Как сделать формы для стеклянной посуды за 9 шагов?

В этом пошаговом руководстве вы выберете свой путь (выдувная форма или литье в печи), разработаете дизайн для чистого выпуска и точных размеров, а затем изготовите, протестируете и устраните неполадки, чтобы ваша попытка была успешной.

• Время: выдувная форма (готовая к работе после обработки; тестирование в течение дня). Отливка в печи (3-7 дней, включая полимеризацию, выжигание, заливку, отжиг).
• Необходимые условия: комфортная работа в горячем цеху или с печью; наличие СИЗ и вентиляции; доступ к ЧПУ или 3D-печати для изготовления деталей.

Примечание по вариативности: Составы стекла и условия в студии могут быть разными. Рассматривайте все приведенные здесь графики как базовые и сверяйте их с данными производителя и характеристиками вашего оборудования.

Определения и диапазоны отжига см. в обзоре физических свойств стекла, подготовленном EAG Laboratories в 2020 году, и в техническом описании содовой извести, подготовленном Hampton Research в 2022 году, где указаны области отжига и деформации в типичных диапазонах (EAG application note ; Hampton Research Glass 0100 ).

1. Выдувное формование против литья в печи

Используйте это краткое руководство, чтобы выбрать правильный начальный путь. В дальнейшем Вы всегда сможете вернуться к гибридным подходам.

Выбирайте выдувную форму, если:

• Вы изготавливаете полые изделия (бутылки, вазы, посуду) и хотите получить быстрые, повторяющиеся вытягивания с контролируемой толщиной стенок.
• Вам нужна долговечность для многократных тиражей: графит - для быстрой итерации и хорошей поверхности; алюминий с ЧПУ - для долговечности.

Выбирайте печное литье, если:

• Вы изготавливаете массивные/толстые детали, сложные текстуры, глубокий рельеф или выемки, которые не могут быть получены с помощью разъемной выдувной формы.
• Вас устраивает работа с воском, более длительное время цикла и тщательный контроль влажности.

Почему этот выбор важен: Выдувные формы отличаются высокой скоростью, симметрией и четкими линиями. Формы лучше справляются со сложной геометрией и точностью поверхности, включая подрезы.

2. Основы дизайна для предотвращения залипания и других сюрпризов

Черновой угол (Draft angle)

• Нацельтесь на 2-3° в большинстве направлений вытяжки; используйте 5°+ на текстурированных/сквозных поверхностях, чтобы обеспечить разделение.
• Почему: Утяжка уменьшает фиксацию и разрыв при выпуске.

Радиусы и галтели (Radii and fillets)

• Ослабьте острые внутренние углы с помощью 1-2 мм галтелей (больше для толстых отливок).
• Зачем: Уменьшает концентрацию напряжений как в форме, так и в стекле, и улучшает текучесть.

Вентиляционные отверстия (Venting)

• Выдувные формы: Разместите тонкие вентиляционные отверстия/линии в геометрически высоких точках и узких местах. Проверенный диапазон: 0,5-1,0 мм отверстия с шагом 20-50 мм, вплоть до атмосферы. Проверьте с помощью пробных выдувов.
• Формы: Добавьте восковые отверстия с высоких точек на внешнюю сторону формы. Для небольших работ обычно используются диаметры 2-4 мм; для больших объемов необходимо увеличить масштаб.
• Зачем: Вентиляционные отверстия предотвращают попадание воздуха (пузырьки, холодные следы) и помогают стеклу полностью сформироваться.

Сопоставление поверхности со стеклом (Surface to glass mapping)

• Графит: Высокая полировка → глянцевое стекло; шлифовка 400-800 грит → сатин/матовый.
• Алюминий: Полированный → глянцевый; бисерно-струйный → матовый.
• Инвестиции: Обожженные гипсовые поверхности дают более гладкое стекло; текстура рисунка передается напрямую.

