PROJEKT OPERAČNÍHO PROGRAMU VZDĚLÁVÁNÍ PRO KONKURENCESCHOPNOST
MODERNIZACE VÝUKY NOVĚ ZŘÍZENÉHO ATELIÉRU DESIGNU SKLA REGISTRAČNÍ ČÍSLO CZ.1.07/2.2.00/15.0451
TECHNOLOGICKÉ DISCIPLÍNY Materiály technologie skla a Technická dokumentace materiálů Radek Hložánek
VÝVOJ TOHOTO UČEBNÍHO TEXTU JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY
O projektu
Učební text byl vyvinut v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost „Modernizace výuky nově zřízeného Ateliéru designu skla“, registrační číslo CZ.1.07/2.2.00/15.0451, jehož příjemcem je Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně. Cílem projektu je vytvoření inovativní podpory vzdělávání s multimediálními prvky, zaměřené na nové postupy a poznatky v oblasti designu skla a jeho aplikací. Realizace projektu vytvoří podmínky pro rozvoj Atelieru designu skla v rámci studijního programu Výtvarná umění na Fakultě multimediálních komunikací UTB ve Zlíně. Projekt je určen pro studenty třech akreditovaných studijních oborů v bakalářském a navazujícím magisterském studiu v prezenční i kombinované formě. Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
Abstrakt
Tento učební text, který je rozdělen do dvou částí - 1. část - materiály technologie skla a 2. část - technická dokumentace materiálů - seznamuje studenty v části technologie, s materiály používanými ve sklářství a to jak s materiály pro tavení skloviny, materiály pro prvotní a druhotné opracování skla, tak i s dalšími materiály pro sklářskou výrobu. Zmiňuje se také o formách používaných ve sklářství. Posluchač rovněž získá základní přehled o způsobech tvarování skloviny. V části technická dokumentace materiálů jsou materiály technologie skla doplněny zásadami technického zobrazování těles, zásadami kótování a zhotovením střihu šablony - pro výrobu forem.
Cílová skupina
Tento text je určen pro posluchače prvního ročníku bakalářského studia oboru design skla na Fakultě multimediálních komunikací Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně. Text v části Technologie předpokládá středoškolskou úroveň znalostí z chemie a fyziky. V části Technická dokumentace se vstupní znalosti nepředpokládají.
Obsah
1
Materiály technologie skla
................…....…...........................
7
1.1 Historický vývoj skla
................…....…...........................
7
1.1.1 Sklářství ve starověku
................…....…...........................
7
1.1.2 Sklářská píšťala
................…....…...........................
7
1.1.3 Sklářství ve středověku
................…....…...........................
7
1.1.4 Vývoj sklářství na území našeho státu
....................................
8
1.2 Bezpečnostní a ekologická rizika při výrobě skla ................................ 10 1.2.1
Bezpečnost práce ve sklářských provozech ............................. 10
1.2.2
Druhy rizik ve sklářských provozech
1.2.3 Ekologická rizika
.....................................… 10
................…....…........................... 12
1.3 Sklářská vsázka, sklářský kmen a jeho příprava .................................. 13 1.3.1 Sklářský kmen
................…....…........................... 13
1.3.2 Sklotvorné suroviny
................…....…........................... 14
1.3.3 Taviva
................…....…........................... 15
1.3.4 Stabilizátory
................…....…........................... 15
1.3.5 Pomocné suroviny
................…....…........................... 17
1.3.6 Skleněné střepy
................…....…........................... 20
1.3.7 Příprava sklářského kmene (sklářské vsázky) ........................... 20 1.4 Kovové, nekovové a jiné materiály používané ve sklářství ................. 22 1.4.1 Kovové materiály
................…....…........................... 22
1.4.2 Nekovové materiály
................…....…........................... 24
1.4.3 Směskové materiály
................…....…........................... 24
1.5 Způsoby tvarování skloviny
................…....…........................... 25
1.5.1 Ruční tvarování skloviny
................…....…........................... 26
1.5.2 Poloautomatické tvarování skloviny 1.5.3 Automatické tvarování skloviny
......................................... 33
................................................ 34
1.6 Žárovzdorné materiály ve sklářství ................…....…........................... 36 1.6.1 Vlastnosti žárovzdorných materiálů 1.6.2 Druhy žárovzdorných materiálů
......................................... 36
................…....….................... 37
1.6.3 Temperování žárovzdorných materiálů 1.7 Energetické zdroje ve sklářství
.................................... 39
................…....…........................... 40
1.7.1 Tuhá paliva
................…....…........................... 40
1.7.2 Kapalná paliva
................…....…........................... 40 3
1.7.3 Plynná paliva
................…....…........................... 40
1.7.4 Elektrická energie
................…....…........................... 41
1.8 Materiály k prvotnímu a druhotnému opracování skla
........................42
1.8.1 Brousící materiály
................…....…...........................42
