Формування скляної порожнистої продукції в умовах масового виробництва здійснюється на високопродуктивних склоформувальних лініях способом видування або пресовидування (рис. 1).

а

б

Рис. 1. Процеси формування форми склотари: а – метод подвійного видування; б – метод пресовидування [1]

Аналізуючи інформацію [2], [3], можна стверджувати, що основними технологічними операціями, які виконуються на всіх машинах є:

1)      подання дозованої краплі гарячого скломатеріалу в чорнову форму (горлом вниз);

2)      запресування/видування краплі (до стану «пульки») і формування горлової частини тари;

3)      розкриття чорнової форми та передача «пульки» до чистової форми;

4)      остаточне формування виробу;

5)      розкриття чистової форми і охолодження виробу.

Під час роботи деталі формокомплекту піддаються значним термоциклічним навантаженням та повинні витримувати велику кількість циклів (тривалість циклу роботи формокомплекту орієнтовно становить 6-8 с). З підвищенням швидкості роботи склоформувальних машин у масовому виробництві, деталі формокомплекту, що забезпечують формування порожнистої тари, піддаються впливу потужного теплового потоку та механічних навантажень на робочі стінки. Зазначені умови їхньої роботи є причиною формування ряду властивостей, якими повинні володіти деталі, а саме – тепло- та жаростійкість, жароміцність, теплопровідність та високі механічні характеристики. Теплові навантаження, що впливають на формокомплект, зумовлені дією розплавленого скла (температура видування близько 900-1100 ºС), а механічні навантаження – впливом тиску через розплавлений матеріал (компресійний тиск під час видування скловиробу може сягати 2,5-3,0 атм [4]).

В результаті дослідження ринку матеріалів, які використовують для виготовлення деталей формокомплекту, можна відзначити, що серед найуживаніших є бронзи, нержавіючі сталі, нікелеві сплави і навіть композити, але найбільшої популярності набули сірі та ковкі чавуни, адже порівняно з вище вказаними матеріалами вони володіють кращими техніко-економічними характеристиками [4], [5].

Однак, спільним недоліком деталей формокомплекту з графітизованих чавунів є структурні трансформації по всьому їх перерізу та вигорання графіту з поверхневого шару, що обумовлено умовами їх експлуатації [4].

Металографічним аналізом відпрацьованих чавунних деталей формокомплекту встановлено, що структура сплаву складається із вкраплин графіту у феритно-перлітній металевій матриці. Дослідження показало, що морфологія графітових вкраплин залежить від призначення склоформи (чорнова – для попереднього видування/випресовування скловиробу; чистова – для формування готового скловиробу) та її робочої зони. На шліфах з відпрацьованих деталей чистового формокомплекту згідно з [5] спостерігається різна морфологія графіту: рівномірно розподілений пластинчастий прямолінійний (рис. 2, зразок 1); пластинчастий завихрений (рис. 2, зразок 2) та дрібний кулястий графіт (рис. 2, зразок 3). Зміна форми графіту від завихреного до гніздоподібного (рис. 2, зразок 2) може бути зумовлена експлуатаційними навантаженнями у робочій зоні та впливом циклічних температурних перепадів, що також впливає на утворення мікропор, які спостерігаються поблизу покриття кромок робочої поверхні (товщина покриття становить близько 0,45 мкм).

а

б

в

г

д

е

Рис. 2. Мікроструктура шліфів чистової форми (протравлені 4% спиртовим розчином азотної кислоти): зразок 1 (а, б), зразок 2 (в, г), зразок 3 (д, е)

Згідно з [6], морфологія графітових вкраплин у деталях для чорнового формокомплекту (рис. 3) відповідає чавуну з вермикулярною формою графіту. Також спостерігаються мікропори біля робочого шару, що обумовлені викришуванням графітових вкраплин внаслідок агресивного впливу розплавленого скла та високих температур.

а

б

в

г

Рис. 3. Мікроструктура шліфів чорнової форми (протравлені 4% розчином азотної кислоти): зразок 1 (а, б), зразок 2 (в, г)

Дослідження мікроструктури чавунних деталей склоформ показало наявність різних структурних трансформацій, в тому числі укрупнення зерен, пошкодження межі їх розділу, що негативно впливає на експлуатаційні характеристики деталей формокомплекту та призводить до виходу їх із ладу.

Одним із способів збільшення терміну експлуатації деталей формокомплекту є забезпечення градієнтної структури у литому стані, яке можна реалізувати різними способами (регулювання швидкості охолодження виливка, застосування спеціальних способів модифікування тощо). Також важливим фактором є забезпечення різної морфології графітових вкраплин по перерізу виливка: дрібні вкраплини графіту кулястої форми у шарі біля поверхні контакту деталі з розплавленим склом, крупні вкраплини вермикулярного графіту в проміжному шарі та пластинчастого графіту в поверхневому шарі. Розроблення технології виготовлення чавунних виливків які б відповідали вищезазначеним вимогам до структури є перспективним шляхом до суттєвого збільшення експлуатаційної стійкості формокомплектів.

Література:

1. «Сannapaco,» [Онлайновий]. Available: https://cannapaco.com/custom-manufacturing-capabilities/glass-container-manufacturing/
2. Воронов Г. К. Технології виробництва скломатеріалів: конспект лекцій. –  Харків: Харків. нац. ун-т міськ. госп-ва ім. О. М. Бекетова., 2020.
3. Племянніков М. М., Яценко А. П., Пилипенко І. В., Корнілович Б. Ю. Інноваційні технології у виробництві спеціального та побутового скла. – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2018.
4. Леушин Е. Р., Чистяков И. О., Марфенин Д. Г. Повышение эксплуатационной стойкости деталей чугунных стеклоформ путем совершенствования технологии их изготовления и контроля / Труды Нижегородского государственного университета им. Р. Е. Алексеева, т. 1, №103. – С 212-224, 2014.
5. . Hollands, The Glass to Metal Interface during Container Forming Processes, The University of Sheffield, March 1998.
6. ГОСТ 3443-87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры, 1987.