ШЛИФОВКА И ПОЛИРОВКА СТЕКЛА

Раздел: Учебники

Представителями мощного станочного оборудования для обработки листового стекла большого формата являются вращающиеся станки с круглыми столами. Этот тип станка характеризуется тем, что обрабатываемое стекло лежит на металлическом столе круглом формы, который Совершает вращательное движение. Рабочие инструменты обрабатывают все уложенные на столе листы стекла непрерывно друг за другом; при этом инструменты обычно не имеют собственного привода, их движс- нпе обусловлено треннем о вращающийся стол со стеклом. Современное промышленное оборудование имеет много предшественников различного конструктивного оформления.

Старый английский способ полировки ни четырехгранных или восьмигранных столах в XIX веке заменен системой с круглыми столами. Он отличается тем, что столы жестко соединены с приводом, а подвижной является конструкция, несущая шлифовальные или полировальные инструменты. Этот тип оборудования выпускался двух различных видов. Б одном случае несущая конструкция с одной стороны вращалась вокруг неподвижной втулки, а с другой стороны — по кольцевой направляющей вокруг двух столов. В то время как один стол обрабатывался, на другой — накладывалось сырое стекло. В другом случае этот тип станка имел два направляющих параллельных рельса, по которым передвигалась конструкция, несущая рабочие инструменты; она походила на современный портальный кран. В ограниченном пространстве размещались также два стола, которые попеременно обрабатывались. Это устройство имело много недостатков. Склады стекла находились в различных местах, подвижные конструкции не были достаточно массивными и пружинными, замена шлифовального инструмента полировальным и наоборот требовали много труда и времени, причем всегда существовала опасность, что стекло будет поцарапано оставшимися зернами псска. Эта система применялась до начала XX века, когда была заменена новой, значительно более эффективной,

В новой системе указанные недостатки были устранены: введена неподвижная конструкция, несущая рабочие инструменты; станки разделены на шлифовальные и полировальные, осуществлен привод стола со стеклом. Тем самым изменилась и вся система оснащения шлифовальных цехов. Место для укладки стекла было отделено от места непосредственной шлифовки. Отделением полировочного цеха от шлифовального была устранена опасность случайного повреждения стекла оставшимися зернами песка.

После первого удачного опыта с новой системой было проведено дальнейшее техническое усовершенствование: за короткий период (10—15 лет) диаметр вращающихся столов был увеличен от 5,5 до 11,5 м. Усовершенствована была также технология шлифовки и полировки, что одновременно с повышением качества классификации абразива позволило увеличить производительность, уменьшив время полировки одной стороны листа, длившейся 8—10 ч, до 1—2 ч. D этой системе конструкция шлифовальной и полировальной частей станка практически была одинаковой. Она отличалась только используемым инструментом, расположением рычагов управления и подачей шлифовальном или полировальной суспензий.

Конструкция этого устройства состоит □ основном из двух самостоятельных блоков: верхний блок неподвижен и несет рабочие инструменты, нижний блок имеет собственный привод на главный вал, несущий стол со стеклом. Чугунный стол, на который укладывают стекло, снабжен с нижней стороны четырьмя колесами с ребордами и перевозится по рельсам специальной электрической тележкой. Этим устройством стол вдвигается по рельсам в шлифовальный или полировальный станок так, чтобы кольцевая выемка в нижней части стола приходилась точно над конусом вала.

В ctapbix типах станков главный вал не выдвигался; посадка стола па конус осуществлялась путем снижения части рельсового пути с. помощью гидравлического устройства под уровень пола. В новейших конструкциях главный вал имеет гидравлическое управление; он выдвигается и тем самым поднимает стол над уровнем рельсового пути, одновременно устанавливая его на конус вала. Затем вал фиксируется в рабочем положении клином, также имеющим гидравлическое управление. Дли обеспечения жесткого соединения стола с валом служат два упора в кольцевой выемке стола и соответствующие вырезы в конусе вала.

Привод коренного вала в более старых типах станков выполнен конусной передачей и ременным шкивом или от главной трансмиссии или прямо от электродвигателя. В новейших конструкциях, Где коренной вал имеет гидравлическое управление, его вращательное движение осуществляется электродвигателем. Синхронный электродвигатель с коробкой передач соединен с контрприводом конусной передачей через фрикционную или гидравлическую муфту. При другом решении привода коренного пала применяется двигатель постоянного токи с. вертикальной осью, на которой закреплено небольшое зубчатое колесо, которое без какого-либо контрпривода сцепляется с зубчатым колесом коренного вала. При этом решении необходимо, чтобы зубья глобоидальной шестерни были точно обработаны, сцеплялись по всей своей ширине и таким образом удерживали постоянное расстояние между зубчатыми колесами. Вал, несущий зубчатое колесо, имеет с двигателем упругое Соединение для демпфирования ударов вращающегося станка.

