Форма для производства стеклянных изделий и способ ее изготовления

Форма для производства стеклянных изделий и способ ее изготовления

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к машинам, предназначенным для производства стеклянных изделий, и, в частности, к форме для изготовления стеклянных изделий, а также к способу ее изготовления, в котором микроструктуру материала формы подбирают таким образом, чтобы получить требуемые характеристики теплопередачи.

Уровень техники

Производство стеклянных контейнеров в настоящее время основано на так называемой машине с индивидуальной секцией. Такие машины включают множество отдельных или индивидуальных секций для изготовления стеклянных изделий, каждая из которых содержит набор рабочих механизмов, предназначенных для формирования из одной или нескольких загрузок или капель расплавленного стекла полых стеклянных контейнеров и преобразования контейнеров в последовательных станциях машинной секции. Каждая секция машины обычно содержит одну или большее количество черновых форм, в которых капля стекла проходит предварительную формовку с использованием операций выдувания или прессования, один или несколько переворачивающих рычагов, предназначенных для подачи заготовок в формы для выдувания, в которых контейнеры выдувают для придания им конечной формы, захваты, предназначенные для передачи сформированных контейнеров на приемный стол стеклоформующей машины, и механизм выталкивателя, предназначенный для переноса сформованных контейнеров с приемного стола на конвейер машины. В американском патенте 4362544 содержится описание предпосылок изобретения, относящихся к процессам формирования стеклянных изделий типа выдувание-и-выдувание и прессование-и-выдувание, и в нем описана электропневматическая машина с индивидуальной секцией, предназначенная для использования в этих процессах. В прошлом формы для заготовок и формы для выдувания стеклоформовочной машины обычно охлаждали путем направленной струи воздуха на части формы или через них. В американских патентах 3887350 и 4142884 было предложено для улучшения отвода тепла, например, направлять жидкость, такую как вода, через проходы, выполненные в некоторых деталях формы.

Материал формы, предназначенной для производства качественных стеклянных изделий, должен иметь следующие характеристики: хорошая износостойкость, хорошая устойчивость к растрескиванию при воздействии теплового цикла, хорошие механические свойства, хорошие свойства отделения стекла, легкость при обработке, простота ремонта и приемлемые экономические характеристики. Для использования в качестве материала для изготовления форм, предназначенных для производства стеклянных изделий, в которых требуется пониженная теплопроводность (по сравнению, например, с серым чугуном), был предложен ковкий чугун, который определяется как чугун, в котором свободный микроструктурный графит находится в сферической форме. Ковкий чугун обычно используют в качестве материала формы для таких стеклянных контейнеров, при изготовлении которых требуется незначительный отвод тепла из оборудования формы, например, таких стеклянных изделий, как косметические и фармацевтические бутылочки. Однако ковкий чугун до настоящего времени не использовали для производства форм, предназначенных для контейнеров большего размера, таких как пивные бутылки, из-за его низкой теплопроводности и плохой устойчивости к тепловому циклу. Для использования в производстве стеклянных изделий был предложен ковкий чугун типа нирезист (коррозионно-стойкий чугун, содержащий никель). Повышенное содержание никеля в ковком чугуне нирезист способствует улучшению свойств отделения стекла. Однако стандартный аустенитный ковкий чугун типа нирезист не обладает требуемой теплопроводностью и стойкостью к растрескиванию под воздействием теплового цикла.

В патенте ЕР 1084994А2, опубликованном в 21 марта 2001 года, описано, что корпус или корпуса формы (черновой формы или формы для выдувания) для машины с индивидуальной секцией, формующей стеклянные изделия, могут быть изготовлены из аустенитного ковкого чугуна типа нирезист. Такой ковкий чугун, предпочтительно, представляет собой ковкий чугун нирезист типа D в соответствии со стандартом ASTM-A439-84, но модифицированный с повышением содержания кремния и молибдена. В качестве примера описан чугун типа D2-C. Содержание в нем кремния предпочтительно превышает 3,0 вес.% и наиболее предпочтительно составляет 4,20±0,20 вес.%. Содержание молибдена предпочтительно превышает 0,5 вес.% и наиболее предпочтительно составляет 0,70±0,10 вес.%. Повышенное содержание кремния снижает теплопроводность материала формы. Повышенное содержание молибдена улучшает стойкость к растрескиванию под воздействием теплового цикла. Повышенное содержание никеля, характерное для материала нирезист, улучшает свойства отделения стекла. Состав аустенитного ковкого чугуна нирезист в соответствии с настоящей заявкой также способствует обеспечению требуемых свойств по износостойкости и других механических свойств, обеспечивает простоту обработки и ремонта и требуемые экономические характеристики. Аустенитный материал нирезист также обеспечивает более стабильную микроструктуру, чем серый чугун, например, при температуре до 1400°F (760°C).