Шлицы, регистрация и фурнитура (выдувные формы) (plits, registration, and hardware: blow molds)

• Планируйте линии разделения так, чтобы швы было легко обработать. Добавьте надежные регистрационные ключи/штифты. Предусмотрите петли или зажимные кольца для равномерного давления на шов.

(!) Распечатайте "карту вентиляционных отверстий" из CAD и всегда держите ее рядом со стендом.

3.1. Рабочий процесс изготовления выдувных форм (графит или алюминий с ЧПУ)

Следуйте этим шагам, чтобы перейти от CAD к первой вытяжке.

1. CAD-проектирование

   • Что делать: Смоделируйте полость, включая 2-3° тяги (5°, если она текстурирована), линии разделения, элементы регистрации и вентиляционные пути, ведущие наружу. Добавьте небольшие радиусы на внутренних углах.
   • Почему это важно: Хорошая тяга + вентиляция = чистый выпуск и четкая детализация без следов.
   • Проверьте: Напечатайте в 3D-формате быстрый пластиковый срез полости или положительную заглушку, чтобы визуально проверить тягу и расположение швов.

2. Изготовка формы

   • Что нужно сделать: Обработайте графитовые или алюминиевые половинки. Зачистите края. Отшлифуйте поверхность до нужной степени (полировка для глянцевых поверхностей, бисерная обработка/сатин для матовых). Просверлите или отфрезеруйте вентиляционные отверстия/каналы. Установите выравнивающие штифты и любую фурнитуру для петель/зажимов.
   • Почему это важно: Отделка поверхности напрямую влияет на блеск стекла. Чистые края уменьшают количество швов.
   • Проверьте: Посветите фонариком через каждое вентиляционное отверстие, чтобы убедиться в отсутствии контакта с атмосферой; проведите тонкой проволокой, чтобы убедиться в наличии зазора.

3. Очистка и предварительный нагрев

   • Что нужно сделать: Обезжирьте полость формы, чтобы удалить масла. Разогрейте форму до 120-200 °C, чтобы удалить конденсат и стабилизировать температуру. Убедитесь, что вентиляционные отверстия открыты.
   • Почему это важно: Влага вызывает всплески пара/пятна; холодные формы вызывают чрезмерное охлаждение и плохое качество поверхности.
   • Проверьте: Подержите холодное зеркало рядом с полостью; отсутствие запотевания свидетельствует о сухих условиях. Прощупайте вентиляционные отверстия проволокой после предварительного нагрева.

4. Пробный удар (Trial blow, low stakes)

   • Что делать: Используйте небольшую насадку и небольшое давление. Надувайте постепенно, вращаясь. Обратите внимание на шов и следы от вентиляционных отверстий.
   • Почему это важно: Ранние испытания позволяют выявить зазоры между вентиляционными отверстиями, несоосность швов или геометрию замка без риска получить слишком большой кусок.
   • Корректировки: Добавьте/измените размеры вентиляционных отверстий в высоких точках, увеличьте давление в шве или подкорректируйте тягу, если удаление происходит с трудом.

5. Стандартизация производства

   • Что делать: Зафиксируйте нагрев, частоту вращения и давление обдува, чтобы получить ровные стенки. Периодически протирайте полость и проверяйте открытость вентиляционных отверстий.
   • Ожидаемый срок службы: Графит часто работает от десятков до сотен циклов; алюминий с ЧПУ может работать сотни и более циклов при бережном отношении. Срок службы зависит от геометрии, температуры и условий эксплуатации.

Примечание по технике безопасности: для графита/алюминия обычно не требуется разделитель. Держите полость чистой и сухой. Предварительный нагрев уменьшает удар и конденсат.

3.2. Процесс литья в печи (Lost-Wax)

Этот способ вознаграждает за терпение, обеспечивая исключительную точность поверхности и сложные формы.