Как только стол получает вращательное движение, тотчас начинают включаться шлифовальники или полировальники. При запуске шлифовальника необходимо внимательно следить на первым соприкосновением инструмента со стеклом. Одновременно на стекло подводится пульпа шлифовального песка. После зашлифовки главных неровностей шлифовальники опускаются на стекло, однако не с полным давлением; иод влиянием трения они начинают вращаться. Необходимо, чтобы направление движения совпадало с направлением поворотов стола. После выравнивания грубых неровностей шлифовальники опускаются на стекло полным весом.

По окончании процесса шлифовки выключают электродвигатель главного привода. Трение шлифовального инструмента тормозит вращение стола. После его остановки поднимают оба шлифовальника, стол ставят в положение, удобное для вывоза., и тележка оттягивает его на подвижную площадку. Эта площадка подвозит стол к станкам дли дальнейших операций.

Для управления шлифовальным инструментом применяют рычажную систему. Станки снабжены двумя шлифовальника ми, подвешенными на свободно вращающийся вал при помощи трех- плечевой крестовины. Валы шлифовальников направляются двумя подшипниками, жестко закрепленными в верхней несущей конструкции. Соответствующее положение обоих шлифовальников обеспечивается тем, что верхний подшипник имеет шарнирную установку и может двигаться в определенном диапазоне.

При другой системе нижний подшипник регулируется клиньями, Крестовина соединена со шлифовальника ми с допуском определенного зазора между крестовиной и корпусом шлифовальника, что позволяет опускать последний полностью на шлифуемое стекло. Валы шлифовальников подвешены на рычагах, при помощи которых их можно поднимать и опускать; эти рычаги имеют гидравлическое управление и возможность регулировки, На станках с меньшим диаметром стола рычаги, Управляющие шлифовальными инструментами, имеют вспомогательное устройство, состоящее из груза, передвигаемого вдоль рычага, и цепной системы с ручным управлением. При другом способе рычажного управления используется контргруз с регулировочным механизмом. Можно также применять сосуды с водой, помещаемые на плече рычага, в которых можно регулировать количество воды. Это устройство выгодно используется для выравнивании изменений давления шлифовки при прогрессирующем износе шлифовальных каблуков.

На станке устанавливают два одинаковых или различных шлифовальных инструмента. Они расположены так, что один шлифовальник переходит за центр стола на 20—30 см, а другой— выступает за край стола на 7—10% его диаметра. Сумма диаметров обоих шлифовальииков бывает обычно на 6—13% больше диаметра рабочего стола. Шлифовальники представляют собой чугунные шайбы, нижняя сторона которых по крыта дубовыми досками. К этому деревянному основанию привинчиваются шлифовальные каблуки; для правильного развития процесса шлифовки очень важно, в какой форме и по какой системе они размещены. Это имеет большое значение для равномерного распределения шлифовочной суспензии под шлифовальником, что необходимо для быстрой и равномерной сошлифовки стекла.

Шлифовальные станки оборудуются распределительной системой шлифов(зчной суспензии. В одной системе устройства отдельные фракции шлифовочного песка постепенно поступают из соответствующих конусов классификационной установки прямо в желоб, подводящий суспензию на станок между обоими шлифов ал ьник а ми. При другом способе суспензия поступает в специальные сосуды с мешалками и оттуда постепенно на стол. В каждом случае необходимо следить за правильной дозировкой, т. е. за количеством и плотностью фракций.

Полировальные станки своей нижней частью не отличаются от шлифовальных. Принципиально они одинаковы, и разница заключается только в потребляемой мощности электроэнергии. Верхняя часть полировальных станков отличается от шлифовальных тем, что вместо чугунных шлифовальииков применяются полировальные звездочки. Несколько иначе также размещена система рычагов для подъема полировальных з вез дез - чек, так как при полировке нет необходимости регулировать изменение веса полировальников вследствие их износа.

Наиболее распространенной конструкцией полировальников является система Dclloy и система Anciens Ateliers Ilaut.