1.8.2 Leštící materiály
................…....…...........................44
1.8.3 Materiály pro chemické leštění, leptání a matování ..................... 45
2
1.8.4 Materiály pro malbu skla
................…....…...........................46
1.8.5 Materiály pro irizování skla
................…....…...........................48
1.8.6 Materiály pro lazurování skla
................…....…...........................48
Technická dokumentace materiálů
................…....…........................... 51
2.1 Technické výkresy
................…....…...........................51
2.1.1 Význam technických výkresů
................…....…...........................51
2.1.2 Formáty technických výkresů
................…....…...........................51
2.1.3 Měřítka technických výkresů
................…....…...........................52
2.1.4 Rohové razítko
................…....…...........................53
2.2 Popisování technických výkresů a čáry na výkresech
.......................54
2.2.1 Popisování technických výkresů ................…....….......................54 2.2.2 Čáry na technických výkresech
..............…....…....................... 55
2.3 Zobrazování na technických výkresech
................…....…................... 58
2.3.1 Pravoúhlé promítání
................…....…..........................58
2.3.2 Kreslení řezů a průřezů
................…....…...........................61
2.3.3 Přerušování obrazů
................…....…..........................62
2.3.4 Kreslení přetvořených součástí 2.4 Kótování technických výkresů
................…....…..................63 ................…....…..........................65
2.4.1 Základní pojmy a pravidla kótování
................…....…..................65
2.4.2 Kótování průměrů, poloměrů, oblouků, kulových ploch a úhlů ….. 69 2.4.3 Kótování čtyřhranů a šestihranů ................…....…........................72 2.4.4 Kótování úkosů
................…....….........................72
2.4.5 Kótování kuželovitosti a jehlanovitosti ................…....…...............73
2.5
2.4.6 Kótování zkosených hran
................…....…..........................74
2.4.7 Kótování závitů
................…....…..........................74
2.4.8 Tolerování rozměrů
................…....…..........................75
Konstrukce sklářských forem – střih forem 2.5.1 Materiály sklářských forem
................…....….............83
................…....…..........................83
2.5.2 Konstrukční zásady sklářských forem
4
................…....….............83
2.5.3 Střih forem
................…....…..........................86
3
Závěr
................…....…..........................89
4
Seznam literatury
................…....…..........................90
5
Seznam obrázků
................…....…..........................91
6
Rejstřík
................…....…..........................93
5
6
1 Materiály technologie skla 1.1 Historický vývoj skla Studijní cíle: Po absolvování této kapitoly bude student schopen pochopit stručný přehled vývoje sklářské výroby v průřezu dějin ve světě a na území České republiky. Klíčová slova: glazura, sklářská píšťala, benátské sklo, lesní sklo, český křišťál, anglický křišťál Potřebný čas: 2 hodiny
1.1.1 Sklářství ve starověku Vznik první skleněné hmoty je spojován s objevem glazur ve starověkém Egyptě, kterými hrnčíři vylepšovali povrch vypálených hliněných nádob. Glazuru tvořila směs písku a sody, která po vypálení vytvořila tenkou, lesklou a nepropustnou vrstvu. Směs k výrobě glazur se později začala tavit samostatně v nízkých pánvičkách. Teplota otevřeného ohniště však nestačila k utavení surovin, a proto se tavení muselo opakovat po předchozím rozemletí spečené hmoty. Několikerým přetavením a postupným zlepšováním hmoty se nakonec podařilo vyrobit první upotřebitelné sklo. V současné době nejstarším známým kouskem skla je skleněná perla nalezená u Théb (dnes Luxor v Egyptě), jejíž stáří se odhaduje asi na 5500 let. Po perlách tyčinkách a deskách se skláři naučili vyrábět i první nádoby pravděpodobně navíjením skleněných nití na hliněné jádro, které se po vychlazení následně odstranilo. Z Egypta a Mezopotámie, které byly zřejmě kolébkou sklářství se umění vyrábět sklo rozšířilo i do dalších zemí tehdejšího známého světa - do Fénicie, Řecka a Orientu.
1.1.2 Sklářská píšťala Zásadním objevem ve výrobě skleněných výrobků byl vynález sklářské píšťaly. Tento jednoduchý, ale důmyslný nástroj přetrval až do dneška. Objev sklářské píšťaly se přisuzuje starým Římanům a Féničanům v době kolem počátku našeho letopočtu. Po vynálezu sklářské píšťaly a vylepšení tavících pecí bylo možno sklo tvarovat novým způsobem, vyrábět i větší předměty a použít mnoho nových zdobících a tvarovacích hutních technik. Sklo v této době přestává být výhradně luxusním zbožím - stává se z něj zboží užitkové. Z říše římské se skleněné výrobky dostávají dále do římských provincií - dnešního Německa, Francie, Švýcarska, Anglie, atd. Po rozpadu římské říše upadá i římské sklářství a nositelem rozvoje výroby skla se čas stává říše byzantská odkud umění výroby skla proniká dále na sever, například do Ruska.