1. Шаблон в воске

   • Что нужно сделать: 3D-печать мастера; изготовление силиконовой формы; литье восковых позитивов. Обработайте швы теплыми инструментами; слегка отполируйте пламенем, чтобы закрыть поры. Добавьте восковые шплинты и вентиляционные отверстия (2-4 мм для небольших деталей) от высоких точек к внешним, соблюдая осадку 2-5° там, где детали должны тянуться.
   • Почему это важно: Чистый воск = чистое стекло. Продуманная вентиляция позволяет избежать задержки воздуха и образования пузырьков.
   • Проверьте: Проследите пути вентиляции до внешней стороны - никаких глухих концов. Убедитесь в наличии тяги везде, где должен выходить воск.

2. Замешивание воска (гипса и кварца)

   • Что нужно сделать: Взвесьте 50% гипса №1 и 50% кремнеземной муки (295‑mesh) по весу. Добавьте воду в соотношении 1:1,75-1:2 (вода:сухая масса) в зависимости от текучести и прочности. Просейте сухую смесь в воду при температуре ~21 °C, взболтайте пару минут, затем перемешивайте 3-5 минут вручную или 1-2 минуты механически. При наличии вакуумной дегазации, в противном случае осторожно постучите/вибрируйте.
   • Почему это важно: Правильные соотношения и смешивание уменьшают сегрегацию, пустоты и слабые формы.
   • Проверьте: Гладкая, текучая консистенция без сухих участков. Срок службы горшка короткий - наливайте быстро.
   • Исходные данные: В качестве примера берите инструкции по смешиванию и каталог Bullseye для соотношения 50:50 по весу смеси и воды ( Bullseye Investment Mixing Instructions; Bullseye Catalog 14).

3. Построение формы

   • Что делать: Подвесьте/закрепите воск в ящике формы с соответствующими зазорами. Заливайте материал с угла, чтобы уменьшить количество воздуха. Вибрируйте/постукивайте, чтобы выпустить пузырьки. Дайте застыть в течение 24 часов для придания прочности.
   • Почему это важно: Правильная техника заливки предотвращает появление поверхностных отверстий и пустот.
   • Проверьте: После затвердевания форма должна быть твердой и прохладной на ощупь, а на ее поверхности не должно быть меловидного осадка.

4. Сушка и выжигание (управление влажностью)

   • Что делать: Составьте поэтапный график: медленно повышайте температуру до ~90-110 °C и выдерживайте, чтобы удалить свободную воду (6-12+ часов для толстых форм). Пройдите через ~200-300 °C для обезвоживания гипса/удаления связующих веществ. Нагрейте до ~650 °C для полного выгорания воска/связующего, затем охладите/выдержите при температуре литья.
   • Почему это важно: Любая остаточная влага может привести к образованию паровых всплесков и точечной коррозии; неполное выгорание вредит поверхности.
   • Проверка: Проведите "зеркальный тест" возле вентиляционного отверстия/вытяжки - отсутствие запотевания свидетельствует о сухости.
   • Контрольные точки: В технических руководствах Bullseye и рекомендациях по обжигу подчеркивается поэтапное обезвоживание, минимальное воздействие и консервативный выбор рампы/держателя (TechNote 4: Heat & Glass; Tip Sheet 8: Lost Wax Kilncasting). Если вы используете фирменную смесь, например R&R Mold Mix 50/50, следуйте инструкциям по применению продукта или обратитесь в службу технической поддержки (статья Ransom & Randolph, посвященная литью стекла).

5. Зарядка и литье (Charge and cast)

   • Что делать: Только чистое, совместимое стекло. Разместите заготовки/фритты в резервуаре в соответствии со схемой. Отливайте при температуре 800-900 °C в зависимости от толщины стекла и профиля; замачивайте только столько, сколько необходимо для полного формирования.
   • Почему это важно: Чрезмерное замачивание в зоне девитрификации повышает риск помутнения поверхности.
   • Проверьте: Наблюдайте через глазок (PPE!) или полагайтесь на набранную программу; как только стекло сформировано, немедленно переходите к отжигу.
   • Закрепление источников: Спецификации Bullseye описывают минимизацию высокотемпературной выдержки и быстрое перемещение между технологическими температурами и отжигом для ограничения риска девитрификации (идеализированный график обжига; урок Dealing with Devitrification).

