Выбор конструктивного решения стеклянной посуды в определенной степени обусловлен технологией производства. Бокалы на высокой ножке, вырабатываемые путем выдувания вручную, состоят из верхней части и двух отдельных приставных деталей: ножки и опорного диска. Конические бокалы нередко имеют так называемую тянутую ножку, которая оттягивается из утолщения стекла в основании корпуса бокала, в вершине конуса. Раньше такое оттягивание выполняли вручную, а теперь для этой цели применяют специальные формочки, в которых ножка оттягивается за счет вакуумного отсасывания.
Тонкостенные бокалы на очень высоких тонких ножках, иногда полы, вырабатываются на стеклодувных горелках выдуванием на стеклянных трубок и палочек. Предпринимаются попытки механизации этого процесса путем машинной выработки отдельных деталей стеклодувных изделий с последующей сваркой их в пламени газовых стеклодувных горелок. При конструировании таких бокалов могут быть учтены богатые технологические и художественные возможности работы на стеклодувных горелках.
Бокалы и стаканы открытой конфигурации можно отпрессовать целиком вместе с донышком, при этом стекло может быть граненым, рельефным. Прессование позволяет получить и бокалы закрытой конфигурации путем повторного разогрева верхней части бокала после прессования и изменения его конфигурации вручную при помощи специальных инструментов. Тонкостенные бокалы с короткими ножками предназначены для выдувания на автоматических машинах. К сожалению, до сих пор большая часть стеклоизделий на ножке (рюмки, бокалы, фужеры) вырабатывается малопроизводительным ручным способом, хотя конфигуурация стеклоизделий довольно проста. Трудность заключается в наличии приставных деталей. В настоящее время предложено несколько конструкций автоматических машин по выдуванию бокалов. В ближайшее время проблема полной автоматизации производства этого стекла будет решена.
Есть много разновидностей конструкций бокалов, вырабатываемых вручную. Вместо традиционного круглого донышка бокал может иметь подставку, поставляющую блок стекла. Этот блок может быть выполнен, например, граненым непосредственно в процессе выдувания стеклоизделия. Для этого применяется форма состоящая из верхней и нижней деталей (верхняя деталь неподвижна). Здесь при непрерывном вращении формуется корпус стеклоизделия. Поверхность стекла получается идеально гладкой. Фигурная подставка выдуваемого предмета неподвижна относительно нижней детали формы, которая вращается на опорном подшипнике относительно верхней детали вместе с фигурной подставкой. Иногда донышки бокалов выдуваются как самостоятельные детали, а затем присоединяются к корпусу. Если эти донышки подставки ярко выражены, то они сами приобретают конфигурацию перевернутого бокала.
Интересно отметить, что традиционная конструкция бокалов на высокой ножке тесно связана с появлением бесцветного прозрачного стекла в эпоху расцвета стеклоделия в Венеции. Ни в Древнем Египте, ни в античном Риме таких бокалы не делали. Лишь когда мастерство работы со стеклом достигло высокого уровня, появились венецианские бокалы на тонкой ножке. Этот переход от стаканчиков к бокалам на высокой тонкой ножке совершался постепенно. Из непрозрачных материалов, даже таких благородных, как золото, серебро, фарфор, бокалы на тонкой высокой ножке изготовлялись редко. Рассмотренные конструкции стеклянных бокалов стали традиционными.
Попытки подражания стеклу, наблюдающиеся в некоторых изделиях из прозрачных пластмасс, неудачны, так как каждому материалу свойственны свои декоративные особенности. Имеются также предложения о соединении верхней части бокала, выдутой из стекла, и отштампованной из пластмассы ножки. При конструировании бокалов необходимо учитывать расход стекла, который складывается из массы бокала и массы колпачка. Масса колпачка стеклоизделия зависит от верхнего диаметра и толщины стенки стеклоизделия в плоскости отреза колпачка, ее проще всего определить непосредственным взвешиванием. В условиях массового заводского производства необходимо для каждого вида стеклоизделий опытным путем определить минимальную массу колпачка, а затем принять необходимые меры к тому, чтобы во всех бригадах масса колпачка не превышала это минимальное значение. Применение выдувательных трубок с металлическими «баночками» на конце способствует значительному уменьшению отходов стекломассы в виде отрезанных колпачков, что особенно важно в производстве хрустального и цветного стекла.