1.1.3 Sklářství ve středověku Vlivem hospodářských změn na území Evropy, vzniká na severu Jaderského moře nové velké obchodní středisko - Benátky, kde kromě jiných uměleckých řemesel významně vzkvétá i sklářství. Původní výroba měsíčního okenního skla se rozrostla natolik, že byl sklářům přidělen blízký ostrov Murano. 7
Benátské sklo se svým složením velmi dobře hodilo k hutnickému zpracování. Snadno se tavilo, dalo se dobře rozfukovat do tenkých tvarů a vydrželo dlouho tvárné na píšťale (tzv. dlouhé sklo). Pece k tavení dosáhly již značné dokonalosti. Byly rozděleny na tři prostory. Spodní sloužil jako topeniště, v prostředním byly umístěny tavící pánve a do nejvyššího se ukládaly výrobky k vychlazení. Postupem času se sklářská výroba dále zdokonalovala. Začaly se vyrábět předměty z bílého skla, zlacené a barevné vázy a mísy, milefiory (tzv. tisícikvěté sklo), skleněné květiny, předměty z podjímaného a přejímaného skla, plochá a vyhlášená benátská zrcadlová skla, imitace drahokamů. Rozvíjela se rovněž malba skla. Nejlepší benátští sklářští mistři byli povyšováni do šlechtického stavu. Na druhé straně se velmi přísně střežilo tajemství výroby skla (sklárny byly izolovány na ostrově Murano). Za prozrazení výrobního tajemství byli lidé velmi přísně trestáni. Benátské sklo ovládlo na téměř 600 let světový trh. Zdálo se, že sklářství nedosáhne nikdy větší dokonalosti a žádné jiné sklo nepředčí svými vlastnosti a rozmanitosti využití sklo benátské.
1.1.4 Vývoj sklářství na území našeho státu První sklo na území naše státu se objevuje v letech 1700 až 1200 před n.l. Tehdy se vyráběly především zabarvené korálky, skleněné náramky a menší nádobky. Z pozdější doby pak byly nalezeny hlavně skleněné knoflíky a na vysoké úrovni zpracování keltské náramky. V 11. století se sklo tavilo již v samostatných sklárnách zejména v pohraničních lesích. Byly to jednoduché stavby, které se po spotřebování okolního dřeva opustily a znovu postavily v zalesněné oblasti. Výsledkem tavení v těchto jednoduchých pecích bylo sklo zeleně zbarvené (odtud název lesní sklo), nečisté a bublinaté. Ve 12.-14. století byl zaznamenán rozvoj výroby skleněné mozaiky pro sestavování skel chrámových oken. Nejstarší zprávy o klasických sklářských hutích na území našeho státu jsou ze 14. století. Sklářské hutě tehdy vznikaly na území Čech, Moravy i Slezska. Nejstarší hutí v Čechách, o níž jsou přesné historické doklady, je huť v Chřibské z roku 1414. Tato huť byla v provozu ještě nedávno. V 16. století dochází k intenzivnímu rozvoji českého sklářství, sklářské hutě vznikají ve všech oblastech českého státu. Postupná technická zlepšení umožňují vyrábět sklo bezbarvé místo zeleného lesního skla. Jako tavivo byla již používána salajka (potaš získávaná z popela bukového dřeva), zlepšuje se technická úroveň tavících pecí. V 17. století zavedli čeští skláři také oxidační tavení a obnovili zapomenuté odbarvování skla. Tím se dosáhlo lepší barvy (lepé řečeno lepší bezbarvosti), jiskrnosti a tvrdosti skla. Toto kvalitní sklo označované jako český draselný křišťál předčilo svými vlastnostmi sodné sklo benátské. I díky obchodním úspěchům vzniká zejména na severu Čech v okolí Kamenického Šenova a Boru řada významných skláren. Rozvoj obchodu a konjunktura českého sklářství trvala přibližně do konce 18. století. V této době vzniká českému sklu velmi silná konkurence v Anglii, výrobou olovnatého skla zvaného anglický křišťál. Této konkurenci se české sklářství brání novými objevy barevných skel. Bylo vyrobeno sklo černé (hyalit), zelenavě žluté barvené sloučeninami uranu a další. Nejvýznamnější postavou českého sklářství v té době byl Bedřich Egermann z Boru objevitel mimo jiné slavné červené lazury, na kterou vzápětí přenáší techniku rytí. Jsou zakládány další významné firmy jako např. Lobmayer, Kavalier, na Teplicku zavádí Fastner tovární výrobu sklářských pánví. 8
20. století je pak charakteristické nástupem strojních výrob. Mechanizuje se výroba plochého tabulového skla, obalového a užitkového skla. V oboru uměleckého skla se prosazují díla profesorů Brychty, Drahoňovského a Korejse a dalších českých výtvarníků především absolventů VŠUP v Praze.
Průvodce studiem Prostudováním úvodní kapitoly jste získali stručný přehled o vývoji sklářské výroby na území tehdejšího známého světa od starověku a o prvních indiciích sklářství na území našeho státu až po současnost.
