement. This complicates the maintenance of the necessary thermal conditions in the furnace.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления гнутых изделий из стекла, включающий размещение заготовки в печи на разогретой форме, нагревание заготовки до температуры деформации стекла, изгибание ее путем создания в форме вакуума и вакуумную корректировку, осуществляемую снизу, до создания вакуума в форме, при этом величина вакуума для вакуумной корректировки превышает величину вакуума в форме в 1,5-2 раза, а отжиг гнутой заготовки ведут в печи на форме по авторскому свидетельству СССР №1056592, опубл. 20.06.2005 г.Closest to the invention is a method for manufacturing bent glass products, comprising placing a preform in a furnace in a heated mold, heating the preform to a glass deformation temperature, bending it by creating a vacuum in the form, and adjusting the vacuum from below to create a vacuum in the mold, the magnitude of the vacuum for vacuum adjustment exceeds the magnitude of the vacuum in the form by 1.5-2 times, and the annealing of the bent workpiece is carried out in a furnace on the mold according to the USSR author's certificate No. 1056592, publ. 06/20/2005

Устройство для осуществления известного способа содержит печь, установленную в ней форму, соединенную с вакуумной системой, приспособление для вакуумной корректировки заготовки, при этом форма выполнена с центральным проемом, в котором с возможностью перемещения установлено приспособление для вакуумной корректировки заготовки, выполненное в виде держателя с полостью для индивидуального соединения с вакуумной системой.A device for implementing the known method comprises a furnace, a mold installed in it, connected to a vacuum system, a device for vacuum adjustment of a workpiece, the shape being made with a central opening, in which a device for vacuum adjustment of a workpiece made in the form of a holder with a cavity is installed with the possibility of movement for individual connection to the vacuum system.

Известный способ может быть использован при изготовлении гнутых заготовок, которые затем шлифуются и полируются, то есть подвергаются холодной обработке для получения точно заданной кривизны поверхности. Этот способ не позволяет получать изделия без оптических искажений на их поверхности. Это объясняется тем, что корректировка заготовки в процессе ее изгибания осуществляется при постоянном механическом контакте заготовки с вакуумным держателем, при этом величина вакуума для вакуумной корректировки превышает величину вакуума в форме в 1,5-2 раза. В связи с этим при изгибании заготовки в области ее контактирования с вакуумным держателем возникают неравномерно распределенные напряжения, приводящие к появлению на обеих поверхностях заготовки волнообразных оптических искажений, распространяющихся на большую часть ее поверхностей. При изготовлении изделий, например, эллипсоидной формы с большой стрелой прогиба возможно разрушение или повреждение гнутой заготовки в процессе ее отжига из-за значительной разницы коэффициентов термического расширения стекла и материала формы.The known method can be used in the manufacture of bent blanks, which are then ground and polished, that is, they are cold worked to obtain a precisely defined surface curvature. This method does not allow to obtain products without optical distortion on their surface. This is due to the fact that the workpiece is adjusted during bending with constant mechanical contact of the workpiece with the vacuum holder, while the vacuum value for vacuum adjustment exceeds the size of the vacuum in the form by 1.5-2 times. In this regard, when bending the workpiece in the area of its contact with the vacuum holder, unevenly distributed stresses arise, leading to the appearance of wave-like optical distortions on both surfaces of the workpiece, which extend to most of its surfaces. In the manufacture of products, for example, an ellipsoidal shape with a large deflection arrow, the bent workpiece may be destroyed or damaged during its annealing due to the significant difference in the thermal expansion coefficients of glass and the mold material.

Недостатком известного устройства является то, что приспособление для вакуумной корректировки заготовки установлено с возможностью перемещения в подовой части печи, что затрудняет поддержку заданного теплового режима в пространстве печи. Кроме этого, известное устройство отличается сложностью как в исполнении, так и при его работе.A disadvantage of the known device is that the device for vacuum adjustment of the workpiece is installed with the ability to move in the hearth of the furnace, which makes it difficult to maintain a given thermal regime in the space of the furnace. In addition, the known device is difficult both in execution and in its operation.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение качества изделий со сложной кривизной поверхности по оптическим показателям.The technical task of the invention is to improve the quality of products with complex surface curvature by optical indicators.

