Stikla atkausēšana

Mijiedarbības spēku uz vienības šķērsgriezumu vielas iekšpusē sauc par iekšējo spriegumu. Stikla iekšējo spriegumu var iedalīt trīs kategorijās atbilstoši dažādiem tā rašanās cēloņiem.
(1) Termiskais spriegums stiklā Spriegumu, kas stiklā rodas temperatūras starpības dēļ, sauc par termisko spriegumu. Pēc eksistences īpašībām to iedala īslaicīgā un pastāvīgā stresā.
1 Pagaidu spriegums Termisko spriegumu, kas rodas, kad stikls elastīgās deformācijas temperatūras diapazonā ar temperatūru, kas ir zemāka par deformācijas punktu, sildīšanas vai dzesēšanas laikā piedzīvo nevienmērīgas temperatūras izmaiņas, sauc par pagaidu spriegumu. Šis stress pastāv, pastāvot temperatūras gradientam, un pazūd, kad temperatūras gradients izzūd.
2 Pastāvīgais spriegums Termisko spriegumu, kas saglabājas stiklā pēc temperatūras gradienta izzušanas starp stikla iekšējo un ārējo slāni, sauc par pastāvīgo spriegumu. Pastāvīga sprieguma rašanās stiklā ir spriedzes relaksācijas rezultāts deformācijas temperatūras diapazonā. Lai samazinātu pastāvīgā sprieguma rašanos, atbilstoši stikla ķīmiskajam sastāvam un izstrādājuma biezumam jāizvēlas atbilstoša atlaidināšanas temperatūra un dzesēšanas ātrums, lai atlikušā sprieguma vērtība būtu pieļaujamā diapazonā.
(2) Stikla struktūras spriegums Spriegumu, kas stiklā rodas struktūras nelīdzenumu dēļ, ko izraisa nevienmērīgs ķīmiskais sastāvs, sauc par strukturālo spriegumu. Strukturālais stress ir pastāvīgs stress. Piemēram, stikla kausēšanas procesā sliktas kušanas homogenizācijas dēļ rodas defekti, piemēram, svītras un akmeņi. Šo defektu ķīmiskais sastāvs atšķiras no galvenā stikla ķīmiskais sastāvs, un atšķiras arī to izplešanās koeficienti. Pēc tam, kad temperatūra sasniedz istabas temperatūru, blakus esošās daļas ar dažādiem izplešanās koeficientiem saraujas atšķirīgi, radot spriegumu stiklā. Šo spriegumu, ko izraisa stikla raksturīgā struktūra, nevar novērst, atkausējot.
(3) Stikla mehāniskais spriegums Mehāniskais spriegums attiecas uz spriegumu, ko izraisa ārējs spēks, kas iedarbojas uz stiklu. Tas ir īslaicīgs stress. Tas pazūd, kad pazūd ārējais spēks.

Stikla atkausēšana ir termiskās apstrādes process, lai samazinātu vai novērstu pastāvīgo spriegumu, kas stiklā rodas formēšanas vai termiskās apstrādes procesā, un uzlabotu stikla veiktspēju.
Atbilstoši spriedzes veidošanās cēloņam stiklā, stikla atkausēšana būtībā sastāv no diviem procesiem: spriedzes samazināšanas un likvidēšanas; novēršot jauna stresa rašanos. Stiklam nav noteikta kušanas temperatūra. Tas atdziest no augstas temperatūras un pārvēršas no šķidra uz trauslu cietu materiālu. Šo temperatūras diapazonu sauc par pārejas temperatūras diapazonu. Augšējā robežtemperatūra ir mīkstināšanas temperatūra, bet apakšējā temperatūra ir pārejas temperatūra. Pārejas temperatūras diapazonā daļiņas stiklā joprojām var kustēties, tas ir, noteiktā temperatūrā tuvu pārejas temperatūrai, siltuma saglabāšana un izlīdzināšana var novērst stikla termisko spriegumu. Tā kā stikls šobrīd ir viskoelastīgs korpuss, lai gan stresu var mazināt, tas nemainīs izstrādājuma izskatu.