Shrnutí Počátky sklářství lze datovat - podle nejstaršího dosud nalezeného předmětu ze skla do období 5500 let před n.l. Z Egypta a Mezopotámie se umění vyrábět sklo šíří postupně do Fénicie, Řecka a Orientu. Významným objevem byla sklářská píšťala v počátku n.l. Výroba skla se následně šíří do římských provincií, do dnešního Německa, Francie, Švýcarska, Anglie a dalších. Významným obdobím středověku je pak rozmach skla benátského. Nejstarší nalezená skla na území našeho státu se datují do období 2. tisíciletí před n.l. V 11. století vznikají jednoduché sklárny, ve kterých se tavilo zelené nekvalitní sklo. Významné je 17. století, ve kterém byl vyvinut proslulý český křišťál. 18. století lze pak charakterizovat objevy nových barevných skel a lazur. 20. století zaznamenává masivní nástup strojní výroby. Pojmy k zapamatování • • • • •
glazura sklářská píšťala benátské sklo český křišťál anglický křišťál
Kontrolní otázky 1. z jaké technologie se vyvinula výroba skla? 2. do jakého období se datuje vznik sklářské píšťaly? 3. čím je charakteristické období benátského skla? 4. jaký byl vývoj sklářství na území našeho státu?
9
1.2 Bezpečnostní a ekologická rizika při výrobě skla Studijní cíle: Po prostudování této kapitoly posluchač bude schopen vyhodnotit bezpečnostní a ekologická rizika související s výrobou skla. Klíčová slova: pořezání, exploze, poleptání
popálení,
otrava,
zasažení
elektrickým
proudem,
Potřebný čas: 2 hodiny
1.2.1 Bezpečnost práce ve sklářských provozech Při práci a pohybu ve všech prostorách sklářského provozu se setkáváme s řadou rizik, která mohou být příčinou velmi vážných úrazů. Proto je třeba počínat si na těchto pracovištích velmi obezřetně a zejména: •
dodržovat předpisy, příkazy, zákazy a jiné pokyny k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví při práci
•
používat při práci ochranná zařízení a ochranné pracovní prostředky
•
při práci chránit své zdraví a zdraví dalších osob to znamená:
1. oznamovat nadřízeným nedostatky a závady, které by mohly ohrozit bezpečnost nebo zdraví při práci 2. hlásit nadřízenému i drobná poranění 3. zraněným osobám poskytnou první pomoc, případně zajistit odborné ošetření
1.2.2 Druhy rizik ve sklářských provozech Nejčastější rizika, se kterými se ve sklárnách můžeme setkat jsou následující •
pořezání
•
popálení
•
otravy
•
zasažení elektrickým proudem
•
exploze
•
poleptání
•
poranění očí
Riziko pořezání Pořezání společně s popálením je nejčastějším úrazem ve sklářských provozech. Pořezání hrozí na všech pracovištích sklářských provozů. Při tvarování na píšťale zůstávají po odražení výrobku na píšťale velmi ostré zbytky skla. Se sklářskou píšťalou pracujeme velmi obezřetně, abychom neohrozili své okolí. S rizikem pořezání se dále můžeme setkat v provozech prvotního a druhotného opracování skleněného výrobku a to zejména při operacích broušení a vybrušování skla pukání a řezání skla na diapile. Nesmíme zapomínat, že výrobky nemusí být dokonale vychlazeny a při prvním styku s nástrojem mohou okamžitě prasknout. Skleněné střepy a odstraněné technologické přídavky - kopny , které jsou rovněž častým zdrojem úrazů se vyskytují prakticky ve všech prostorách skláren. Zde platí 10
pokud to není nezbytně nutné, střepy vůbec do ruky nebereme. Nesmíme rovněž zapomínat, že nezabroušené nebo nezapálené hrany skleněných polotovarů jsou velmi ostré a mohou způsobit hluboké řezné rány. Riziko popálení Toto riziko se vyskytuje zejména v tzv. horkých provozech, tedy v blízkosti tavících agregátů, kde se tvaruje horká sklovina, chladících pecí při vkládání vytvarovaných výrobků k chlazení a všude tam, kde se pracuje s otevřeným ohněm, tedy při pukání a zapalování skla, při práci na sklářských kahanech, kde se tvarují drobné výrobky z trubic a tyčí. Při pohybu v jakýchkoliv sklářských provozech je nutné si uvědomit, že sklo i zdánlivě studené může vykazovat teplotu i 300º C a lze se při styku s ním popálit. Riziko otravy Riziko otravy vzniká u toxických látek, které se používají zejména jako suroviny pro tavení skloviny. Zde náleží především sloučeniny arzénu, barya, olova, případně sloučeniny uranu. Nelze zapomínat ani na možnost otravy v malírenských provozech, kde je riziko poškození zdraví při dlouhodobé práci s vysoce olovnatými sklářskými barvami při nedodržování bezpečnostních