6. Снятие формы и отделка (De‑mold and finish)

   • Что делать: Отжиг в соответствии с толщиной (см. раздел 4). После отжига и охлаждения механически удалите вложения (мокрый метод). Выполните холодную обработку для достижения поставленных целей.
   • Почему это важно: Правильный отжиг исключает появление контролей; влажное удаление контролирует кремниевую пыль.

Примечание по технике безопасности: отнеситесь серьезно к порошкам и дыму от выжигания. OSHA устанавливает допустимый предел воздействия для вдыхаемого кристаллического кремнезема в 50 мкг/м³ (8-часовой TWA); при необходимости используйте мокрые методы/LEV и респираторы в соответствии с письменным планом.

4. Базовые графики отжига (сода-известняк)

Контрольные точки: Во многих рецептурах содовой извести точка отжига находится в районе ~540 °C (1000 °F), а точка деформации - в районе ~510 °C (950 °F), но всегда проверяйте цифры для конкретного стекла (EAG физические свойства стекла; Hampton Research Glass 0100 TDS). Для печной формовки содовой извести (COE 90) Bullseye практикует замачивание при температуре 482 °C (900 °F) с выдержкой в зависимости от толщины и охлаждением с ограничением скорости; используйте их таблицы в качестве консервативного базового уровня (Bullseye Annealing Thick Slabs: Celsius; TechNote 4).

Используйте эти адаптируемые базовые показатели, если график производителя недоступен:

• Тонкие (≤6 мм)

  • Отжиг: 30-60 минут при температуре 482-540 °C.
  • Охлаждение: 55-110 °C/час до ~427 °C, затем 110-165 °C/час до комнатной температуры.

• Средние (6-25 мм)

  • Замачивание: 1-2 ч при температуре 482-540 °C
  • Охлаждение: 27-55 °C/час до ~427 °C, затем 55-110 °C/час до комнатной температуры

• Толстые (25-50+ мм)

  • Выдержка: 2-4 ч + около 482-540 °C
  • Охлаждение: 10-27 °C/час до ~427 °C, затем 27-55 °C/час до комнатной температуры.

(!) Для асимметричных или сложных масс добавьте выравнивающие пропитки и используйте несколько термопар. В TechNote 7 компании Bullseye описано отображение разницы температур в печи для надежного отжига ("Мониторинг температур в печи").

5. Контрольные списки контроля качества, которые Вы действительно будете использовать

Контрольный список для предварительной заливки / предварительной продувки:

• Присутствует вытяжка по всем направлениям; нет подрезов, если только Вы специально не спроектировали съемные/гибкие секции.
• Вентиляционные отверстия обозначены на всех высоких точках; проверено, что они открыты для атмосферы (проверка светом или проволокой).
• Форма сухая и предварительно нагретая; нет конденсата; нет масел или остатков.
• Проверена совместимость стекла; запрограммированы графики работы печи/отжигателя и откалиброваны термопары.

Контрольный список после формовки:

• Чистый выпуск без разрывов и следов фиксации.
• Поверхность соответствует заданной текстуре; швы минимальны/управляемы.
• Отсутствие девитрификационной дымки, паровых ям или проверок после отжига.

6. Устранение неполадок: Быстрая диагностика и устранение

• Пар или Ямки

  • Вероятная причина: Остаточная влага в плесени.
  • Устранение: Продлите низкотемпературную сухую выдержку (90-110 °C), добавьте среднетемпературную выдержку, предварительно нагрейте выдувные формы и используйте зеркальный тест перед отливкой/выдувкой.

• Прилипание или Блокировка

  • Вероятная причина: Недостаточный угол осадки или скрытый подрез.
  • Устранение: Увеличьте угол осадки до 5°+ в местах с текстурой; измените дизайн разъемной формы; добавьте гибкую вставку или дополнительную разъемную форму для удаления.