Для достижения задачи изобретения предложен способ изготовления гнутых изделий из стекла, включающий размещение заготовки в печи на разогретой форме, нагревание заготовки до температуры деформации стекла, изгибание ее путем создания в форме вакуума, а также отжиг гнутой заготовки, отличающийся тем, что после изгибания гнутую заготовку приподнимают над формой, фиксируют ее положение и осуществляют отжиг вне контакта гнутой заготовки с формой.To achieve the objective of the invention, a method for manufacturing bent glass products is proposed, comprising placing the preform in a furnace in a heated form, heating the preform to a glass deformation temperature, bending it by creating a vacuum, and also annealing the bent preform, characterized in that after bending the bent preform lift above the form, fix its position and carry out annealing outside the contact of the bent workpiece with the form.

Для осуществления данного способа предложено устройство для изготовления гнутых изделий из стекла, содержащее печь, установленную в ней форму, соединенную с вакуумной системой, и приспособление для корректировки заготовки, отличающееся тем, что в торцевой части формы установлены с возможностью вертикального перемещения толкатели, шарнирно связанные с рычагами, закрепленными на форме.To implement this method, a device for the manufacture of bent glass products is proposed, comprising a furnace, a mold installed in it, connected to a vacuum system, and a workpiece adjustment device, characterized in that pushers pivotally connected to the end part of the mold are mounted with the possibility of vertical movement levers fixed on the form.

Предложенный способ обеспечивает получение изделий с высокими оптическими показателями, так как заготовка в процессе ее изгибания и отжига не контактирует с какими-либо твердыми предметами. Корректировка положения заготовки путем механического прижима ее краевой области к форме обеспечивает фиксированное положение заготовки на торцевой части формы в процессе ее изгибания под действием вакуума.The proposed method provides products with high optical performance, since the workpiece in the process of bending and annealing does not come into contact with any solid objects. Correction of the position of the workpiece by mechanical pressing of its edge region to the mold provides a fixed position of the workpiece on the end part of the mold in the process of bending it under the action of vacuum.

При изготовлении изделий, например, эллипсоидной формы с большой стрелой прогиба полностью исключается разрушение или повреждение гнутой заготовки в процессе ее отжига, так как отжиг осуществляется вне контакта гнутой заготовки с формой.In the manufacture of products, for example, an ellipsoidal shape with a large deflection arrow, the destruction or damage of the bent workpiece during its annealing is completely excluded, since annealing is carried out outside the contact of the bent workpiece with the form.

Предложенное устройство для осуществления данного способа позволяет достичь цели изобретения. Расположение всех конструктивных элементов в рабочем пространстве печи упрощает задачу поддержки заданного теплового режима в печи по сравнению с известным устройством. Наличие в торцевой части формы толкателей, установленных с возможностью вертикального перемещения, шарнирно связанных с рычагами, позволяет приподнимать гнутую заготовку над формующей поверхностью формы, фиксировать ее в таком положении и отжигать, таким образом полностью исключается вероятность разрушения гнутой заготовки из-за разницы коэффициентов термического расширения стекла и материала формы.The proposed device for implementing this method allows to achieve the purpose of the invention. The location of all structural elements in the working space of the furnace simplifies the task of maintaining a given thermal regime in the furnace in comparison with the known device. The presence of pushers installed in the front part of the mold, mounted vertically, pivotally connected with levers, makes it possible to raise the bent workpiece above the forming surface of the mold, fix it in this position and anneal it, thus completely eliminating the possibility of destruction of the bent workpiece due to the difference in thermal expansion coefficients glass and mold material.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. Заготовку из стекла с заданными геометрическими размерами размещают в печи на разогретой форме. Нагревают заготовку до температуры деформации стекла. Затем осуществляют корректировку заготовки путем механического прижима верхней краевой области заготовки к форме с помощью, например, металлического кольца, нагретого до температуры деформации стекла. После этого изгибают заготовку до заданной кривизны формующей поверхности формы с помощью вакуума. Заготовку приподнимают над формующей поверхностью формы и фиксируют ее положение вне контакта с формой, а затем осуществляют отжиг гнутой заготовки в печи, вне контакта с формой.The proposed method is as follows. A glass blank with predetermined geometric dimensions is placed in a furnace in a heated form. Heat the workpiece to a glass deformation temperature. Then, the workpiece is adjusted by mechanically pressing the upper edge region of the workpiece to the mold using, for example, a metal ring heated to a glass deformation temperature. After that, the workpiece is bent to a predetermined curvature of the forming surface of the mold using vacuum. The billet is raised above the forming surface of the mold and its position is fixed out of contact with the mold, and then the bent workpiece is annealed in the furnace, out of contact with the mold.

