Инструменты, применяемые для стеклодувных работ, в недалеком прошлом были довольно просты, и многие из них изготавливались самими стеклодувами. В современных стеклодувных мастерских применяют простые инструменты и специальные, выпускаемые промышленностью.
Измерительный инструмент. Для измерения длины, толщины, внешнего и внутреннего диаметра изделий и исходных заготовок пользуются измерительной линейкой, штангенциркулем, кронциркулем, микрометром и нутромером. Необходимую точность инструмента определяют в зависимости от того, какая деталь или прибор изготовляется.
Режущий инструмент. Режущим инструментом при выполнении стеклодувных работ является нож для надреза стекол, который всегда должен находиться под рукой у стеклодува. Пожалуй, самое большое распространение получил нож, изготовленный из твердого металлического сплава – победита. Нож может иметь вид узкой или широкой пластины, по длине не менее 100–150 мм, так чтобы его удобно было держать в руке. Обе стороны пластины затачивают на абразивных кругах под углом 45°. Лезвие ножа при рассмотрении под микроскопом должно иметь мелкие острые зазубрины. По мере затупления его правят тоже на абразивных кругах.
Ножами для надреза стекла могут служить надфили, напильники с мелкой насечкой, нож из высокоуглеродистой стали. В последние годы отечественной промышленностью стали выпускаться надфили, покрытые алмазной крошкой, которые тоже могут быть использованы в качестве ножа для надреза стекол.
В стеклодувном деле широко пользуются электрорезкой и станком для резки стекол.
Развертки. При обработке размягченного стекла: развертывании торцов трубок, отверстий, изготовлении шлифов, фланцев, кранов и т.д. – применяют развертки разных типов, размеров и конфигураций. Развертки бывают: плоские, округлые конусные, округлые граненые и др.
Стеклодув должен иметь набор разверток разных типов и размеров, число различных разверток в наборе может доходить до 20 шт. Каждая развертка должна иметь длинную ручку – державу, изготовленную из материала, плохо проводящего тепло, I! прикрепленную к развертке при помощи втулки из металла. Таким материалом для ручки может быть стеклопластик, текстолит, иногда дерево; некоторые стеклодувы предпочитают ручки из толстостенной узкой стеклянной трубки, в которой закрепляют узкие графитовые развертки. Удобнее всего работать разверткой с легкой нетолстой ручкой, диаметр которой не превышает 12 мм.
Развертки какого-либо определенного вида имеют свое назначение. Например, округлыми развертками только выравнивают внутренние поверхности изделий для получения наиболее точной конусности и округлости, а предварительно развертывают исключительно плоскими ИЛИ плоско-конусными развертками.
Материалом для разверток могут служить металлы, дерево, текстолит, графит и др. Плоские и плоские конусные развертки могут быть изготовлены из листовой меди или латуни. При работе медными или латунными развертками для улучшения скольжения размягченного стекла по плоскости разверток нагретые развертки смазывают воском или парафином. Однако пары воска и парафина вредны для здоровья и следует избегать попадания их в дыхательные пути. Поэтому лучше пользоваться графитовыми развертками. В последние годы с появлением прочного мелкозернистого графита большинство стеклодувов отказались от медных и латунных разверток и перешли на графитовые, которые не требуют смазки. Кроме того, графитовые развертки легче металлических и не окисляются в пламени горелок.
Длина плоских и плоских конусных разверток обычно не превышает 150–200 мм, ширина может колебаться от 2 до 100 мм, толщина от 1,5 до 10 мм. Конусность разверток должна соответствовать конусности изготавливаемой детали. Так, для изготовления кранов и шлифов стандартного размера, для которых лучшей конусностью считают 1: 10, используют развертки такой же конусности. Шлифы или краны больших диаметров лучше делать с конусностью 1:5, чтобы избежать «заедания»; для изготовления таких кранов и шлифов необходимо иметь несколько разверток с конусностью 1:5.