Систему Dclloy ввела фирма St. Gobain. Она отличается одной полировальной звездочкой, подвешенной на валу эксцентрично по отношению к центру стола. Па звездочке раз м еще но большое количество полировальных шайб; этим обес~ печиваетен максимальное покрытие поверхности стекла полирующим Войлоком. Количество войлочных шайб часто достигает 90 штук па одной звездочке. Полировальные шайбы свободно вращаются на своих осях и трением о стол получают вращательное движение. Полировальная звездочка не имеет собственного привода, п движение ее обусловлено только трением. К каждой полировальной шайбе сделано приспособление для подачи полировальной суспензии, состоящее из системы концентрических желобов и выходных трубок. Рабочая производительность этой полировальной звездочки тем больше, чем больше ее эксцентричность. Однако величина эксцентриситета ограничена, так как при большом усилии возникает опасность срыва стекла со стола. Обычно применяют эксцентриситет в 250—450 мм. При превышении определенного предела полирующая эффективность падает, в особенности по краям стола, и, наоборот, увеличивается в центре его. Модификацией этого способа полировки является система Peyche. Он расположил полировальный инструмент так, что его средняя часть двигается самостоятельно, и это движение можно произвольно замедлять и даже направлять против движения периферийного обода.

В системе Anciens Ateliers Haul полировальный инструмент состоит из двух главных и одной или двух вспомогательных звездочек. Главные пол провальные инструменты не имеют собственного привода и получают движение от трения по столу. Одна из главных полировальных звездочек больше и оснащена 30 полировальниками, другая — меньше, и количество полировальных шайб на ней не превышает 24. Вспомогательные полировальные звездочки оснащены меньшим количеством шайб (не больше 10) и отличаются от главных тем, что имеют отдельный привод. Направление их движения может быть противоположным направлению главных полировальных звездочек. Полировальные шайбы установлены на свободно вращающихся цапфах; этим обеспечивается вращательное движение не только полировальных звездочек, но и отдельных полировальных шайб. Диаметр полировальников на главных звездочках всегда больше и достигает 1000 мм, полировальники вспомогательных звездочек имеют диаметр не более 720 мм. Гидравлическое устройство подъема этих полировальных инструментов поднимает отдельно большую звездочку, а остальные три управляются общим подъемным устройством при помощи системы рычагов.

От описанной конструкции полировальников существенно отличается система Malevez, часто используемая со столами диаметром до 8 м. В этой конструкции придается движение полировальному инструменту, от которого через трение полу* чает движение и стол со стеклом.

Полировальный инструмент состоит в основном из прямоугольной рамы, опирающейся по углам на кривошипы. В середине обеих коротких сторон прямоугольной рамы кривошипы сцепляются с системой зубчатых колес трансмиссии. Этот способ привода сообщает всей конструкции круговое движение в 80-100 об/мин. На рамной конструкции подвешены полиропальники, также свободно вращающиеся в количестве, которое зависит от величины стола. Для столов диаметром 8,5 м применяют до 104 штук полировальников. При опускании рамы диски приходят п соприкосновение со стеклом, и постепенно, с увеличением трения между войлоком полировальников и стеклом, стол начинает вращаться, достигая скорости 2 об!мин.

Полировальники, применяемые во всех конструкциях, представляют собой круглые чугунные диски, на которые наклеи- пается или .напрессовывается гидравлическим прессом войлок толщиной 2—3 см. Одновременно с войлоком насаживается железный обод, уплотняющий и прикрепляющий войлок к чугунному диску.

Технологические параметры вращающихся столов различны и зависят от диаметра стола, В качестве примера можно привести данные, обычные для больших шлифовальных и полировальных станков с диаметром стола до 10 м. Нес шлнфоваль- нпка при диаметре 5960 мм составляет вместе с валом около 14 т. Шлифовальные чугунные каблуки для этого шлиф о пальника весят приблизительно 5 т. При коэффициенте заполнения 32% удельное давление при шлифовке составляет приблизительно 230 Г/см2- Стол имеет вращательное движение до 14 об/мин. Такая система снабжается электродвигателем мощностью 360 кет. Полировальные станки с таким же размером стола имеют удельное давление 25—30 Г/см2, скорость движения составляет приблизительно 14 об/мин, Главный вал вращается двигателем мощностью 360 кет, вспомогательные полировальные звездочки имеют самостоятельные двигатели мощностью II кет. Станки системы Dclloy отличаются большей скоростью главного вала, которая достигает 30 об/мин.