В соответствии с применяемой в настоящее время технологией черновые формы и формы для выдувания в формующей стеклянные изделия машине с индивидуальной секцией разрабатывают отдельно друг от друга для получения наиболее соответствующих тепловых и других свойств для различных условий работы формы. Настоящее изобретение, в общем, направлено на получение единого материала, который можно использовать как для изготовления черновых форм, так и форм для выдувания машины, формирующей стеклянные изделия, с индивидуальной секцией, причем свойства по теплопередаче формы подбирают в ходе производства путем избирательного подбора состава металла перед отливкой корпуса формы.

Сущность изобретения

Теплопроводностью стеклоформующих черновой формы и формы для выдувания, предназначенных для производства стеклянных изделий, из чугуна нирезист избирательно управляют путем формирования компактного графита в микроструктуре материала формы в ходе подготовки плавки и литья корпусов форм. В частности, для чугуна нирезист типа D5 в соответствии со стандартом ASTM-A439-84 компактный графит избирательно формируют в микроструктуре отливки корпуса формы путем управления концентрациями магния и серы в составе чугуна в диапазоне от 0,01 до 0,04 вес.% магния и от 0,00 до 0,01 вес.% серы и добавления титана в состав чугуна в количестве от 0,10 до 0,25 вес.%. Принимая во внимание, что формирование компактного графита в микроструктуре отливки ковкого чугуна обычно рассматривается как нежелательное для форм, предназначенных для формирования стеклянных контейнеров, было определено, что формирование небольшого, но приемлемого количества графита обеспечивает возможность избирательной подгонки характеристик теплопроводности корпуса формы.

Форма для машины, формирующей стеклянные изделия, в соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом воплощения настоящего изобретения содержит аустенитный ковкий чугун типа нирезист с компактным графитом, с содержанием магния в диапазоне от 0,01 до 0,04 вес.%, содержанием серы в количестве от 0,00 до 0,01 вес.% и содержанием титана в диапазоне от 0,01 до 0,25 вес.%. В предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения, аустенитный чугун нирезист с компактным графитом (типа D5) содержит заметное или измеримое количество компактного графита, составляющее 40 вес.% или больше. То есть, по меньшей мере, 40% графита находится в компактной, а не в сферической форме. Предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения состоит, по существу, в обеспечении содержания следующего состава чугуна: углерод в количестве от 1,50 до 2,40 вес.%, кремний в количестве от 1,00 до 2,80 вес.%, марганец в количестве от 0,50 до 1,00 вес.%, фосфор в количестве от 0,00 до 0,80 вес.%, никель в количестве от 34,0 до 36,0 вес.%, хром в количестве от 0,00 до 0,10 вес.%, молибден в количестве от 0,00 до 0,80 вес.%, магний в количестве от 0,01 до 0,04 вес.%, сера в количестве от 0,00 до 0,01 вес.%, титан в количестве от 0,01 до 0,25 вес.% и балансное железо.

Способ изготовления формы для машины, формирующей стеклянные изделия, в соответствии с предпочтительным в данный момент вариантом воплощения настоящего изобретения содержит этапы отливки формы из аустенитного ковкого чугуна нирезист типа D5 в соответствии со стандартом ASTM-A439-84, при избирательном управлении теплопроводностью формы путем избирательного управления содержанием магния в составе формы в диапазоне от 0,01 до 0,04 вес.%, содержанием серы в диапазоне от 0,00 до 0,01 вес.% и содержанием титана в диапазоне от 0,01 до 0,25 вес.%. Избирательная подгонка характеристик теплопередачи материала формы в ходе процесса изготовления формы позволяет использовать один и тот же основной материал как для черновых форм, так и для форм, предназначенных для выдувания, при обеспечении возможности избирательной подгонки характеристик теплопередачи форм каждого типа в соответствии с конкретными требованиями при использовании.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Корпуса для форм, предназначенных для машины, формирующей стеклянные изделия (черновых форм или форм, предназначенных для выдувания), изготавливают из аустенитного ковкого чугуна нирезист в соответствии с предпочтительными в данное время вариантами воплощения настоящего изобретения. Ковкий чугун нирезист представляет собой ковкий чугун с высоким содержанием никеля. Ковкий чугун нирезист типа D5 в соответствии со стандартом ASTM-A439-84 имеет следующий состав: от 1,50 до 2,40 вес.% углерода, от 1,00 до 2,80 вес.% кремния, от 0,05 до 1,00 вес.% марганца, от 0,00 до 0,80 вес.% фосфора, от 34,0 до 36,0 вес.% никеля, от 0,00 до 0,10 вес.% хрома, от 0,00 до 0,80 вес.% молибдена, приблизительно от 0,03 до 0,06 вес.% магния, приблизительно 0,01 вес.% серы и балансное железо. В соответствии с настоящим изобретением концентрации магния и серы в расплаве или "плавке" перед отливкой уменьшают до диапазона от 0,01 до 0,04 вес.% магния и от 0,00 до 0,01 вес.% серы, и титан добавляют в расплав или "плавку" в количестве, которое позволяет обеспечить концентрацию титана в диапазоне от 0,10 до 0,25 вес.%. Снижение концентрации магния повышает тенденцию графита образовывать компактную структуру вместо сферической структуры. Аналогично, снижение содержания серы улучшает формирование компактного графита. Добавка титана повышает тенденцию графита принимать компактную форму вместо сферической формы и способствует формированию компактного графита. Все три элемента должны управляться для обеспечения повторимости микроструктуры.