(1) Stikla atkausēšanas temperatūra un atkausēšanas temperatūras diapazons Lai novērstu pastāvīgo spriegumu stiklā, stikls jāsasilda līdz noteiktai temperatūrai, kas ir zemāka par stiklošanās temperatūru Tg, lai saglabātu siltumu un izlīdzinātu, lai novērstu katras daļas temperatūras gradientu. no stikla un atslābiniet stresu. Šo siltuma saglabāšanas un izlīdzināšanas temperatūru sauc par atkvēlināšanas temperatūru. Stikla augstākā atlaidināšanas temperatūra attiecas uz temperatūru, kurā 95% sprieguma var novērst pēc 3 minūtēm, kas ir līdzvērtīga atkausēšanas punktam (n-1012Pa·s), ko sauc arī par augšējo atlaidināšanas temperatūru. ; zemākā atkausēšanas temperatūra attiecas uz temperatūru, kurā pēc 3 minūtēm var novērst tikai 5% sprieguma. To sauc arī par zemāko atkausēšanas temperatūru. Temperatūras diapazonu no augstākās atkausēšanas temperatūras līdz zemākajai atlaidināšanas temperatūrai sauc par atkausēšanas temperatūras diapazonu. Atkausēšanas temperatūras diapazons parasti ir 50–150 grādi. Pudeļu stikla augstākā atlaidināšanas temperatūra ir 550–600 grādi. Faktiskajā ražošanā parasti izmantotā atkausēšanas temperatūra ir par 20–30 grādiem zemāka nekā augstākā atkausēšanas temperatūra. Zemākā atkausēšanas temperatūra ir par 50–150 grādiem zemāka nekā augstākā atkausēšanas temperatūra. Stikla atkausēšanas temperatūra ir saistīta ar tā ķīmisko sastāvu. Jebkurš sastāvs, kas var samazināt stikla viskozitāti, var arī samazināt atkausēšanas temperatūru.

(2) Stikla atkausēšanas process Stikla izstrādājumu atkausēšanas process ietver četrus posmus: sildīšanu, siltuma saglabāšanu, lēnu dzesēšanu un ātru dzesēšanu. Atbilstoši katra posma sildīšanas un dzesēšanas ātrumiem, siltuma saglabāšanas temperatūrai un laikam var uzzīmēt temperatūras un laika attiecības līkni. Attēlā 2-35 ir atkausēšanas līkne.
Pirmais posms ir sildīšanas posms. Galvenais uzdevums ir uzsildīt produktu līdz atkvēlināšanas temperatūrai. Kad stikla izstrādājums tiek veidots un nosūtīts uz atkausēšanas krāsni, paša izstrādājuma temperatūras krituma dēļ formēšanas un transportēšanas procesā, produkta temperatūra parasti ir zemāka par stikla atkausēšanas temperatūru, kad tas nonāk atlaidināšanas krāsnī. , īpaši attiecībā uz dažiem plānsienu izstrādājumiem. Tāpēc, produktam nonākot rūdīšanas krāsnī, produkts jāuzsilda līdz iepriekš noteiktai atkausēšanas temperatūrai.

Karsējot stiklu, tā virsmas slānis tiek pakļauts spiedes spriedzei un tā iekšējais slānis ir pakļauts stiepes spriedzei. Tā kā stikla spiedes izturība ir aptuveni 10 reizes lielāka par tā stiepes izturību, sildīšanas ātrums var būt attiecīgi lielāks. Tomēr pagaidu sprieguma, ko rada temperatūras gradients, un raksturīgā pastāvīgā sprieguma summa sildīšanas procesā nevar būt lielāka par stiepes izturības robežu, pretējā gadījumā tas salūzīs. Faktiskajā ražošanā sildīšanas un sildīšanas ātrumu ietekmēs tādi faktori kā stikla izstrādājumu biezuma viendabīgums, izstrādājumu izmērs un forma, kā arī temperatūras sadalījuma vienmērīgums atkausēšanas krāsnī.