Округлые развертки вытачивают из дерева или текстолита. Текстолитовые развертки более надежны и долговечны. При правильной эксплуатации текстолитовые развертки служат в течение нескольких лет. После обработки на токарном станке такие развертки следует обязательно обуглить на пламени горелки, по обугленному слою легче вращать размягченное стекло.
Граненые развертки делают из графита. Они имеют в сечении многоугольник. Применяют их в основном в работе с кварцевыми стеклами, но можно использовать и в работе с обычными стек-ламп. Длина округлых и граненых разверток может колебаться от 100 до 300 мм, конусность – 1: 10 и 1:5.
Диаметры округлых граненых разверток и ширину плоских конусных разверток в их самой узкой части делают приблизительно равными диаметрам нормальных шлифов. Каждая развертка в наборе должна соответствовать определенному номеру шлифа из набора нормальных шлифов – Например, нормальному шлифу 19, у которого диаметр основания конуса равен 19 мм, а длина – 38 мм, должна соответствовать развертка шириной 19 мм на расстоянии 57 мм от вершины самой узкой части развертки.
Плитки. Для выравнивания размягченных торцов трубок, обработки рантов шлифов и кранов и других работ необходимо иметь плитку – круглую или квадратную пластину из графита с гладкой поверхностью. За неимением графитовой плитки можно пользоваться кафельной с гладкой поверхностью. Применяют плитки размером 50×50 и 100×100 мм при толщине от 10 до 20 мм.
Обкатки. Подрезки. Инструмент для осаживания размягченного стекла, выравнивания стенок размягченных заготовок и особенно для изготовления кранов и шлифов, фланцев и т.п. в разных местах называют по-разному. Одни называют его обкаткой, другие – укаткой, третьи – канавками. Пожалуй, правильнее называть данный инструмент обкаткой, так как размягченное стекло все-таки «обкатывают» в углублениях инструмента.
Обкатки имеют форму удлиненного бруска с канавками разных диаметров, расположенных с двух сторон бруска. На одной стороне делают 5–6 канавок с диаметрами от 10 до 40 мм, на другой 3–4 канавки с диаметрами от 45 до 65 мм. Для осаживания стеклянных заготовок больших диаметров от 65 до 120 мм необходимо иметь одну – две обкатки с канавками соответствующих диаметров. Применяют обкатки и в форме толстостенного диска, закрепленного в двух металлических кронштейнах, с разными канавками по окружности диска. Материалом для обкаток может служить дерево, текстолит, графит. Для работ с обычными стеклами наиболее удобными и долговечными являются текстолитовые обкатки. Поверхность канавок должна быть обязательно обуглена на пламени горелки. Новая обкатка при осаживании на ней размягченного стекла издает неприятный запах вследствие сгорания верхних слоев текстолита, но когда поверхность обуглится, запах исчезает.
Для кварцедувных работ применяют обкатки из графита.
Обкатки и подрезка, служащая для подрезания размягченных заготовок, представлены на рисунке.
Колбодержателн служат для закрепления п них шаровых, конусных, цилиндрических колб. В настоящее время разработано много конструкций колбодержателей; наибольшее распространение из них получили держатели, представленные на рисунке. Все детали колбодержателей сделаны из стали за исключением ручки и башмачков, удерживающих колбу, которые изготовляют из текстолита. При работе все металлические части колбодержателя, соприкасающиеся со стенками стеклянных сосудов, необходимо обмотать обожженным шнуровым асбестом во избежание появления трещин и посечек на стекле в местах соприкосновения.
Основными деталями колбодержателей являются рычаги с приспособлениями для захвата и удерживания. Рычаги могут быть откидывающиеся и зажимающие колбу у горла в поворотном кольце с прокладками или раздвижные с упорами или с чашками. Колбы устанавливают на плите. Ручка одновременно служит и кронштейном, на котором крепят рычаги и плиту, и деталью, в которой монтируют механизм для изменения высоты установки плиты, ширины захвата кронштейнов и т.д.
В одном колбодержателе можно зажимать колбы разных размеров. Однако ввиду того, что приходится работать с колбами самой разной формы и диаметром от нескольких до сотен миллиметров, в мастерской необходимо иметь набор колбодержателей.