При выдувании графинов и бутылок наиболее удобно для производства стекло с короткими горлышками, так как в этом случае получаются более удобные черновые заготовки. Если стекло вырабатывается на понтии, то наличие донного углубления позволяет избежать дополнительной операции зашлифовки следа от понтии. Графины с длинными горлами дают в производстве большой процент брака. Изготовление подобных графинов требует большого мастерства, поэтому необходима тщательная классификация стеклоизделий по их конструктивным и технологическим особенностям. При этом подход к оценке высокохудожественных декоративных стеклоизделий должен несколько отличаться от оценки тарного стекла. Из двух однотипных стеклоизделий различной трудоемкости более простой образец может быть рекомендован в массовое производство, а другой, более сложный и требующий повышенной квалификации выдувальщика, может выпускаться небольшими сериями и оцениваться дороже. В данном примере речь идет о гладких, лишенных украшения предметах, однотипных по конструкции, но отличающихся по сложности выполнения. К числу таких стеклоизделий повышенной сложности относятся, например, стекло с прямыми «плечами».
При изготовлении узких стеклоизделий, для которых требуется длинная черновая заготовка, возможно нежелательное их закручивание и, кроме того, заметное изменение размеров и очертаний узких изделий, выдуваемых в выгорающие деревянные формы. В технологическом отношении для производства удобнее кувшины, предназначенные под прямую отрезку колпачка. Однако после отрезки необходима операция шлифования края. Иногда край кувшинов оформляется внешней и внутренней фаской и может быть отшлифован. Фаски должны быть обозначены на чертеже, так же как и характер обработки дна (если стекло вырабатывалось на понтии). При конструировании таких стелкоизделий, как графины и кувшины, в особенности если горло этих предметов оформляется в горячем состоянии, необходимо учитывать конструкцию захватов («хватков»), в которых удерживается корпус изделия в процессе окончательного формования последнего. Если же стекло обрабатывается не в хватках, а на понтии, то требуется дополнительная операция шлифования. Стекло шарообразной или другой округлой формы труднее удерживаются в хватках. Если же эти хватки будут слишком тугими, то может помяться не успевшее затвердеть стекло или отбиться ручка.
В процессе ручного выдувания опытный мастер мажет на глаз регулировать распределение стекла по изделию. Однако в автоматизированном производстве посуды и стеклянной тары основную роль играет правильная наладка машин. На машинах вначале выдувается черновая заготовка изделия, которая затем окончательно оформляется в чистовой форме. Неободимо правильно расчитать размеры чистовой формы, что позволяет добиться правильной толщины стенок стеклоизделия как в продольном, так и в поперечном сечении. Кроме того, распределение стекла в изделии обусловлено температурныим режимом форм.Это требует большого мастерства, так как участки сопряжения дна со стенками сосуда получаются слишком тонкими. Такое же неравномерное распределение стекла наблюдается в сосудах с крутыми плечами, в особенности во флаконах. Сами плечи получаются слишком толстыми, а на участках перехода плеч к горлу и к корпусу возможно повреждение слишком тонкого стекла.
Для правильного расчета форм необходимо принять во внимание отношение массы металла формы к стекло массе. Например, если масса черновой формы флакона составляет 28,2 кг и масса флакона равна 165 г, то 1 г стекла отдает тепла 170(28,2/0,165) г металла. Указанное соотношение зависит от конструкции формы, вида стекла и способа выработки. Оно определяется в каждом конкретном случае.
При автоматизированном выдувании изделий самым важным фактором является выбор правильной конфигурации черновой заготовки. Это осуществляется эмпирическим путем, так как приемлемой для всех случаев методики расчета нет. Существуют лишь приблизительные методы расчета черновых заготовок стеклоизделии самых простых конфигураций. В случае сложных стеклоизделий, например флаконов, приходится прибегать к непосредственному экспериментированию на машинах. Даже при небольшой ошибке в выборе черновой заготовки получается 100%-ный на выходе.