• Пузырьки или Воздушные ловушки

  • Вероятная причина: Недостаточная вентиляция.
  • Устранить: Добавьте или увеличьте вентиляционные отверстия в геометрически высоких точках; сохраняйте прямые пути в атмосферу. В выдувных формах добавьте тонкие вентиляционные отверстия вдоль узких мест.

• Девитрификация (помутнение поверхности)

  • Вероятная причина: Грязное стекло или длительное высокотемпературное выдерживание в девитальной зоне.
  • Устранить: Тщательно очищайте стекло и обрабатывайте его за края; сократите пик выдержки; быстро охлаждайте для отжига; используйте крышки для ограничения дымления. См. руководство Bullseye по минимизации времени девитрификации при температуре выше ~810 °C/1490 °F (Dealing with Devitrification; Idealized firing graph).

• Растрескивание или Трещины после охлаждения

  • Вероятная причина: Неадекватный отжиг для толщины/геометрии или неравномерная температура в печи.
  • Устранение: увеличьте продолжительность отжига; замедлите темп; разделите толстые и тонкие массы на этапе проектирования; проверьте однородность печи (см. Bullseye TechNote 7 о температурной карте).

7. Техника безопасности и практика работы в студии (не пропускать)

• СИЗ: защитные очки/защитная маска, термостойкие перчатки, длинные рукава, обувь с закрытыми носками. Используйте респиратор, предназначенный для защиты от кремнезема, при смешивании инвестиций или работе с сухими обломками, если инженерные средства контроля недостаточны.
• Вентиляция: Обеспечьте местную вытяжку во время смешивания и обжига; поддерживайте вентиляцию в печном помещении.
• Контроль кремнезема: PEL для вдыхаемого кристаллического кремнезема, установленный OSHA, составляет 50 мкг/м³ (8-часовой TWA); проводите оценку воздействия, используйте мокрые методы и программы по уборке помещений и респираторы, если это необходимо (обзор OSHA по кремнезему; 29 CFR §1910.1053). NIOSH обобщает практические меры контроля и методы оценки воздействия ( NIOSH silica practices ; NIOSH exposure assessment ).
• Отходы: Проводите влажную уборку отходов; ни в коем случае не проводите сухую уборку. Утилизируйте в соответствии с местными правилами.

8. Перечень материалов (ориентировочный)

• Маршрут выдувной формы (Blow mold route): Графитовые или алюминиевые блоки; центровочные штифты/шарниры/зажимное кольцо; микросверла (0,3-1,0 мм) для вентиляционных отверстий; полировальные принадлежности/абразивы; обезжириватель.
• Трасса печного литья (Kiln‑cast route): Штукатурка; кварцевая мука с размером ячеек 295; чистая вода; силиконовая резина; ящики для форм; воск, литники и вентиляционные отверстия; вакуумный насос/камера (опция); выборочная промывка печи; мебель для печи.

9. Результаты, которые должны получиться

• Пресс-форма с документально оформленной спецификацией: углы вытяжки, карта вентиляционных отверстий, план разделения и целевая обработка поверхности.
• Форма, готовая к использованию в горячем состоянии или к загрузке в печь, подтвержденная успешным первым извлечением/заливкой с чистым выпуском и целевой поверхностью.
• Сохраненный шаблон графика отжига по толщине, который можно уточнить в зависимости от проекта и типа стекла.

Глоссарий

Угол отжига - это небольшое сужение, позволяющее деталям выходить из форм без задиров и заеданий.

Девитрификация - нежелательная кристаллическая дымка, которая может образоваться на горячем стекле, если оно слишком долго находится в определенном температурном диапазоне или загрязнено.

Точка отжига VS. Точка деформации - это температурные области, в которых внутренние напряжения в стекле снимаются быстро (отжиг) или очень медленно (деформация).