Асбестовые колпачки. Асбестовые колпачки – это несложное приспособление из листового асбеста. Они имеют форму цилиндра. Колпачок применяют, если необходимо медленно охладить тот или иной участок стеклянного изделия. Колпачок изготовляют из намоченного в воде листового асбеста путем наматывания его на стеклянную трубку и последующего обжигания в пламени горелки.
Шарнир для дутья. При обработке длинных или крупногабаритных изделий и обработке кварцевого стекла поддувают ртом воздух внутрь изделий через резиновую трубку. Для того чтобы резиновая трубка, соединенная с обрабатываемым изделием, не скручивалась при вращении, применяют специальное устройство – металлический шарнир. Конструкция шарнира показана на рис. Резиновые шланги надевают на муфты, свободно вращающиеся на трубках уголка.
Щипцы. Для работы с очень короткими и мелкими изделиями, например при оттягивании коротких концов трубок, обламывании кончиков и других процессах, при которых деталь нельзя держать руками, пользуются щипцами. Кончики металлических щипцов делают острыми, тонкими или на них крепят пластины из металла, текстолита; иногда обматывают асбестом.
иногда бывает довольно трудно делать), а на подставке, и в то же время свободно вращать его в пламени горелки.
Иглы вольфрамовые. Для прокалывания отверстий в горячем стекле применяют вольфрамовые иглы. Стеклодув должен иметь набор игл разных диаметров. Игла должна иметь ручку из материала, плохо проводящего тепло. Обычно стеклодувы впаивают вольфрамовые стержни в трубки из стекла типа «пирекс», которые и служат ручкой.
Кроме перечисленных инструментов стеклодуву часто приходится самому готовить всевозможные крепления, приспособления для удерживания изделия или его деталей, готовить стеклянные хватки или насадки. Необходимо иметь под рукой склянку с насыщенным раствором поваренной соли и помазком, щипцы, ножницы, банку с бурой и др.
Горелки
Основным инструментом для доведения стекла до размягченного состояния в стеклодувной мастерской являются газовые горелки. Горелки бывают настольные, которые устанавливают на столе для стеклодувных работ, и ручные, применяемые при пайке
Подставка с роликами. Для удерживания и вращения в пламени горелки крупногабаритных изделий применяют металлическую подставку со свободно вращающимися роликами. Ролики могут быть как графитовыми, так и металлическими. Это приспособление позволяет стеклодуву держать изделие не на весу -105
Па мощными компрессорами по трубопроводам в стеклодувную мастерскую.
Кислород поступает из баллонов, расположенных вне помещения в специально оборудованных металлических шкафах. Предельное давление кислорода, поступающего к распределительному крану, прикрепленному к стеклодувному столу, не превышает обычно 1,5–105
Па. Количество подаваемого в горелку кислорода регулируют краном Гофера. Уменьшая или увеличивая подачу воздуха и горючего газа кранами горелки, а подачу кислорода краном Гофера, получают пламя необходимой величины и температуры.
Около ста лет во всем мире вели обработку стекол, предназначенных для стеклодувных работ, на настольной горелке, называемой «пушкой». Было известно несколько конструкций горелок этого типа: зарубежные, русские и др. Но принцип устройства и работы горелок был примерно одинаковым.
Разрез горелки «пушка» показан на рис. Горелка имеет два крана: один для воздушного дутья и другой для подачи горючего газа. Горелка снабжена сменными соплами, внешним навинчивающимся колпаком 2, сеткой 3, служащей для более равномерного распределения газа, внутренней узкой трубкой 4, свободно передвигающейся внутри корпуса горелки и закрепляемой в нем при помощи винта 5.
Все детали, кроме подставки 6, делают из латуни. Подставка – тяжелый диск из чугуна – придает устойчивость горелке. Крепление диска к горелке осуществляют разными способами, но так, чтобы можно было менять угол наклона горелки по отношению к столу.