a hygienických pravidel poměrně vysoké. V horkých sklářských provozech, kde se pracuje s otevřeným ohněm může za určitých podmínek při nedokonalém spalování vznikat vysoce toxický oxid uhelnatý, který již v menších dávkách způsobuje otravu. Riziko zasažení elektrickým proudem Hrozí především v mokrých provozech. Brusírnách, řezárnách, leptárnách, leštírnách – tedy všude tam, kde se při výrobním procesu používá větší množství vody, která často stéká na podlahu pracoviště. Je nutno mít neustále na paměti, že ve sklářských provozech pracujeme často v horkém, prašném a chemicky agresivním prostředí, které může snižovat životnost izolace kabelů elektrických rozvodů v místnosti i uvnitř strojních zařízení. Riziko exploze Další nebezpečí úrazů vzniká při explozích. Výbuch může nastat všude tam, kde se smísí plyn v určitém poměru se vzduchem, a přijde-li tato směs do styku s ohněm, žhavým sklem nebo elektrickou jiskrou. Exploze může nastat při zapalování roztáčecích pecí, plynových komorových a pásových chladících pecí a při temperaci nových tavících agregátů. Plynový hořák smí být zapálen teprve tehdy, když je naprosto jisté, že předtím z něho neunikal nezapálený plyn, který se mohl nahromadit a vytvořit třaskavou směs. Riziko poleptání Vzniká v provozech, kde se pracuje s agresivními látkami zejména s kyselinami a hydroxidy. Zvláště nebezpečné jsou leptárny, matovny a chemické leštírny tedy provozy využívající agresivních účinků kyseliny fluorovodíkové a solí této kyseliny. Riziko poranění očí Vyskytuje se prakticky ve všech technologických odděleních sklářských provozů. V kmenárnách je to zvýšená prašnost, při nabírání a tvarování skloviny škodlivá část záření, v provozech prvotního a druhotného opracování pak možnost zasažení oka skleněným střípkem (pukání), brousícím materiálem (brusírna), malířskými preparáty (malírna), kyselinami (leptárna) atd.
11
1.2.3 Ekologická rizika Suroviny sklářských provozů zatěžující přírodu, tedy zejména jedovaté látky, kyseliny a hydroxidy se mohou do okolí skláren dostat v podstatě dvěma cestami. Suchou cestou a to „odprášením“ části sklářského kmene při tavícím procesu ve vířivé pecní atmosféře a následným úletem přes odtah do okolí, případně těkáním agresivních látek do ovzduší. Mokrou cestou při nedůsledné neutralizaci agresivních látek v záchytných neutralizačních jímkách, případně při havárii zařízení využívajících agresivních látek k technologickým procesům.
Průvodce studiem V této kapitole jste se seznámili s nejběžnějšími bezpečnostními a ekologickými riziky, které jsou spojeny s činností ve sklářských provozech. Jak na tato rizika reagovat a předcházet jim, bude předmětem vašeho školení přímo na jednotlivých pracovištích sklářských dílen.
Shrnutí Při práci a pohybu ve sklářských provozech hrozí poměrně značné množství rizik, které mohou ohrozit bezpečnost práce a zdraví člověka, případně ekologicky zatížit okolí skláren. K zásadním rizikům náleží: pořezání, popálení, otrava, zásah elektrickým proudem, exploze a poleptání. K zamezení uvedených rizik je nutno dodržovat předpisy, příkazy, zákazy a jiné pokyny, používat při práci ochranná zařízení a ochranné pracovní prostředky, oznamovat nadřízeným nedostatky a závady, hlásit nadřízenému i drobná poranění, zraněným osobám poskytnou první pomoc, případně zajistit odborné ošetření. Pojmy k zapamatování • • • • • •
pořezání popálení otravy zasažení elektrickým proudem exploze poleptání
Kontrolní otázky 1. jaké jsou zásady eliminace bezpečnostních rizik ve sklářských provozech? 2 jaká jsou nejčastější rizika možného úrazu ve sklářských provozech?
12
1.3 Sklářská vsázka, sklářský kmen a jeho příprava Studijní cíle: po absolvování kapitoly bude posluchač schopen vysvětlit pojmy sklářská vsázka, sklářský kmen. Pochopí pojmy sklotvorné suroviny, taviva, stabilizátory a pomocné suroviny a jejich význam ve sklářském kmeni a jeho přípravu před tavícím procesem. Klíčová slova: sklářská vsázka, sklářský kmen, sklotvorné suroviny, taviva, stabilizátory, pomocné suroviny, barviva, odbarviva, kaliva, čeřiva, kmenárna. Potřebný čas: 6 hodin
Průvodce studiem Studiu následujícího textu věnujte zvýšenou pozornost. Jeho zvládnutí a pochopení vám umožní pochopit zákonitosti procesů tavení skloviny, které budete probírat ve vyšších ročnících svého studia.
