Pierwszenstwo: 24. I. 1964 Szwajcaria Opublikowano: 17. IV. 1968 Biblioteka! \ Urzedu P«*ntoW«g«| 1 mumii Mfirnwiilii LrttKI 55288 1 KI. 32 a, 29/00 MKP C 03 b 1 Z1 UKD Twórca wynalazku: Otto Meyer Wlasciciel patentu: Ronor A.G., Berno (Szwajcaria) Sposób ksztaltowania gladkich, zewnetrznych powierzchni o dokladnych wymiarach na wyrobach ze szklanego tworzywa Przedmiotem wynalazku jest sposób ksztaltowania gladkich, zewnetrznych powierzchni o dokladnych wymiarach na wyrobach ze szklanego tworzywa.Tworzenie powierzchni o okreslonych wymia¬ rach na wyrobach ze szklanego tworzywa stanowi nielatwe do rozwiazania zagadnienie techniczne, gdy zostaly postawione wyzsze wymagania doklad¬ nosci. Gdy tolerancje maja byc utrzymane rzedu wielkosci 0,001 mm nastepuje ostateczne ksztalto¬ wanie (kalibrowanie) z reguly za pomoca szlifowa¬ nia, w danym przypadlfti, z nastepujacym po nim polerowaniem. Takwiec na przyklad sprzet szklany do zestawiania aparatury chemicznej, jak kolby, nasadki destylacyjne, chlodnice, korki, korpusy kranów, czopy kranów itp. w miejscach polaczen, sa zaopatrzone w szlifowane znormalizowane prze¬ waznie stozkowe zewnetrzne i wewnetrzne po¬ wierzchnie pasujace, co pozwala na calkowita wy- miennosc i laczenie tych czesci aparatury przez wkladanie stozkowych zlacz w odpowiednie stoz¬ kowe gniazdka.Szlifowanie szkla jest jednak stosunkowo kosz¬ towne i powierzchnie doprowadzone przez szlifo¬ wanie do wymaganej dokladnosci, nie wykazuja nadal pierwotnej gladzi zakrzeplej powierzchni szkla, lecz sa stosunkowo szdrstkie jesli nie zasto¬ sowac koncowego polerowania, zwiekszajacego i tak, juz wysokie koszty produkcji. Dlatego tez sa one silniej atakowane przez rózne chemikalia, co na przyklad pod dzialaniem silnych alkaliów prowadzi 10 20 25 30 do zlepiania sie poszczególnych czesci. Takie po¬ wierzchnie adsorbuja silniej ciala obce, anizeli nie¬ uszkodzone szklane powierzchnie, tak, ze bezuster- kowe oczyszczenie powierzchni szlifu po uzyciu, nie jest juz wiecej mozliwe.Poza tym stozkowe powierzchnie szlifu na szkla¬ nych przedmiotach moga byc otrzymywane nie scisle geometryczne; przez wibracje i przez nie- wywazenie na skutek nierównomiernej grubosci scianek szklanego przedmiotu, w czasie szlifowa¬ nia powstaje zawsze tylko okragly ksztalt zblizony do wielokata. Ta niedokladnosc umozliwia dyfuzje gazów i lacznie z szorstkoscia powierzchni powsta¬ lej przy szlifowaniu, prowadzi czesto do zaklesz¬ czenia szlifu. Dla unikniecia tej niedogodnosci, powierzchnie szlifu przed polaczeniem zazwyczaj smaruje sie specjalnym smarem i srodkiem uszczel¬ niajacym, na przyklad tluszczem do aparatów próz¬ niowych. Smary te jednak moga ulec rozpuszczeniu przez znajdujacy sie w aparaturze rozpuszczalnik albo jego pary, na skutek czego zatraca sie dziala¬ nie smarów i produkt reakcji ulega zanieczyszcze¬ niu.Dla utworzenia scislej wymiarowo wewnetrznej powierzchni wewnatrz pustych naczyn do celów specjalnych jak na przyklad dla przeplywomierzy, strzykawek itp. zostaly opracowane speogalne me¬ tody obróbki plastycznej na goraco. Sposoby te nie znajduja jednak zastosowania przy wytworze¬ niu powierzchni pasujacych wymienionego rodzaju 5526855268 4 co nalezy przypisac faktowi, ze przy tworzeniu od¬ powiadajacych sobie zewnetrznych powierzchni pasujacych nie mozna bylo odstapic od metody szlifowania, gdyz za pomoca zadnej innej metody formowania byla nieosiagalna, równiez wysoka, do tych i innych celów, konieczna dokladnosc.Za pomoca sposobu, ^wedlug przedlozonego wyna¬ lazku, mozna obecnie ksztaltowac na wyrobach ze szkla, gladkie zewnetrzne powierzchnie o doklad¬ nych wymiarach, które to powierzchnie sa co naj¬ mniej tak dokladne, jak stosowane dotychczas po¬ wierzchnie szlifowane bez ich wymienionych po¬ wyzej wad, jak wysokie koszty produkcji i powsta¬ jace szorstkie powierzchnie szklane. Sposób ten jest znamienny tym, ze korpus o zblizonej wstepnie ufor¬ mowanej bryle albo czesci korpusu, odpowiednio nagrzane do temperatury dolnego zakresu obróbki, wprowadza sie do przyrzadu formujacego, wyko¬ nanego z wymagana dokladnoscia, którego tempe¬ ratura jest doprowadzona do górnego zakresu prze¬ ksztalcania szklanego tworzywa, przy czym ze¬ wnetrzna powierzchnia kprpusu poddana kalibro¬ waniu, zostaje nalozona na powierzchnie tworzaca przyrzadu formujacego i ze, po ochlodzeniu co naj¬ mniej zewnetrznej warstwy korpusu, do tempera¬ tury lezacej w dolnym zakresie ksztaltowania albo ponizej niej, zdejmuje sie z przyrzadu formujacego.Wstepne formowanie korpusu ze szkla o wymia¬ rach zblizonych do zadanych, dokonuje sie wedlug ogólnie stosowanych sposobów formowania na go¬ raco. O ile chodzi o korpusy rotacyjnie symetrycz¬ ne, wykonuje sie je, na przyklad przez obróbke korpusu ogrzanego do temperatury w zakresie obróbki cieplnej, na tokarce za pomoca odpowied¬ nio uksztaltowanych rolek. Przy czym powinno sie dazyc do mozliwie dobrego zblizenia do ostatecz¬ nie uformowanej masy. Tolerancja wstepnie ufor¬ mowanego pólproduktu do dalszego ksztaltowania w stosunku dó zadanego wymiaru, winna stanowic rzad wielkosci 0,01 mm, co daje sie jeszcze osiagnac droga znanego sposobu wstepnej obróbki cieplnej.W okreslonych przypadkach dopuszczalne sa nieco wieksze odchylenia. Tak wiec mozliwe jest kalibro¬ wanie pustych wewnatrz korpusów, które bez¬ posrednio po wprowadzeniu do przyrzadu formu¬ jacego, przez wewnetrzne cisnienie, to znaczy, przez wydmuchiwanie moga byc nieco poszerzone, sta¬ nowia wstepnie uformowane pólfabrykaty przezna¬ czone do obróbki, które zawsze wykazuja nizsze wymiary rzedu wielkosci 0,1 mm.Zewnetrzna powierzchnie takich wewnatrz pu¬ stych korpusów przez wydmuchiwanie doprowadza sie do przylegania do powierzchni tworzacej przy¬ rzadu formujacego.Stosownie do utrzymywanego zakresu tempera¬ tur, wzglednie którego górna i dolna granica jest taka, ze pólprodukt przeznaczony do dalszej obrób¬ ki, z jednej strony ma dostateczna wytrzymalosc, azeby bez zmiany ksztaltu, na przyklad pod dzia¬ laniem sily ciazenia, dal sie wlozyc do przyrzadu formujacego, z drugiej zas jednak strony wykazy¬ wal dostateczna zdolnosc do plastycznego ksztal¬ towania tak, ze mozliwe jest zadane kalibrowanie bez powstawania napiec i na przyklad wprowadzo¬ ny pusty wewnatrz korpus z malym naddatkiem na obróbke pod dzialaniem wewnetrznego nad¬ cisnienia gazu, jeszcze nieznacznie rozszerza sie tak, ze moze on byc uzyty do przylegania do powierzchni wzorujacej przyrzadu formujacego. Dotyczy to dol- 5 nego zakresu obróbki odnosnego tworzywa, którego dynamiczna lepkosc wynosi okolo 106 do 108 puazów.Niepozadana zmiana ksztaltu pólfabrykatu nagrza¬ nego do temperatury w tym zakresie, napotyka na odpowiednie celowe rozmieszczenie masy na przy- io klad przez rotacje poziomo umocowanego uprzed¬ nio uformowanego pólproduktu, co najmniej az do jego umieszczenia na synchronicznie obracajacym sie przyrzadzie formujacym. Ogrzewanie korpusu do wymaganej temperatury odbywa sie przewaznie 15 w taki sam sposób obróbki, jak jego wstepne formo¬ wanie o wymiarach zblizonych do wymiarów wy¬ maganych. Jesli to odbywa sie na tokarce, to istnieje mozliwosc jednoczesnej wspomnianej rotacji (obro¬ tu) ogrzanego pólproduktu i przyrzadu formujacego. 