Такие горелки не пригодны при работе с природным газом, так как природный газ легок и поэтому пламя часто отрывается от внешнего колпака горелки, что затрудняет обработку стекла. Обработка термостойких стекол вообще невозможна на таких горелках из-за недостаточной температуры пламени. Для получения пламени с более высокой температурой было предложено заменить воздушное дутье дутьем смесью воздуха с кислородом или чистым кислородом. Для этого от кислородного баллона через редуктор, шланг и тройник кислород начали подавать непосредственно в воздушную линию перед воздушным краном горелки. Применение кислорода значительно повысило температуру пламени и сделало его более устойчивым, что позволило обрабатывать термостойкие стекла. Но при этом выявились новые недостатки горелки – невозможность раздельно регулировать подачу воздуха и кислорода, а следовательно, менять величину и температуру пламени в процессе работы. Кроме того, появилась опасность попадания кислорода в воздушную линию, что могло вызвать загорание масла, всегда присутствующего в ней. Поэтому горелку пришлось изменить, впаяв дополнительную третью трубку, снабженную своим краном. Таким образом, горелка стала иметь три трубки с кранами для подачи раздельно горючего газа, воздуха и кислорода. В этом виде горелка просуществовала многие годы, на ней работают и поныне.
Для увеличения размера пламени и повышения его устойчивости С.Ф. Веселовский предложил расположить у сопла горелки, т.е. у основания пламени, добавочное кольцо с отверстиями, изготовленное из латунной трубки. В добавочное кольцо подавали горючий газ, при горении которого создавалось дополнительное огненное кольцо, увеличивался размер и повышалась устойчивость пламени.
Несмотря на многие изменения, которые с годами претерпела настольная стеклодувная горелка «пушка», добиться полного сгорания газа и снизить шум, производимый ею, не удавалось.
В конце пятидесятых годов появились горелки, обеспечивающие полное сгорание газа, высокую температуру и устойчивость пламени, и на 25–30% менее шумные, чем горелки старой конструкции. Зарубежные и отечественные горелки этого типа, несмотря на различные конструктивные решения, работают по единому принципу. В них добавляют небольшое количество кислорода непосредственно в среду горючего газа на выходе из горелки, не исключая подачи смеси воздуха и кислорода через воздушное сопло.
В старых конструкциях горелок газ, увлекаемый воздушно-кислородной струей, часто отрывался от горелки, сгорал при этом не полностью с шумом и треском. В новых конструкциях кислород, поступая равномерно по всей площади сечения сопла горелки, способствует полному сгоранию газа. У зарубежных горелок добавочный кислород равномерно распределяется по всему полю газового сопла, поступая через большое число металлических капилляров. У отечественных горелок кислород подается поверх газового сопла в добавочный колпачок. Современные ручные горелки по устройству и принципу работы сходны с настольными горелками. Одна из таких горелок показана на рис. 12.
Кварцедувная настольная и ручная горелки описаны в гл. XII.
Кроме перечисленных горелок, неплохо иметь настольную горелку «пушка» уменьшенных размеров, дающую узкое игольчатое пламя. Такая горелка необходима для выполнения мелких и точных стеклодувных работ.
Оборудование стеклодувных мастерских
Рабочий стол. Стол для стеклодувных работ изготавливают из дерева. Размер стола 1700×1000×800 мм, с трех сторон края его ограничивают невысокими бортами. Плоскость стола обивают оцинкованным железом и сверху застилают листовым паронитом, который накрепко прикрепляют к столу. До недавнего времени столы застилали листовым асбестом, но паронит имеет ряд преимуществ: он не крошится, его можно мыть, красить, а покрашенный огнеупорной краской он не горит. Возможность окрашивать рабочую поверхность стола удобна еще и потому, что работать с размягченным стеклом лучше на черном фоне, а естественная окраска как асбеста, так и паронита – серая. Для окраски паронита употребляют огнеупорную черную краску. Краска легко впитывается в паронит и сохраняется в течение 2–3 лет
Посередине рабочего края стола устанавливают настольную газовую горелку. Шланги от горелки пропускают в полукруглый вырез С правой стороны в столе должна быть тумбочка с 2–3 выдвижными ящиками для инструмента и личных вещей работающего. Снаружи ящики прикрывает единая дверца, у которой с внутренней стороны расположены гнезда для инструментов первой необходимости.