Технологический процесс шлифовки и полировки на этих станках можно разделить на три главные операции: укладка стекла, шлифовка и полировка, С этими основными операциями соединены многочисленные сопутствующие, как например, подготовка песка, подготовка шлифовочной суспензии, приготовление гипсового раствора, промывка байки, контрольные осмотры и т. п. Все рабочие участки имеют одинаково важное значение, так как для производства зеркального стекла требуется тщательное выполнение всех операций, даже самых мелких.

Укладка стекла является первой операцией, требующей опыта и ловкости. Ход операции зависит от сорта стекла. Если стекло вертикального вытягивания, то на совершенно чистый стол укладывают полосы выстиранной мокрой байки; резиновыми валками отжимают избыточную воду, и тем самым байка прижимается к столу. На подготовленный таким образом стол укладывают листы стекла, причем небольшие листы укладывают вручную, а большие — при помощи крана. Подготовка стекла по определенным размерам листов имеет очень важное значение. Необходимо заранее разработать точный план укладки, тик как круглая форма стола даже в оптимальных случаях позволяет использовать лишь 86—88% всей его поверхности. Это зависит также и от минимальной товарной величины зеркального стекла: чем больше размеры листов торгового стекла, тем меньшая площадь стола может быть использована. Операции укладки стекла необходимо уделять большое внимание, так как это оказывает влияние па экономические результаты производства.

После укладки стекла подготавливают гипсовый раствор, ко торым заливают щели между листами стекла, а также краевую канавку по обочине стола. Для повышения прочности гипса и компактности «покрытого» стола к гипсу добавляют различные примеси или ускорители схватывания. Однако многие производства отдают предпочтение чистому свежему гипсу, который затвердевает через мин после замешивания с водой, В некоторых случаях в краевую канавку стола закладывают тонкие деревянные планки. Из планок строится волнистая линия, заливаемая затем гипсом, прочность которого значительно повышается.

Литое стекло, сваренное в горшке и отличающееся по сравнению со стеклом вертикального вытягивания большими неровностями, укладывается прямо на гипсовую подушку. Запоры у этого стекла составляют 2—?> см; необходимо следить, чтобы стекло по всей поверхности хорошо прилегало к гипсовой подушке.

При переворачивании, т. е. после обработки одной стороны стекла, листы его отделяют от гипса, стол очищают, и отполированную поверхность протирают раствором поваренной соли, предотвращая тем самым появление «отпечатков» в виде следов байки и т. п. Для этих целей можно также смачивать байку 10%-ным раствором железного купороса.

Подготовленный стол укрепляют в шлифовальном станке, .ia-ттм опускают защитный кожух и приводит сто л в движение. Когда вся поверхность вращающегося стола будет покрыта песком, осторожно опускают первый шлифовальник и только после сошлнфовкн самых высоких пиков опускают второй. Грубая шлифовка продолжается до тех пор, пока стекло не достигнет требуемой толщины. Это отмечается по контрольным планкам, помещаемым обычно на двух противоположных местах стола между листами. Затем стекло постепенно обрабатывают все более мелкими фракциями песка; обычно применяют 6—7 разных фракций. Крупная фракция состоит в основном из зерен величиной 300 200 мк, а самая мелкая фракция из зерен величиной 22—14 мк.

Необходимо, чтобы в каждой фракции было как можно больше наиболее эффективных зерен. Дли этого надо следить

работой классификационной установки и непрерывно контролировать гранулометрический состав отдельных фракций.

Фактическая эффективность классификатора почти никогда не совпадает с требуемым составом фракции, так что отдельные фракции, по сравнению с теоретической эффективностью, имеют большой разброс зернистости.

Воздействие отдельных фракций на стекло фиксируется диаграммой времени; процесс шлифовки можно записать регистрирующим прибором. Как только достигается требуемая тонкость шлифовки, стол останавливают, оба шлифовальника поднимают и стекло обмывают струей поди После снятия защитного кожуха стол с отшлифованным стеклом отпознт по рельсам на электрической тележке на транспортировочную платформу и оттуда тто главной транспортной линии направляют к следующей операции. Шлифовальные каблуки сильно изнашиваются, поэтому шлифов ал ьникн меняют каждые 7—9 недель. Новые каблуки, вмонтированные в шлифовальный инструмент, прежде чем вновь пустить в работу, необходимо пришлифовать. При- шлифовку производят на столе без стекла грубым песком. При этой операции одновременно подравнивают столы, снимают грубые неровности, возникшие по время производства.