На фиг.1 показано положение заготовки стекла на форме и кольца, ширина которого соответствует ширине торцевой части формы, штриховой линией показано положение заготовки после ее изгибания.Figure 1 shows the position of the glass blank on the mold and the ring, the width of which corresponds to the width of the end part of the mold, the dashed line shows the position of the blank after bending it.

На фиг.2 показана гнутая заготовка стекла в приподнятом положении над формующей поверхностью формы.Figure 2 shows a bent glass preform in an elevated position above the forming surface of the mold.

На фиг.3 показана гнутая заготовка стекла в фиксированном приподнятом положении над формующей поверхностью формы.Figure 3 shows a bent glass blank in a fixed elevated position above the forming surface of the mold.

Предложенное устройство содержит печь нагрева 1 с подвижно установленным на ней подом 2, форму 3 с заданной кривизной формующей поверхности и кольцо 4 шириной, соответствующей ширине торцевой части формы 3, расположенное на поверхности заготовки 5. В торцевой части формы 3 имеются толкатели 6 с возможностью их вертикального перемещения при взаимодействии с рычагами 7, шарнирно связанными с толкателями 6 и закрепленными на форме 3. Для создания вакуума в форме 3 имеется отверстие, которое соединено с вакуумной системой (не показана) посредством трубопровода 8. Для фиксирования гнутой заготовки 5 над формующей поверхностью формы 3 используется теплостойкий материал 9, например асбест.The proposed device comprises a heating furnace 1 with a hearth 2 movably mounted on it, a mold 3 with a given curvature of the forming surface and a ring 4 with a width corresponding to the width of the end part of the mold 3 located on the surface of the workpiece 5. In the end part of the mold 3 there are pushers 6 with the possibility of them vertical movement when interacting with levers 7 pivotally connected to the pushers 6 and mounted on the form 3. To create a vacuum in the form 3 there is an opening that is connected to a vacuum system (not shown) by pipeline 8. To fix the bent workpiece 5 above the forming surface of the mold 3, heat-resistant material 9 is used, for example asbestos.

Предложенное устройство работает следующим образом. Под 2 разогретой до температуры деформации стекла печи 1 опускают в нижнее положение и на разогретой форме 3 размещают заготовку 5, после чего под 2 поднимают в верхнее положение. После нагрева заготовки 5 под 2 опускают в нижнее положение и размещают на поверхности заготовки 5 кольцо 4 шириной, соответствующей ширине торцевой части формы 3 (см. фиг.1). Поднимают под 2 в верхнее положение и вакуумируют пространство между заготовкой 5 и формующей поверхностью формы 3 с помощью вакуумной системы (не показана), соединенной с трубопроводом 8 и отверстием в форме 3. После вакуумирования под 2 опускают в нижнее положение, удаляют кольцо 4 с поверхности заготовки 5 и приподнимают ее над формующей поверхностью формы 3 с помощью толкателей 6, перемещающихся вертикально вверх под действием рычагов 7 при их повороте в направлении от формы (см. фиг.2). Далее размещают теплостойкий материал 9 в зазоре между торцевой поверхностью формы 3 и заготовкой 5, поворачивают рычаги 7 в исходное положение и поднимают под 2 в верхнее положение (см. фиг.3).The proposed device operates as follows. Under 2, the glass of the furnace 1 heated to a temperature of deformation is lowered to the lower position and a preform 5 is placed on the preheated form 3, after which under 2 they are raised to the upper position. After heating the workpiece 5 under 2, lower it to the lower position and place on the surface of the workpiece 5 a ring 4 with a width corresponding to the width of the end part of the mold 3 (see figure 1). Raise under 2 to the upper position and vacuum the space between the workpiece 5 and the forming surface of mold 3 using a vacuum system (not shown) connected to the pipe 8 and the hole in mold 3. After evacuation under 2, lower it to the lower position, remove ring 4 from the surface workpieces 5 and lift it above the forming surface of the mold 3 using pushers 6, moving vertically upward under the action of levers 7 when they are rotated in the direction from the mold (see figure 2). Next, heat-resistant material 9 is placed in the gap between the end surface of the mold 3 and the workpiece 5, the levers 7 are turned to their original position and raised under 2 to the upper position (see figure 3).