Для изучения движения стекломассы в форме в процессе машинного выдувания можно предпринять следующее. В черновой форме предусматривают кольцевые канавки, расположенные на равном расстоянии друг от друга по высоте последней: они, естественно, отпечатываются и на черновой заготовке. Последняя, как обычно, выдувается затем в чистовой форме. Поперечные кольца образуются таким образом и на готовом стеклоизделии, однако их расположение несколько изменяется. Оказывается, на участке между горлом и плечами изделия стекло расширяется в стороны и несколько поднимается вверх. Ниже плеч расстояние между полосками одинаково: оно равно расстоянию между полосками на черновой форме с учетом удлинения черновой заготовки.
На характер движения стекла в форме влияют следующие факторы: распределение температур в черновой заготовке, вязкость стекломассы, конструкция изделия, температура формы и т.п. Зависимость конструкции стеклоизделий от технологии их изготовления подтверждается еще и следующим обстоятельством. Ошибки в конструкции стекла неизбежно проявляются в виде дефектов готовой продукции. Ниже рассмотрены причины основных конструктивных ошибок.
\Если завышена масса изделий по сравнению с расчетной, это значит, что стенки получаются более толстыми и полезный объем соответственно уменьшается. Так может получиться, если по невнимательности вместимость сосуда рассчитывали по его наружным размерам, а не по внутренним. Масса изделий в свою очередь определяет расход стекла, и при серийном выпуске продукции этот фактор является весьма существенным. Кроме того, завышение толщины стенок неизбежно приводит к необходимости увеличения продолжительности отжига. Поэтому при конструировании изделий, предназначенных для массового производства, заранее оговаривают разрешенные отклонения по массе. Например, обозначение 500 ± 5 г говорит о том, что практически масса готового образца может быть на 5 г больше или меньше расчетной. При ручном способе производства допуски больше, а при автоматизированном-точнее. При конструировании изделий с плоскими стенками, например штофов, необходимо иметь в виду, что отформованные боковые плоскости стремятся втянуться внутрь сосуда за счет усадки горячего пластичного стекла, а также под действием сил поверхностного натяжения. Поэтому боковые стенки штофов получаются совершенно плоскими только в том случае, если на рабочем чертеже будет предусмотрена соответствующая их выпуклость. Однако при изготовлении не тарного, а декоративного стекла втягивание стенок внутрь можно считать естественным для стекла.
При этом рассчитывать полезную вместимость нужно с учетом упомянутого явления. При выдувании круглых сосудов в деревянных формах необходимо иметь в виду, что весь объем рабочей полости деревянной формы не используется, так как между стеклом и стенками формы с каждой стороны необходимо оставить зазоры по 0,5 мм для обеспечения достаточной толщины парогазовой «подушки», необходимой для огневой полировки поверхности стекла. Кроме того, нередко деревянная форма вытачивается из цельного куска дерева. Если эта форма должна быть раскрывной, то ее распиливают пополам и скрепляют петлями. При этом обязательно нужно предусмотреть зазор между половинами формы, равный толщине полы, иначе при тесном составлении половинок формы поперечное сечение плоскости получится не круглым и объем изделия окажется заниженным. Наличие не до конца продутых мест также способствует уменьшению полезной вместимости.
В зависимости от причины, вызывающей тот или иной дефект, сопровождающийся уменьшением полезной вместимости сосуда, принимают соответствующие меры исправления. Иногда растачивают внутреннюю полость формы или уменьшают толщину стенок и дна (если это возможно), подавая в форму заниженное количество стекломассы. Необходимо следить за тем, чтобы изделия не коробились и не деформировались. Для изготовления форм следует брать металл, не подверженный росту, т.е. структурному изменению объема вследствие постоянного нагревания. Внутреннюю поверхность металлических форм необходимо периодически очищать от нагара. При конструировании изделий должна быть учтена усадка стекломассы. Непременным условием при выдувании как вручную, так и на машинах является соответствие конфигурации и размеров черновой заготовки окончательной конфигурации готового изделия.