Atlaidināšanu tūlīt pēc produkta veidošanās sauc par primāro atkausēšanu, un atkausēšanu pēc produkta atdzesēšanas sauc par sekundāro atkausēšanu. Pudeļu un kannu stikla izstrādājumu ražošanā vienmēr tiek izmantota primārā atkausēšanas metode, ievadot atkausēšanas krāsnī tūlīt pēc formēšanas. Dažiem izstrādājumiem ar sarežģītām formām, nevienmērīgu sieniņu biezumu vai pudeles dibena biezumu, kas pārsniedz 8 mm, otrreizējai atkausēšanai ir stingri aizliegts izmantot vienreizējo atlaidināšanas krāsni. Ja nepieciešama atkārtota atkausēšana, atkausēšanai jāizvēlas sekundārā atkausēšanas krāsns, pretējā gadījumā stikla izstrādājumi pārplīsīs. Piemēram, virsmas uzlīmes izstrādājumi pieder sekundārajai atkausēšanai, un cepeškrāsni izmanto, lai produktu atkausētu otrreizējai atkausēšanai. Dažiem produktiem, kas jāapstrādā ar žāvēšanu, ja spriegums pēc žāvēšanas ir pārāk liels, spriedzes novēršanai ir nepieciešama arī sekundārā atkausēšana.
Otrais posms ir izolācijas posms, kura galvenais mērķis ir novērst temperatūras gradientu, ko rada ātra karsēšana, un novērst produkta iekšējo spriegumu. Ļaujiet izzust temperatūras starpībai starp virsmas temperatūru un izstrādājuma iekšējo slāni. Šajā posmā vispirms ir jānosaka atlaidināšanas temperatūra, pēc tam izolācijas laiks. Parasti atkausēšanas temperatūra ir par 20–30 grādiem zemāka par atkausēšanas temperatūras augšējo robežu. Papildus tiešajiem mērījumiem temperatūru, pie kuras viskozitāte ir 1012Pa·s, var arī aprēķināt, pamatojoties uz stikla sastāvu. Kad ir noteikta atkausēšanas temperatūra, izolācijas laiku var aprēķināt pēc 70a2 ~ 120a2 vai saskaņā ar pieļaujamo sprieguma vērtību.
Parasti izstrādājumiem ar biezām sienām temperatūras laikam jābūt garākam, lai izstrādājumā esošo spriegumu varētu pilnībā atslābināt, pretējā gadījumā izstrādājumā saglabāsies liels iekšējais spriegums. Plānsienu izstrādājumiem izolācijas laiks var būt attiecīgi īsāks.
Trešais posms ir produkta lēnas dzesēšanas posms atkausēšanas krāsnī. Pēc noteikta siltuma saglabāšanas perioda atkausēšanas temperatūrā produkta sākotnējais spriegums ir novērsts. Lai pēc atdzesēšanas neveidotos pastāvīgs spriegums vai samazinātu to līdz izstrādājumam nepieciešamajam sprieguma diapazonam, pēc izlīdzināšanas ir nepieciešama lēna dzesēšana, lai novērstu pastāvīga sprieguma veidošanos.
Ceturtais posms ir stikla ātrās dzesēšanas posms. Ātrās dzesēšanas sākuma temperatūrai jābūt zemākai par stikla deformācijas punktu, jo stikla struktūra ir pilnībā fiksēta zem deformācijas punkta. Lai gan temperatūras gradients tiek ģenerēts šajā laikā, netiks radīts pastāvīgs stress. Ātrās dzesēšanas stadijā var radīt tikai īslaicīgu stresu. Ievērojot priekšnoteikumu, ka stikla izstrādājumi nesadalās īslaicīga spriedzes dēļ, tos var atdzesēt pēc iespējas ātrāk.
Faktiskajā ražošanā tiek izmantots zemāks dzesēšanas ātrums. Vispārējam stiklam tiek ņemti 15% ~ 20% no šīs vērtības, bet optiskajam stiklam - mazāk nekā 5%.
Stikla izstrādājumu kopējais atkausēšanas laiks ir sildīšanas, siltuma saglabāšanas, lēnas dzesēšanas un ātrās dzesēšanas laika summa. Katra posma atkausēšanas ātrumam jābūt ierobežotam līdz pieļaujamajai sprieguma vērtībai, ko izstrādājums var izturēt. Vispirms ar aprēķinu nosakiet vispiemērotāko atlaidināšanas līkni un parasti pielāgojiet to ražošanas praksē. Pudeļu stiklam! Atkausēšanas sistēma ir parādīta tabulā 2-34.

(3) Problēmas, kas jāņem vērā, veidojot atkausēšanas sistēmu. Pudeļu stikla atkausēšanas temperatūra jānosaka atbilstoši produkta izmēram, svaram, stikla sastāvam, produkta krāsns temperatūrai un katras atkausēšanas krāsns strukturālajām īpašībām. Tajā pašā laikā jāņem vērā arī šādi punkti.