Úvodem této kapitoly je nutné nejdříve vysvětlit pojmy sklářská vsázka a sklářský kmen. Sklářská vsázka se skládá ze sklářského kmene a podrcených skleněných střepů, které se do zakládacího kontejneru ve stanoveném množství přiloží na sklářský kmen. Z kontejneru se pak tyto suroviny pomocí mechanického zakladače společně založí do tavícího agregátu vanového typu k tavícímu procesu. U tavících agregátů pánvového typu se střepy a sklářský kmen z technologických důvodů zakládají odděleně.
1.3.1 Sklářský kmen Sklářský kmen je zhomogenizovaná směs sklářských surovin, přesně připravená dle předpisu. Obsahuje čtyři zásadní surovinové okruhy. •
sklotvorné suroviny
•
taviva
•
stabilizátory
•
pomocné suroviny - mezi které řadíme
1. barviva 2. odbarviva 3. čeřiva 4. kaliva 5. urychlovače tavení
13
1.3.2 Sklotvorné suroviny Jsou to, jak už jejich název říká suroviny, ze kterých se tvoří sklo. Zásadní sklotvornou surovinou je oxid křemičitý SiO2 – sklářský písek. Mezi další sklotvorné suroviny lze zařadit sloučeniny bóru, fosforu a germania. Oxid křemičitý SiO2 Oxid křemičitý se do skla dodává přírodní surovinou – sklářským pískem. Je nejdůležitější složkou všech druhů skel. Mimo schopnost tvořit sklo ovlivňuje rovněž chemické a fyzikální vlastnosti skla, zejména jeho chemickou odolnost, pružnost, pevnost a odolnost proti vrypu. Oxid křemičitý působí rovněž na teplotní roztažnost (sklo s vysokým obsahem SiO2 má nízký součinitel teplotní roztažnosti a je tím odolné i proti náhlým změnám teploty). Na druhé straně vysoký obsah oxidu křemičitého zhoršuje tavitelnost a zvyšuje schopnost odskelnění. Teplota tání SiO2 je poměrně vysoká a dosahuje hodnoty 1726 ºC. Sklářský písek je téměř čistý oxid křemičitý. Bývá znečištěn hlavně živcem, vápencem, slídou atd. Pro sklářské účely je však nejvíce nepříjemné znečištění oxidy železa, které způsobují zelené až žlutozelené zabarvení skla. Sklářský písek je tuzemskou surovinou, těží se severovýchodních a severních Čechách. Oxid boritý B2O3 Oxid boritý je další z řady sklotvorných oxidů. Ve skle je schopen úplně nebo částečně nahradit oxid křemičitý. Ovlivňuje rovněž některé vlastnosti skla – zejména snižuje teplotu tavení sklářského písku, zvyšuje chemickou odolnost skla, snižuje součinitel teplotní roztažnosti (tím se sklo stává odolnější proti náhlým změnám teploty) a zvyšuje lesk skla. Nevýhodou je poměrně vysoká cena surovin, pomocí kterých se oxid boritý vnáší do skla. Oxid boritý se do skla vnáší dvěma surovinami – kyselinou boritou H3BO3 a boraxem Na2B4O7 . 10 H2O. Kyselina boritá tvoří lesklé a kluzké šupiny, které mohou být příčinou odmísení v kmeni. Jako minerál sassolin se vyskytuje např. v severní Itálii Borax je snadno tavitelná látka. Roztavený a ochlazený borax vytvoří bezbarvou hmotu nazývanou boraxové sklo. Borax se v přírodě těží jako minerál tinkál nebo se vyrábí z kyseliny borité. Borax je nejen sklotvorná látka, ale působí i jako tavivo (snižuje teplotu tavení sklářského písku). Oxid fosforečný P2O5 patří sice mezi sklotvorné látky, ale ve sklářství se používá jen zřídka, např. při výrobě speciální optických skel. Surovinou k vnášení oxidu fosforečného do skla je kyselina H3PO4 nebo HPO3. Fosforečné sloučeniny mají větší význam jako kaliva. Oxid germaničitý GeO2 Podobně jako oxid fosforečný má i oxid germaničitý pro sklářství jen malý význam. Používá se pouze při výrobě speciálních optických skel. Většímu využití oxidu germaničitého brání vysoká cena suroviny.
14
1.3.3 Taviva Jsou suroviny, které významně snižují tavící teplotu sklářského písku (1726 ºC) na teplotu 1400 - 1500 ºC. Tím se snižuje energetická náročnost tavícího procesu a zvyšuje životnost tavících agregátů. Mezi nejčastěji používaná taviva náleží sloučeniny sodíku a draslíku. Oxid sodný Na2O Patří mezi nejdůležitější složky skel, neboť má vysokou tavící účinnost. Ovlivňuje rovněž součinitel teplotní roztažnosti a chemickou odolnost. Prodlužuje zpracovatelnost skloviny – sklovina je „delší“. Oxid sodný se do skla vnáší nejčastěji uhličitanem sodným (sodou) Na2CO3 nebo síranem sodným (sulfátem) Na2SO4. Oxid draselný K2O Mimo vysoké tavící účinnosti dodává sklu podobné vlastnosti jako oxid sodný. Navíc zvyšuje lesk skla a u barevných skel vyvolává sytější barevné odstíny. Je proto nezbytnou surovinou při výrobě skel křišťálových, optických a skel barevných. Oxid draselný se nejčastěji vnáší do skla uhličitanem draselným (potaší) K2CO3, méně často pak dusičnanem draselným KNO3. Oxid lithný Li2O Jako tavivo se používá poměrně málo. Zlepšuje tavitelnost skloviny a mimo to snižuje součinitel teplotní roztažnosti a zvyšuje chemickou odolnost skla. Do skloviny se oxid lithný vnáší uhličitanem lithným Li2CO3.
