Формование стеклянных изделий

Благодаря уникальным свойствам стекломассы (главным образом, её пластичности, вязкости и высокому поверхностному натяжению) вырабатывать из неё изделия можно самыми разнообразными способами.

Одним из самых старых способов выработки стеклоизделий является выдувание. Данный способ практически универсальный для производства стеклянных изделий бытового назначения. Выдуванием можно получать плоские изделия и полые, тонкостенные и толстостенные, мелкие и крупные, простые и сложные по форме изделия.

Способ заключается в том, что порцию стекла, подобно мыльному пузырю, раздувают воздухом под давлением. Различают ручное и механизированное выдувание. Ручное выдувание применяют для изготовления изделий сложных форм, а механизированное – более простых (например, стаканов).

При ручном выдувании воздух вдувают в порцию стекла при помощи специальной стеклодувной трубки, которая представляет собой пустотелый стержень из жаропрочной стали длиной более 1 метра. Воздух в неё вдувается ртом мастера или посредством резинового ручного баллона, надетого непосредственно на трубку. Конструкция стеклодувной трубки с баллоном изображена на рис. Она получила название «трубка-самодувка».

При формовании изделий на разогретый конец трубки, имеющий утолщение, называемое «набель», из печи набирают порцию стекломассы, которая прилипает к разогретому металлу, и раздувают в небольшой пузырь – «баночку». Заготовку охлаждают, набирают на неё новую порцию стекла и, слегка раздувая, придают набору форму, близкую к форме будущего изделия (вращая его, сплющивая или оттягивая при помощи специальных металлических щипцов). Затем помещают набор в подогретую форму и выдувают изделие, постоянно вращая при этом трубку. Под действием вдуваемого воздуха стекла плотно прилегает к стенкам формы и застывает. Формы чаще всего используют металлические (стальные или чугунные). Цилиндрические и конические изделия выдувают в неразъёмные формы. Изделия сложной формы (у которых верхний диаметр меньше наибольшего) выдувают в формы разъёмные, состоящие из двух или трёх частей. Благодаря тому, что изделие при выдувании в форму постоянно вращается, и внутренние стенки формы покрыты специальной смазкой (в состав смазки обычно входит древесный уголь, который под воздействием высокой температуры стекломассы выгорает, образуя огневую прослойку между стенками формы и изделием), поверхность получаемых изделий гладкая. При этом даже если их выдували в разъёмные формы, швы от мест соединения частей формы отсутствуют.

После извлечения изделия из формы, мастер касается холодным металлическим предметом места соединения нижнего конца трубки с изделием. При этом из-за резкого местного изменения температуры образуется трещина, и изделие легко отделяется от трубки.

При механизированном способе выдувания принцип формования тот же, только воздух вдувается посредством специальной дутьевой головки стеклодувного автомата, баночка раздувается в так называемой черновой форме, а изделие формуется в чистовой. Все процессы: набор стекломассы в формы, подача воздуха, извлечение готового изделия и т. д. автоматизированы.

В производстве стеклянных изделий часто используют метод прессования. Стекломассу прессуют при помощи формы, определяющей контур внешней поверхности изделия, и сердечника (пуансона), создающего давление на стекло и оформляющего внутреннюю поверхность. Способ даёт возможность получить и полые, и плоские изделия. Схема прессования стеклоизделий показана на рис. Толщина стенок изделия зависит от величины зазора между пуансоном и формой. Очевидно, что данным способом получить тонкостенные изделия невозможно. Ещё один недостаток прессования в том, что поверхность изделия получается более грубая, не такая гладкая, как у выдувных изделий; на ней часто могут оставаться следы от пресс-формы (порок «кованность»). У изделий, прессованных в разъёмные формы, на поверхности всегда остаются швы от мест соединения частей формы. Для маскировки грубой поверхности изделий и швов от пресс-формы, а также в качестве метода декорирования прессованных изделий часто используется рельефный рисунок на изделии, получаемый за счёт аналогичного рисунка на внутренней поверхности формы.

Для формования полых изделий, имеющих сравнительно с основным диаметром изделия узкое горло, и для которых не сильно важны эстетические свойства (например, тарная посуда), применяют комбинированный прессовыдувной способ. При его использовании заготовку выпрессовывают в черновой форме, а готовое изделие выдувают в чистовой. Этот способ обеспечивает точное оформление горла изделий и равномерное распределение стекломассы в форме. Основной недостаток прессовыдувных изделий – обязательное наличие швов от пресс-формы.

Для выработки изделий крупных размеров, большого веса или значительной высоты и при этом имеющих форму тел вращения может применяться способ центробежного формования. Сущность способа состоит в том, что сильно разогретую порцию стекломассы помещают на дно формы, которую вращают с большой скоростью. Под действием центробежной силы стекло равномерно распространяется по дну формы и поднимается по её стенкам до верхнего края. После застывания стекло точно повторяет конфигурацию внутренней поверхности формы.

Интересные по внешнему виду изделия можно получать способом моллирования. Раскатанную на плоской поверхности при помощи катящегося вала заготовку в виде плоского листа нужной толщины помещают на край разогретой формы. При дополнительной подаче тепла к форме заготовка размягчается и под действием собственной силы тяжести опускается в форму. После прекращения подачи тепла изделие застывает. У получаемых массивных изделий нет острых углов, утолщённое дно и стенки неравномерной толщины, – чем ближе к краю изделия, тем тоньше.

Распространённым способом формования стеклоизделий бытового назначения (а именно – художественно-декоративных изделий, в частности сувениров) является свободное формование или «гутенская выработка». Способ заключается в обработке порции стекломассы в пластичном состоянии специальными инструментами – щипцами, ножницами и др. для придания ей необходимой формы.

Достаточная текучесть стекломассы позволяет формовать изделия из стекла и способом литья. Данным способом вырабатываются стеклянные скульптуры, массивные пробки к графинам и т.д. Незаменим данный способ при производстве оптических стёкол.

Способом, который практически не имеет самостоятельного применения, но как вспомогательный может быть использован со всеми вышеперечисленными, является сочленение. Он основан на способности стекломассы прочно соединяться со стеклом. Таким способом, например, прикрепляют ручки к выдувным кружкам и кувшинам, соединяют между собой детали сувенирных изделий, полученных гутенской работой и т.д.

Другие способы формования стеклоизделий, например, вытягивание и прокат широкого применения при изготовлении бытовых изделий не получили, поэтому рассматриваться здесь не будут. Хотя в области изготовления архитектурно-строительных и технических изделий они распространены очень широко. Например, при изготовлении листового стекла, они являются основными.