Таким образом, состав материала для корпусов форм в соответствии с настоящим изобретением представляет собой: от 1,50 до 2,40 вес.% углерода, от 1,00 до 2,80 вес.% кремния, от 0,05 до 1,00 вес.% марганца, от 0,00 до 0,08 вес.% фосфора, от 34,0 до 36,0 вес.% никеля, от 0,00 до 0,10 вес.% хрома, от 0,00 до 0,80 вес.% молибдена, от 0,01 до 0,04 вес.% магния, от 0,00 до 0,01 вес.% серы, от 0,01 до 0,25 вес.% титана и балансное железо. Снижение концентраций магния и серы и добавление титана приводит в к формированию компактного графита в микроструктуре материала корпуса формы. Концентрация компактного графита в микроструктуре материала формы избирательно управляется путем управления концентрациями магния, серы и титана в расплаве или "плавке" перед отливкой. Таким образом, может использоваться один и тот же основной расплав для изготовления форм, предназначенных для работы в качестве черновой формы, или формы для выдувания, характеристики теплопередачи которых подбирают соответственно для черновых форм или форм для выдувания путем избирательного управления концентрацией магния, серы и титана.

Таким образом, были описаны форма и способ изготовления формы, которые полностью удовлетворяют всем целям, поставленным выше. В частности, одновременное избирательное снижение концентрации магния и серы, и добавление титана в аустенитный ковкий чугун нирезист обеспечивает избирательное управление характеристиками теплопередачи корпуса формы путем избирательного формирования компактного графита в микроструктуре отливки материала формы. Таким образом, один и тот же основной состав ковкого чугуна нирезист может быть использован для форм, предназначенных для работы в качестве черновой формы, или формы для выдувания, с характеристиками теплопередачи, подбираемыми путем избирательного управления этими малыми составляющими материала. Модификации и вариации формы и способа ее изготовления будут очевидны для специалистов в данной области техники. Настоящее изобретение предназначено для охвата всех таких модификаций и вариаций, которые попадают в пределы сущности и широкого понимания объема прилагаемой формулы изобретения.

1. Форма для машины, формующей стеклянные изделия, выполненная из аустенитного ковкого чугуна нирезист, отличающаяся тем, что она выполнена из чугуна, содержащего, вес.%:

Углерод	1,50-2,40
Кремний	1,00-2,80
Марганец	0,05-1,00
Никель	34,0-36,0
Хром	0,00-0,10
Молибден	0,00-0,80
Магний	0,01-0,04
Титан	0,01-0,25
Сера	0,00-0,01
Фосфор	0,00-0,08
Железо	Остальное

2. Форма по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена из чугуна, в микроструктуре которого содержится существенное количество компактного графита.

3. Форма по п.2, отличающаяся тем, что по меньшей мере 40% графита в микроструктуре являются компактным графитом.

4. Способ изготовления формы для машины, формующей стеклянные изделия, включающий отливку формы из чугуна, отличающийся тем, что форму отливают из аустенитного ковкого чугуна нирезист, содержащего, вес.%:

Углерод	1,50-2,40
Кремний	1,00-2,80
Марганец	0,05-1,00
Никель	34,0-36,0
Хром	0,00-0,10
Молибден	0,00-0,80
Магний	0,01-0,04
Титан	0,01-0,25
Сера	0,00-0,01
Фосфор	0,00-0,08
Железо	Остальное

при этом осуществляют избирательное управление теплопроводностью формы путем избирательного управления содержанием магния, титана и серы.