20 w momencie umieszczania wstepnie uksztalto¬ wanego pólproduktu w przyrzadzie formujacym, ten ostatni powinien byc ogrzany do temperatury górnego zakresu przeksztalcania szklanego mate¬ rialu. Calkowity zakres przeksztalcania stosownie 25 do definicji lepkosci dynamicznej, wynosi okolo 1012 do 1015 puazów. Górna granica temperatury przyrzadu formujacego jest przez to okreslona, ze przy zbyt wysokiej temperaturze narzedzia, korpus ze szklanego tworzywa przykleja sie do powierzchni 30 ksztaltujacej przyrzadu formujacego, co utrudnia ksztaltowanie gladkich, precyzyjnych powierzchni, Przy zbyt niskiej temperaturze przyrzadu formuja¬ cego, pozadanej dokladnosci równiez nie da sie osiagnac, poniewaz tworzywo po zetknieciu z przy- 35 rzadem formujacym, zbyt szybko krzepnie.Dopóki chodzi o kalibrowanie pustych korpusów, wstepnie uksztaltowany pólprodukt powinien ce¬ lowo wykazywac naddatek na obróbke rzedu 0,1 mm i po umieszczeniu go w stanie plastycznym 40 do ogrzanego przyrzadu formujacego, odprowadza sie za pomoca cisnienia gazu do przylegania do powierzchni ksztaltujacej przyrzadu formujacego.Do tego, przy wymienionej tolerancji i poddanej temperaturze szklanego tworzywa, wystarczy we- 45 wnetrzne cisnienie okolo 1—2 atmosfer.Najprostsze jest stosowanie powietrza jako gazu do wytwarzania cisnienia, jednak do tego celu nadaja sie równiez i inne gazy. Dla wytworzenia potrzebnego cisnienia wskazane jest zamknac je- 50 den koniec pustego korpusu i do drugiej strony dolaczyc zródlo cisnienia. Dwustronnie otwarte puste korpusy o ksztalcie rur, po uformowaniu zewnetrznych powierzchni otrzymuje sie otwie¬ rajac ich konce, na przyklad, przez odtopienie lub 55 obciecie kopulastych koncówek.Pólfabrykat przez pewien czas, w zaleznosci od wielkosci, ksztaltu, wlasciwosci materialu pozo¬ stawia sie w ciagu 10 do 30 sekund w przyrzadzie formujacym. Przy tym, pólfabrykat na skutek wyz- 60 szej temperatury oddaje cieplo przyrzadowi, który na krótko przybiera w obrebie jego powierzchni ksztaltujacej wyzsza* temperature, natomiast traci cieplo na zewnatrz i razem z nim studzi sie. Chlo¬ dzenie to w pewnych przypadkach moze byc jesz- 65 cze przyspieszone przez system chlodzacy.* 55268 6 Gdy przyrzad formujacy, a wraz z nim równiez i zewnetrzna warstwa pólfabrykatu, ostudzi sie do temperatury dolnego zakresu przeksztalcania szkla¬ nego tworzywa, pólfabrykat zostaje wysuniety z przyrzadu formujacego. Zbyt wczesne wyjecie 5 jest szkodliwe dla zalozonej dokladnosci wykonania i powoduje, ze pólfabrykat jest za miekki i przez mechaniczne obciazenie przy wysuwaniu zostaje zdeformowany, albo, ze przebieg ksztaltowania nie jest calkowicie zakonczony. Dolna granica tempera- 10 tury dla wyjecia pólfabrykatu moze byc okreslona tym, ze, poniewaz wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej szklanego tworzywa przynajmniej ponizej jego temperatury formowania z reguly jest mniej¬ szy, niz ten wspólczynnik tworzywa metalowego 15 narzedzia, pólfabrykat sam przez sie przy dalszym chlodzeniu zakleszcza sie w sposób nie do usunie¬ cia z silniej kurczacego sie przyrzadu formujacego, co w krancowym przypadku prowadzi do pekniecia pólfabrykatu albo do trwalej deformacji przyrzadu 20 formujacego. Zakleszczony w ten sposób pólfabry¬ kat, moze byc wyjety bez uszkodzenia przez po¬ nowne ogrzanie przyrzadu formujacego. W normal¬ ny sposób osiaga sie jednak dokladnosc równiez bez tak silnego chlodzenia i ponownego ogrzewania, 25 tak, ze zabieg ten stwarza zbedna komplikacje.Technicznie i ekonomicznie najkorzystniejsza chwila do wysuniecia (wyjecia) jest wtedy, kiedy to jest jeszcze mozliwe, przy uzyciu pewnej sily, przy pomocy odpowiedniego mechanizmu. 