1.3.4 Stabilizátory Stabilizátory jsou suroviny, které ovlivňují mechanické, fyzikální, optické, tepelné, chemické a elektrické vlastnosti skloviny, případně skla. Těmito surovinami lze vlastně „doladit“ vlastnosti skla k účelu jejich použití. Mezi nejčastěji používané stabilizátory náleží sloučeniny vápníku, hořčíku, olova, barya, hliníku a zinku. Oxid vápenatý CaO Je důležitou složkou ve skle, zejména pro schopnost zvyšovat chemickou odolnost a stálost skla. Při větším obsahu CaO se však také zvyšuje křehkost skla a rovněž sklon ke krystalizaci skla tj. k odskelnění. Oxid vápenatý se do skla vnáší především vápencem, v minulosti také křídou. Je obsažen i v dalších horninách zejména v dolomitech a dolomitických vápencích. Vápenec je po chemické stránce uhličitan vápenatý CaCO3. Jako nerost je znám pod názvem kalcit. V přírodě patří mezi nejrozšířenější nerosty. Přírodní vápenec bývá znečištěn oxidy hlinitým, hořečnatým a křemičitým. Obsah oxidů železa bývá ve vápenci malý. Dolomitické vápence jsou horniny s obsahem 4,6 až 18,3% uhličitanu hořečnatého MgCO3, tj. vápence s hořečnatou složkou.
15
Oxid hořečnatý MgO Svou přítomností ve skle snižuje součinitel teplotní roztažnosti, a proto skla s obsahem MgO jsou odolnější proti náhlým změnám teploty. Zlepšuje také tavitelnost a čeření skla. Prodlužuje interval zpracovatelnosti skloviny – tvoří sklo „dlouhé“. Hlavní surovinou k vnášení oxidu hořečnatého do skla je dolomit. V některých případech se používá vodnatý křemičitan hořečnatý nebo uhličitan hořečnatý. Dolomit je po chemické stránce uhličitan hořečnatovápenatý MgCO3 . CaCO3. Z nečistot vykazuje pouze obsah oxidů železa. Ve srovnání s vápencem je dolomit čistší a levnější surovina proto je využíván více než vápenec.
Oxid barnatý BaO Zvyšuje lesk skla, zlepšuje index lomu světla. Zvyšuje dále hustotu skla a prodlužuje interval zpracovatelnosti skla – tvoří sklo „dlouhé“ a to zejména při tvarování za nízkých teplot. Nejužívanějšími surovinami pro vnášení oxidu barnatého do skla jsou uhličitan barnatý, méně často pak síran barnatý a dusičnan barnatý. Nevýhodou barnatých sloučenin je jejich toxicita pro lidský organismus. Stupeň toxicity závisí na rozpustnosti ve vodě. Barnaté sloučeniny rozpustné ve vodě jsou velmi toxické, nerozpustné jsou méně toxické nebo netoxické. Uhličitan barnatý BaCO3 jako přírodní surovina není pro sklářské účely vhodný. K tavení skloviny se používá uhličitan barnatý vyrobený synteticky. Ve vodě je částečně rozpustný a tedy toxický. Síran barnatý BaSO4 je ve vodě nerozpustný – není toxický. Vyskytuje se v přírodě (minerál baryt) a vyrábí se i synteticky. Obě formy síranu barnatého lze použít pro tavení skloviny. Dusičnan barnatý Ba(NO3)2 je látka ve vodě rozpustná tedy toxická. Vyrábí se synteticky. Větší význam než stabilizátor má jako čeřivo. Oxid olovnatý PbO Je důležitou složkou především při výrobě křišťálových olovnatých skel neboť významně ovlivňuje (zvyšuje) jejich index lomu světla, zvyšuje rovněž disperzi světla, tj. barevný rozptyl světla, což se projevuje duhovou barvitostí na broušených plochách. Olovnatá skla jsou poměrně měkká, proto je nelze zdobit rytím. Jsou naopak vhodná ke zdobení broušením. Olovnatá skla jsou snadno tavitelná, při zpracování „měkká“ (tvarují se při nižších pracovních teplotách), s dlouhým intervalem zpracovatelnosti – skla „dlouhá“. Olovnatá skla se vyznačují velkou hmotností. Do skla se oxid olovnatý vnáší nejčastěji suříkem, méně často dusičnanem olovnatým nebo křemičitanem olovnatým. Suřík je po chemické stránce oxid olovnatoolovičitý Pb3O4. Je to toxická látka, často znečištěná oxidy železa a mědi. Dusičnan olovnatý Pb(NO3)2 je kvalitnější surovinou než suřík, ale pro svoji vysokou cenu se přidává pouze do speciálních vysoce olovnatých skel. Oxid zinečnatý ZnO Snižuje u skla součinitel teplotní roztažnosti, zlepšuje tavitelnost skloviny a její čeření. Má význam především pro výrobu skel technických a speciálních optických. Základní