Пример. Необходимо получить изделие эллипсоидной формы, используемое в качестве отражателя для аэродромного прожектора. Кривая, образующая эллипсоид, рассчитывается по формулеExample. It is necessary to obtain an ellipsoid shaped product used as a reflector for an airfield searchlight. The curve forming an ellipsoid is calculated by the formula

где a=516 мм, b=950 мм.where a = 516 mm, b = 950 mm.

При этом диаметр эллипсоида должен быть равен 416 мм, а стрела прогиба - 190 мм. Используют форму, изготовленную из чугуна, с заданной для эллипсоида кривизной формующей поверхности, шириной торцевой поверхности 100 мм и внешним диаметром 650 мм. Вырезают заготовку из стекла промышленного состава (ГОСТ III-2001) диаметром 650 мм, толщиной 8 мм с температурой размягчения 600±5°C. При этом коэффициенты термического расширения стекла и чугуна равны соответственно 8×10^-6 и 14×10^-6.In this case, the diameter of the ellipsoid should be equal to 416 mm, and the deflection arrow - 190 mm. A mold made of cast iron is used, with the curvature of the forming surface specified for the ellipsoid, the width of the end surface of 100 mm and the outer diameter of 650 mm. A blank of glass of industrial composition (GOST III-2001) with a diameter of 650 mm, a thickness of 8 mm with a softening temperature of 600 ± 5 ° C is cut out. In this case, the coefficients of thermal expansion of glass and cast iron are 8 × 10 ^-6 and 14 × 10 ^-6, respectively.

Печь 1 с подвижно установленным на ней подом 2 и размещенной на нем форме 3 с заданной эллипсоидной кривизной формующей поверхности нагревают до температуры 620±5°C. После выдержки при этой температуре в течение 0,5 ч под 2 опускают в нижнее положение и помещают заготовку 5 с заданными геометрическими размерами на форму 3 с помощью вакуумной удочки. Под 2 поднимают в верхнее положение и выдерживают печь 1 при температуре 620±5°C в течение 10 мин, затем под 2 опускают в нижнее положение и прижимают заготовку 5 к форме металлическим кольцом 4 шириной 100 мм в краевой области заготовки, где она контактирует с торцевой частью формы 3. При этом металлическое кольцо 4 предварительно нагревается до температуры 620±5°C, имеет высоту 18 мм и вес 11,5 кг. Далее под 2 поднимают в верхнее положение, выдерживают печь 1 при указанной температуре в течение 20 мин. И изгибают заготовку путем вакуумирования пространства между заготовкой 5 и формующей поверхностью формы 3 с помощью вакуумной системы (не показана), соединенной с трубопроводом 8 и отверстием в форме 3. После достижения величины вакуума в 1 атм вакуумирование прекращают, под 2 опускают в нижнее положение и удаляют металлическое кольцо 4 с поверхности заготовки 5. Затем приподнимают гнутую заготовку 5 над формующей поверхностью формы 3 путем поворота рычагов 7 в направлении от формы, при этом шарнирно связанные с ними толкатели 6 приподнимают гнутую заготовку 5. В образовавшийся зазор между торцевой поверхностью формы 3 и гнутой заготовкой 5 размещают полоски асбеста 9 толщиной 10 мм, шириной 40 мм и длиной 100 мм. Для симметричной фиксации гнутой заготовки в приподнятом положении полоски асбеста 9 размещают в трех местах торцевой поверхности формы 3 под углом 120°. Рычаги 7 поворачивают в исходное положение, а под 2 поднимают в верхнее положение. Далее температуру в печи снижают до 590±5°C, выдерживают в течение 20 мин и выключают, осуществляя отжиг гнутой заготовки 5 при инерционном охлаждении печи 1 до температуры 40°C. Затем под 2 опускают в нижнее положение, гнутую заготовку извлекают из формы 3, обрезают до заданных геометрических размеров и обрабатывают ее края с помощью алмазного инструмента. Полученную заготовку с заданной эллипсоидной формой передают на участок нанесения покрытий для изготовления отражателя аэродромного прожектора.The furnace 1 with a hearth 2 movably mounted on it and a mold 3 placed on it with a given ellipsoid curvature of the forming surface is heated to a temperature of 620 ± 5 ° C. After exposure at this temperature for 0.5 h, under 2, lower to the lower position and place the workpiece 5 with the given geometric dimensions on the form 3 using a vacuum rod. Under 2, they raise to the upper position and hold furnace 1 at a temperature of 620 ± 5 ° C for 10 minutes, then under 2 they lower them to the lower position and press the workpiece 5 to form with a metal ring 4 100 mm wide in the edge region of the workpiece, where it is in contact with the end part of the mold 3. In this case, the metal ring 4 is preheated to a temperature of 620 ± 5 ° C, has a height of 18 mm and a weight of 11.5 kg. Next, under 2 raise to the upper position, maintain the furnace 1 at the specified temperature for 20 minutes And bend the workpiece by evacuating the space between the workpiece 5 and the forming surface of the mold 3 using a vacuum system (not shown) connected to the pipe 8 and the hole in the mold 3. After reaching a vacuum of 1 atm, the vacuum is stopped, 2 are lowered to the lower position and remove the metal ring 4 from the surface of the workpiece 5. Then raise the bent workpiece 5 above the forming surface of the mold 3 by turning the levers 7 in the direction away from the mold, while the pushers 6 pivotally connected to them lift 5. The workpiece-mentioned gap formed between the end surface of the mold 3 and the workpiece 5 is placed bent strip asbestos September 10 mm thick, 40 mm wide and 100 mm long. For symmetrical fixation of the bent workpiece in the raised position, the asbestos strips 9 are placed in three places on the end surface of the mold 3 at an angle of 120 °. The levers 7 are turned to their original position, and under 2 they are raised to the upper position. Next, the temperature in the furnace is reduced to 590 ± 5 ° C, maintained for 20 minutes and turned off by annealing the bent workpiece 5 with inertial cooling of the furnace 1 to a temperature of 40 ° C. Then under 2 lower in the lower position, the bent workpiece is removed from form 3, cut to a predetermined geometric dimensions and process its edges with a diamond tool. The resulting workpiece with a given ellipsoidal shape is transferred to the coating area for the manufacture of an airfield searchlight reflector.