Так как некоторые изделия еще выдуваются воздухом, выдыхаемым человеком из легких, то необходимо учесть что всякое затруднение процесса выдувания требует повышения давления воздуха при в дувании и сопровождается перенапрянием легких. Рабочую полость формы нужно дезаэрировать, предусмотрев для, этого специальные каналы, соединяющие с атмосферой те участки полости, где может задержаться воздух. Иначе в этих местах изделия получатся непродутые стенки, что приводит к уменьшению вместимости сосуда.
В некоторых случаях вместимость сосуда получается завышенной. Тогда сосуд вмещает требуемое количество жидкости, но над поверхностью последней остается большое неиспользованное пространство; одновременно наблюдается чрезмерный расход стекла. Зрительно кажется, что в такой сосуд налито меньше жидкости, чем следует. Это можно объяснить несоответствием рабочей полости формы, рассчитанной по чертежу, вместимости сосуда. Здесь также могут быть допущены ошибки при выполнении чертежей формы и шаблонов, при изготовлении шаблонов и форм. Другой причиной является завышение линии отреза колпачка. Во избежание этого следует пользоваться контрольными шаблонами и калибрами для проверки правильности конфигурации сосуда. Если стенки получились тоньше, чем нужно, то можно увеличить порцию стекла, из которой изготовляется сосуд. Иногда приходится подгонять вместимость сосуда к заданной путем увеличения донного углубления. Завышению объема способствует и износ частей формы, неплотно прилегающих друг к другу. Деревянна форма быстро прогорает в местах, где ее сильно выраженные выступы, резкие из нения конфигурации. Эти места можно укрепить металлическими полосами, скобами и т.п.
Если масса изделия не соответствует допустимой, то, как правило, это сопровождается неравномерным распределением стекла по толщине стенок. Излишняя масса приводит к замедлению темпа выработки и повышению себестоимости продукции. При конструировании изделий необходимо стремиться к тому, чтобы отходы стекломассы были минимальными.
Одним из дефектов является неправильный размер изделий. Особенно это заметно при подборе крышек для кувшинов. Обычно бывает очень трудно точно подобрать размеры крышек, вставляемых внутрь горла. Это часто объясняется незначительной, иногда даже незаметной на глаз деформацией крышки или горла в процессе их формования и отделки вручную. Нередко крышки приходится подбирать опытным путем. Однако при массовом выпуске продукции такая операция заметно снижает производительность труда. Иногда размеры искажаются вследствие деформации изделий. Здесь следует подчеркнуть, что предметы сферической конфигурации лучше сопротивляются деформации.
Если стенки и дно («залив») сосуда слишком толсты, то рассчитанный на меньшую толщину стекла отжиг может оказаться недостаточным, что может вызвать растрескивание предмета. Трещины получаются большими и глубокими. Они начинаются на тех участках, где толщина стекла больше, например в заливе или в местах прикрепления ручек к корпусу сосуда. Как правило, стеклянная ручка, вытягиваемая из размягченной заготовки, внизу значительно толще, поэтому здесь может наблюдаться неудовлетворительное согласование утолщенной части ручки с более тонкими стенками сосуда. С этой точки зрения интересна конструкция кувшина с тонкостенной пустотелой ручкой. Вообще наличие приставных ручек кувшинов значительно усложняет технологический процесс их изготовления.
Нередко художники-конструкторы ищут новые формы, стремясь создать кувшины без ручек. Процесс изготовления кувшинов может быть механизирован и автоматизирован. Кувшины без ручек могут изготовляться на выдувных станках с ручным управлением или на автомотических выдувных машинах с последующим оформлением слива непосредственно в процессе оплавления края после отколки колпачка. Кроме того, заготовки для кувшинов полученные машинным способом, можно было бы обрабатывать на станке с газовыми горелками, аналогичных сварочным стеклодувным станкам. При этом можно было бы оформлять слив и прикреплять ручку, а также наносить всевозможные гутные украшения. Кувшины без ручек могут вырабатываться, например, способом прессвыдувания. Тогда на первой стадии формования горло с фигурным сливом (носиком) может быть оформлено прессованием, а корпус - выдуванием. Так как выдувание осуществляется без вращения, то поверхность стекла может быть рельефной.