① Temperatūras starpības ietekme rūdīšanas krāsnī Neskatoties uz daudziem tehniskiem pasākumiem, temperatūras sadalījums rūdīšanas krāsns šķērsgriezumā joprojām ir nevienmērīgs, kas padara produkta temperatūru nevienmērīgu. Tāpēc, veidojot atlaidināšanas sistēmu, izolācijas laiks ir atbilstoši jāpagarina, un lēnajam dzesēšanas ātrumam jābūt mazākam par dzesēšanas ātrumu, kas atbilst faktiskajai pieļaujamajai pastāvīgā sprieguma vērtībai, parasti aprēķinam tiek ņemta puse no pieļaujamās sprieguma vērtības. Sildīšanas ātruma un ātras dzesēšanas ātruma noteikšanā jāņem vērā arī atlaidināšanas krāsns temperatūras starpības ietekme.
Ja produktam nav nepieciešama aukstā izsmidzināšana, atstarpēm starp pudelēm atlaidināšanas krāsns ķēdē jābūt pēc iespējas tuvākam, neietekmējot siltuma ciklu un vēja siltuma ciklu krāsnī. Parasti ir piemērots 15–20 mm. Turklāt jāņem vērā arī pudeles augstums un forma. Ja pudele ir garāka, var ņemt attāluma augšējo robežu, un, ja pudele ir īsāka, var ņemt apakšējo robežu. Ja produktam nepieciešama aukstā izsmidzināšana, pudeles attālumam jābūt balstītam uz aukstā gala izsmidzināšanas iespēju vienmērīgi izsmidzināt uz pudeles korpusa.
③ Atlaidināšanas problēmas izstrādājumiem ar biezām sienām un sarežģītām formām Temperatūras atšķirība starp biezu sienu izstrādājumu iekšējo un ārējo slāni ir liela. Tāpēc atlaidināšanas temperatūras diapazonā attiecīgi jāpagarina biezu sienu izstrādājumu izolācijas laiks, lai izstrādājumu iekšējā un ārējā slāņa temperatūra varētu būt konsekventa, bet attiecīgi jāpalēninās arī dzesēšanas ātrums un kopējais atkausēšanas laiks jāpagarina. Jāņem vērā, ka biezsienu izstrādājumu siltināšanas laika pagarinājums nav proporcionāls izstrādājumu biezumam. Tas ir tāpēc, ka pēc biezuma palielināšanās slodze ir lielāka. Ja izstrādājumus ilgstoši tur augstākā temperatūrā, tie viegli deformējas. Produkti ar sarežģītām formām ir pakļauti stresa koncentrācijai. Tāpēc tiem ir jāizmanto salīdzinoši zema izolācijas temperatūra, piemēram, izstrādājumiem ar biezām sienām, un izolācijas laiks ir atbilstoši jāpagarina. Gan apkures, gan dzesēšanas ātrumam jābūt lēnam.
④ Dažādu veidu izstrādājumu atkausēšanas problēmas vienā krāsnī Ja vienā atlaidināšanas krāsnī tiek atkausēti produkti ar vienādu ķīmisko sastāvu un dažādu biezumu, atlaidināšanas temperatūra jānosaka atbilstoši izstrādājumam ar mazāko sieniņu biezumu, lai izvairītos no plānās plātnes deformācijas. produktiem. Tomēr izolācijas laiks ir atbilstoši jāpagarina, un sildīšanas un dzesēšanas ātrums jānosaka atbilstoši izstrādājumam ar vislielāko sieniņu biezumu, lai nodrošinātu, ka biezsienu izstrādājumi nesaplīstu termiskās slodzes dēļ.
Ja vienā atlaidināšanas krāsnī tiek atkausēti izstrādājumi ar dažādu ķīmisko sastāvu, par izolācijas temperatūru jāizvēlas stikla izstrādājums ar zemāko atkausēšanas temperatūru. Tajā pašā laikā izolācijas laiks ir jāpagarina, lai produkti ar atšķirīgu atlaidināšanas temperatūru varētu sasniegt labu atlaidināšanu.
⑤ Produktu raksturīgā sprieguma ietekme Strauji karsējot, papildus pagaidu sprieguma aprēķināšanai atbilstoši temperatūras starpībai jānovērtē arī raksturīgā sprieguma ietekme.