Полученные по примеру изделия эллипсоидной формы имеют высокие оптические показатели, позволяющие использовать их в качестве отражателей различного назначения, включая аэродромные прожектора.Obtained by the example of an ellipsoid shaped product have high optical performance, allowing them to be used as reflectors for various purposes, including airfield floodlights.

Сравнительные показатели изделий, полученных по предлагаемому и известному способу и устройству, приведены в таблице.Comparative indicators of products obtained by the proposed and known method and device are shown in the table.

Наименование параметровName of parameters Достигнутые показателиAchieved indicators Предложенные способ и устройствоThe proposed method and device Известные способ и устройствоKnown method and device Диаметр светового пятна в фокусе изделия, ммThe diameter of the light spot in the focus of the product, mm 3-43-4 45-5545-55 Оптические искажения в виде волнообразований на поверхности, %Optical distortions in the form of wave formation on the surface,% отсутствуютare absent 5555 Разрушение гнутых заготовок в процессе их отжига, %The destruction of bent blanks during their annealing,% отсутствуетabsent 50fifty

Источники информацииInformation sources

1. US №3607186, кл. C03B 23/02, опубл. 21.09.1971 г.1. US No. 3607186, cl. C03B 23/02, publ. 09/21/1971

2. SU №1056592, кл. C03B 23/02, опубл. 20.06.2005 г.2. SU No. 1056592, cl. C03B 23/02, publ. 06/20/2005

Claims

1. A method of manufacturing bent glass products, including placing the preform in a furnace in a heated form, heating the preform to a glass deformation temperature, bending it by creating a vacuum and then annealing the bent preform in the furnace, characterized in that after bending, the bent preform is raised above form, fix its position and carry out annealing outside the contact of the bent workpiece with the form.

2. A device for the manufacture of bent glass products, containing a furnace, a mold installed in it, connected to a vacuum system and a workpiece correction device, characterized in that pushers pivotally connected to levers fixed to levers are mounted on the front part of the mold form.