Иногда в процессе формования изделие может получиться не круглым, а овальным или многогранным в результате сплющивания, обусловленного деформацией стекла. Такая деформация может возникнуть и при изготовлении некруглых изделий, например при затрудненном открывании форм, состоящих из двух или нескольких частей. Эта деформация свойственна, например, флаконам сложных очертаний.
Во избежание указанного дефекта приходится непосредственно при конструировании подобных предметов определять линии разъема частей формы. Это можно сделать по чертежу, не прибегая к изготовлению пробных образцов изделий. Желательно, чтобы линии разъема проходили по ребрам прямоугольных или многогранных изделий: тогда менее заметны швы, образованные стеклом, выступившим в стыках между частями формы, и, кроме того, уменьшается вероятность коробления боковых стенок предмета вследствие прилипания горячей стекломассы к металлу формы. Если части формы выполнены из дерева с разной структурой или из металла не одной и той же плавки, то это может привести к искажению очертаний рабочей полости формы.
Выработка высоких узкогорлых предметов, для которых требуются удлиненные черновые заготовки, затруднительна. При этом возможно смещение указанной заготовки при опускании ее в форму относительно оси последней. Чрезмерная толщина дна изделий может способствовать стеканию стекломассы книзу, причем вверху плечи получаются непродутыми. Если же не предусмотреть достаточной толщины залива, то. в местах перехода стенок в дно может наблюдаться опасное утончение стекла.
Выше подробно рассмотрены некоторые технологические особенности, характерные для выдувных изделии. Однако любой способ изготовления стеклянных предметов, будь то прессование, прессвыдувание. центробежное формование, накладывает свой отпечаток на конструкцию изделий. Помимо чисто технологических особенностей, рассмотренных с точки зрения уменьшения брака изделий при выработке, рационального использования стекломассы и внедрения новых методов формования изделий, с конструктивным решением тесно связаны вопросы экономичности и правильной организации труда. При внедрении каждого нового конструктивного решения стеклянных изделий в массовое производство приходится в каждом конкретном случае учитывать затраты труда как более, так и менее квалифицированного. При серийном изготовлении предметов, требующих большой квалификации, необходимо при планировании производительности труда учитывать трудоемкость их выработки и не смешивать с однотипными, но более простыми предметами.
При непосредственной выработке изделий вручную затрачивается живой труд. Одновременно в производственном процессе затрачивается и прошлый труд, вложенный, например, в изготовление формы. Сюда же относится труд художника, создавшего новый промышленный образец. Этот труд воплощается в процессе изготовления форм и формования предметов.
Конструктивное решение оформляется в виде рабочих чертежей, в случае необходимости-пояснительной записки. Таким образом, еще до непосредственного изготовления предмета из стекла его основные технико-экономические характеристики известны. Если конструктивное решение правильно разработано, то оно дает представление о внешнем виде предмета, об удобстве пользования им, технологических особенностях его изготовления, конструкции формы. Современное производство характеризуется стремлением к постепенной автоматизации всех технологических процессов. При этом сокращается относительная доля живого труда и возрастает удельный вес прошлого труда. Если при ручном выдувании художник может сам подняться на верстак, объяснить и показать мастерам, как именно следует изготовлять новый образец, то при автоматизированном производстве наладка автоматических процессов требует, чтобы конструкция изделия перед внедрением его в производство была окончательно решена. При конструировании нового образца художник должен принимать во внимание следующие основные экономические факторы: упрощение технологического процесса, снижение трудоемкости и облегчение условий труда, повышение производительности труда (увеличение выпуска продукции). Изделия массового производства должны быть дешевыми, поэтому следует стремиться к уменьшению затрат на производство, т. е. к снижению себестоимости посуды.
После разработки конструкции нового образца необходимо сравнить его с имеющимися образцами с экономической точки зрения. Новый образец будет более экономичным в производстве, если он позволит уменьшить затраты сырья и материалов на единицу продукции, уменьшить долю заработной платы в себестоимости продукции, а также упростить технологический процесс и обеспечить снижение процента боя и брака.