Дальнейшей технологической операцией является поли- ропка. Прежде чем стол вдвигают в полировальный станок, его тщательно осматривают, исправляют все повреждения, некоторые места заливают гипсом. После установки стола в полировальном станке поверхность стекли смачивают водой, стол приводят в движение, затем медленно опускают полировальные звездочки.

Первая фаза полировки начинается с промывки войлока. Войлок очищается от остатков предыдущей полировки промывкой большим количеством воды. Одновременно он очищается от присохшего крокуса и таким образом подготавливается к полировке. Резиновые валики, опущенные на стекло, собирают отмытый шлам и стягивают его в сток. После промывки шайб начинается полировка. В установленное премя на стол подводят суспензию полирующего крокуса большой плотности (б— 7° Be); затем плотность полировочной суспензии постепенно снижают; к концу полировки подают суспензию с плотностью ГВс или просто чистую воду. Плотность и количество суспензии в отдельных стадиях полировки регулируют так, чтобы была пы- держана определенная кривая, установленная на регистрационном расходомере. Нагрузка электродвигатели полировальника является косвенным показателем полировки.

Результат полировки зависит от многих факторов. Если считать давление полировальника и число оборотов станка постоянными величинами, то общий результат в значительной степени зависит от плотности полировочной суспензии, темпера- т\-ры полировки, качества и способа подачи суспензии, качества войлока, эффективности полирующего крокуса, добавок ускорителей и т. п. Поэтому очень трудно выразить в технологическом процессе все условия, ведущие к оптимальным режимам полировки, Обслуживающий персонал на основании своего производственного опыта сам должен определить все тонкости технологического процесса.

Большое внимание следует обращать на подготовку полирующего крокуса В Чехословакии это делается просто, так как химическая промышленность там выпускает полирующий крокус, отвечающий определенным технологическим требованиям, и на производстве из порошков крокуса остается только приготовить суспензию соответствующей плотности. Для этого имеются специальные сосуды с мешалками. Добавление различных катализаторов, например раствора железного купороса, производят в зависимости от условий данного произвпдетва.

После полировки стекло промывают и просматривают. Для промывки применяют теплую воду, подкисленную соляной кислотой, которая хорошо устраняет все остатки крокуса и другие загрязнения. Помещение для о смотр а должно быть затянуто черным материалом и иметь рассеянный свет, при котором опытный глаз заметит и самые ничтожные дефекты на полированной поверхности. Стекло сортируют по качеству отполированной поверхности и по внутренним его порокам. После сортировки следуют дальнейшие окончательные операции обработки.

В ручную дополировку поступает стекло, которое имеет небольшие волосяные дефекты. Стекло, поступающее на машинную переполировку, имеет уже более существенные недостатки: грубые или тонкие царапины (блестящие) или небольшие участки остаточной матовости. Эти Недостатки можно устранить повторной полировкой на станках индивидуального действия, однопшиндельных или блочных, «Обратным стеклом» называют такое стекло, которое требует заново полировки, хоти бы одной стороны, если это позволяет толщина стекла. Листы стекла, имеющие дефекты, которые невозможно исправить переполировкой, нарезают па подкладочное стекло; им заполняют края стола при укладке сырых листов.

Вращающиеся столы достигли в начале XX века такого конструктивного и технологического уровня, который позволил вы пускать зеркальное стекло достаточно экономично. Дальнейшее развитие было, однако, ограничено многими важными

факторами. Г л бариты отдельных конструкций и большой вес всех деталей lie позволяли увеличивать производительность обычными средствами, т. е. повышением удельного давления и числа оборотов. Это привело бы к деформации стола, вибрации оборудования и снижению эффективности обработки. В результате этот тип оборудования не получил дальнейшего развития; были приняты принципиально новые способы обработки стекла.

В настоящее время оборудование с вращающимися столами считается устаревшим.

Производительность этого способа обработки стекла составляет 55—60%, Расход электроэнергии па 1 м2 выпущенного стекла очень высок: по различным литературным данным он колеблется от 16 до 25 квт/м2, однако этот показатель приведен с учетом выпуска малых форматов стекла. Часто расход электроэнергии бывает значительно выше. Производительность на одного работника без учета подготовки леска и ремонта составляет 1400—1500 м2 в год. Преимущество вращающихся столов заключается в возможности обработки стекла больших форматов.

Так, например, фирма Pilkington выпустила в 1924 г. стекло, полированное на таких станках размерами 7,3X4,7 м, т. е. площадью более м2.