30 Przyrzad formujacy wykonany jest przewaznie z metalu, który w dostatecznej mierze odpowiada wymaganiom pod wzgledem odpornosci cieplnej, wytrzymalosci na utlenianie itd. Nadaja sie do tego celu na przyklad narzedzia z chromowanej stali, ^ chromowanej miedzi, jak równiez ze specjalnych stopów, jak „Nimonic" i „Inconel".Wartosc absolutna istotnych temperatur w spo¬ sobie wedlug wynalazku, które powyzej zostaly podane jako zwykle funkcje dynamicznej ciagli- 40 wosci (wiskozy) szklanego tworzywa moga byc wziete z odnosnych tablic i krzywych. Na przy¬ klad jesli dla stosowanego szkla aparaturowego Duran 50 zakres przeksztalcania lezy miedzy 500 i 600°C, to zakres przeróbki rozpoczyna sie przy 45 okolo 780°C.Przykladowy sposób wykonania wynalazku zo¬ stanie opisany w oparciu o zalaczony rysunek, na którym fig. 1 do 4 przedstawiaja cztery poszczegól¬ ne fazy wytwarzania gladkiej, stozkowej po- 50 wierzchni zewnetrznej na koncu wirowo-syme- trycznego pustego korpusu ze szkla aparaturowego „Duran 50", podczas gdy fig. 5 przedstawia pusty korpus z kulista koncówka, wykonany w ten sam sposób. w Przyklad. Przedstawione na fig. 1 do 4 przy¬ kladowe wykonanie wskazuje w jaki sposób zaopa¬ truje sie koncowy odcinek zewnetrznej powierzchni cylindrycznej szklanej rury 1 przedstawionej na 60 fig. 1 w gladka powierzchnie slizgowa i powierzch¬ nie pasowania.Przedstawiona na fig. 1 rure 1 zamocowuje sie bardzo precyzyjnie wspólsrodkowo do osi w obro¬ towym uchwycie, azeby podczas calego przebie- 65 gu obróbki mogla sie obracac wokól jej podluz¬ nej osi, co jest bardzo celowe dla otrzymania bezusterkowego jakosciowo produktu. Koniec rury zamyka sie w jakikolwiek znany sposób, na przyklad przez zatopienie, jak przedstawia fig. 2, na której miejsce zatopienia oznaczono jako la.Nastepnie nadaje sie koncowemu odcinkowi przyblizony ksztalt, który w stosunku do osta¬ tecznego ksztaltu wykazuje naddatek na obróbke rzedu 0,1 mm. Na fig. 3 pokazano dwa narzedzia 2 i 3 niezbedne do przeprowadzenia procesu.Narzedzia te wpostaci rolek z wegla lub metalu sa osadzone obrotowo na osiach 2a i 3a.Narzedzia te przede wszystkim umieszcza sie w prawidlowym polozeniu. A wiec rolke 2 nastawia sie w taki sposób, aby lezala na ru¬ rze 1 podczas, gdy rolke 3 stopniowo wprowa¬ dza sie na rure 1, podczas gdy rure te zmiekcza sie za pomoca acetylenowego plomienia 4, który przesuwa sie tam i z powrotem miedzy dwo¬ ma polozeniami 4 i 4'. Jednoczesnie do wnetrza rury .wprowadza sie starannie stopniujac spre¬ zone powietrze, dopóki koncowy odcinek rury, przedstawiony na fig. 3 nie przybierze stozko¬ watego ksztaltu. Po tym koncowy odcinek Ib wstepnie uformowany i ogrzany do okolo 800 °C wprowadza sie do formy 5, ogrzanej uprzednio do okolo 590°C, która na przyklad wykonana jest z Inconeru. Forma ta jak i pozostale na¬ rzedzia jest ulozyskowana obrotowo i bardzo pre¬ cyzyjnie wspólsrodkowo do osi obrotu obraca sie wraz ze szklana rura. Zewnetrzna powierzchnia wstepnie uformowanej czesci rury przez ponowne doprowadzenie sprezonego powietrza, zostaje do¬ cisnieta do powierzchni ksztaltujacej przyrzadu formujacego.Po ostudzeniu przyrzadu formujacego do okolo 50—70°C, do czego potrzeba okolo 20 sekund, pól¬ fabrykat wyciaga sie z przyrzadu formujacego ruchem wzdluz osi, po czym cisnienie wewnetrzne redukuje sie do cisnienia atmosferycznego.W zadanym przypadku rure otwiera sie przez odciecie lub odtopienie spiczastego konca. Po cal¬ kowitym ostygnieciu pólfabrykat jest calkowicie rozprezony; jakas szczególna obróbka cieplna nie jest konieczna. PL