К левой части стола под его плоскость подведены коммуникации газа, кислорода и воздуха, и на плоскости стола установлены краны с отводными трубками. Последние соединяют плотными резиновыми шлангами с кранами горелки. Краны коммуникаций должны быть установлены на расстоянии, удобном для работающего, так чтобы в любой момент можно было перекрыть тот или иной кран, не вставая с места.
Перед горелкой устанавливают обкатку, в глубине стола располагают деревянную подкладку длиной 0,5 м с вырезами, на которую кладут еще горячие после обработки в пламени стеклянные изделия.
Справа или слева в глубине стола устанавливают небольшую электрическую печь для медленного нагревания или охлаждения изделий. Около стола необходимо поставить небольшой металлический ящик на невысоких ножках для сбора горячих отходов и боя стекла.
Перед началом изготовления того или иного изделия на стол следует положить инструменты, необходимые для данной работы, и убрать все лишнее.
Сидеть за столом работающий может на стуле или табурете, чтобы ступни ног касались пола; лучше всего иметь винтовой табурет.
Электрорезка. Электрорезка предназначена для разрезания стекол проволокой или металлической лентой, раскаленными электрическим током. Электрорезка имеет размеры 25×21×14 см; она работает от сети переменного тока напряжением в 220 В. Электрорезка состоит из трансформатора, имеющего две обмотки, двух металлических штативов, укрепленных на изоляторах, нихромовой ленты, закрепляемой в штативах болтами, гнезд, предназначенных для переключения обмоток трансформатора вилкой, вилкисо шнуром для подключения электропитания и кожуха.
Включение вилкив одно из гнездпозволяет нагреть нихромовую ленту до сравнительно невысокой температуры, при которой разрезаются легкоплавкие стекла; включение вилки в другое гнездо – нагреть проволоку до высокой температуры, при которой режутся все термостойкие стекла, кроме кварцевых.
Станок для резки стекла. Режущим инструментом станка является алмазный отрезной круг, соединенный при помощи ременной передачи со шкивом, приводимым во вращение электромотором мощностью 0,5 кВт. Круг вращается со скоростью 3000 об/мин. Внизу под кругом установлена ванночка с водой. Круг при вращении смачивается и затем смачивает разрезаемую деталь при резке. Верхняя часть станка – стол может подниматься или опускаться при помощи специального приспособления, приводимого в действие двумя рукоятками, расположенными по обеим сторонам станка.
Станок предназначен для резки кварцевого стекла, но на нем можно резать и обычные стекла.
Печи для отжига стекла. Все стеклянные детали, изготовленные на пламени настольных горелок, подвергают отжигу в специальных электрических печах с целью снятия остаточных напряжений, возникающих при обработке стекла. Поэтому в каждой стеклодувной мастерской обязательно должны быть такие печи. Печи бывают большие, служащие для отжига большого числа изделий из стекла одного сорта, и малые–муфельные, в которых кроме отжига отдельных деталей производят разогрев частей приборов. Каждая печь должна быть оборудована контрольными и регулирующими электроприборами типа МР-01.
Кроме этого необходимо иметь «промежуточную» электропечь небольшого размера 100×400 мм, которую устанавливают непосредственно на каждом столе. Такая печь служит для разогрева и медленного охлаждения раскаленных деталей непосредственно в процессе их изготовления. Следует заметить, что такая печь ни в коем случае не может служить печью для отжига стеклянных изделий, так как нагревание и охлаждение ее происходит недостаточно медленно. Печи для отжига стеклодувных изделий должны очень медленно нагреваться до температуры отжига и медленно остывать, иметь хорошую теплоизоляцию.
Кроме перечисленного оборудования крупные стеклодувные мастерские должны иметь горизонтально-заварочный станок для обработки крупногабаритных изделий, станок для изготовления заготовок для нормальных шлифов, станки для механической обработки стекла и некоторые специальные установки. Все это оборудование описано в главах, посвященных отдельным процессам обработки стекла.