16
surovinou k vnášení oxidu zinečnatého do skla je vlastní oxid zinečnatý v jeho minerální nebo syntetické podobě. Oxid hlinitý Al2O3 Přítomnost oxidu hlinitého ve sklovině zabraňuje odskelnění, zvyšuje viskozitu skla, mění mechanické vlastnosti – sklo se stává tvrdší, současně se má menší pevnost v ohybu a pružnost. Oxid hlinitý zlepšuje chemickou odolnost skla. Oxid hlinitý se do skla vnáší horninovými surovinami zejména živcem, méně často pak kaolinem. Ze syntetických surovin je to pak především hydroxid hlinitý. Živec je tvořen směsí oxidu křemičitého, hlinitého, sodného a draselného. Toto složení předurčilo živec jako vhodnou sklářskou surovinu. Z nečistot je významný poměrně vysoký obsah oxidů železa. Hydroxid hlinitý, který lze spíše považovat za hydrát hlinitý Al2O3 . 3 H2O se používá k výrobě křišťálových a speciálních skel. Oxid berylnatý BeO Dodává sklu výborné tepelné, chemické a optické vlastnosti. Značně snižuje součinitel tepelné roztažnosti, zvyšuje odolnost proti vrypu i odolnost chemickou. Surovinou k vnášení oxidu berylnatého do skla je nejčastěji vlastní oxid berylnatý nebo uhličitan berylnatý BeCO3.
1.3.5 Pomocné suroviny Mezi pomocné suroviny řadíme barviva, odbarviva, čeřiva, kaliva a urychlovače tavení.
Průvodce studiem V následující stati „Barviva“ se seznámíte s nejčastěji užívanými barevným skly a surovinami, které jednotlivé barvy a odstíny vyvolávají. Technologie tavení barevných skel je poměrně náročná záležitost a není v této stati popsána.
Barviva Dodávají sklu různé zbarvení a to i podle stupně oxidace. Na barvu skla má vliv také množství oxidačních a redukčních látek v kmeni. Podle toho, v jakých částicích je barvivo ve skle přítomno, dělí se barviva na iontová, molekulární a koloidní. Následně jsou uvedeny příklady nejčastějších barviv a jejich barvící účinky. Sloučeniny železa Barví sklo převážně modrozeleně, zeleně až žlutozeleně. Na barevný odstín skla má vliv oxidační stupeň železa. Železité sloučeniny se vnášejí nejčastěji horninami jako je znělec nebo ocelek.
17
Sloučeniny manganu Patří k nejdéle známým a používaným barvivům skla. Barví sklo fialově až červenofialově. Vysoký obsah sloučenin manganu způsobuje neprůhlednost skla, čehož se využívá k výrobě černých skel (hyalit). Společně s oxidem železitým Fe2O3 barví sklo hnědě. Sloučeniny manganu se do skla vnášejí burelem (oxid manganičitý MnO2) nebo syntetickým oxidem manganičitým. Sloučeniny chrómu Barví sklo podle tavících podmínek - v oxidační atmosféře žlutozeleně, v redukční atmosféře modrozeleně. V neutrální atmosféře se taví trávová zeleň. Sloučeniny chrómu se vnášejí do skla oxidem chromitým Cr2O3, chromanem draselným K2CrO4, chromanem barnatým BaCrO4, případně jinými sloučeninami chrómu. Sloučeniny kobaltu Jsou určeny k barvení modrých skel. Intenzita zabarvení je úměrná množství barvící sloučeniny. Sloučeniny kobaltu se vnášejí do skla především Co3O4 a uhličitanem kobaltnatým CoCO3. Sloučeniny niklu Barevnost skla způsobuje dvojmocný nikl. Zbarvení závisí na chemickém složení základního skla. Sodná skla barví sloučeniny niklu červeně, draselná skla pak fialově. Do skla se vnášejí především oxidem nikelnatým NiO, niklitým Ni2O3, uhličitanem nikelnatým NiCO3 a dalšími. Sloučeniny selenu Barvení skla sloučeninami selenu je složité. Technologie je poměrně citlivá na atmosféru pece, teplotu a délku tavení a na množství sloučeniny selenu (je nutné počítat s jejich těkáním při tavení). Barví sklo od růžové až po červenou. Do skla se vnáší jemně mletým selenem černým, popřípadě seleničitanem sodným Na2SeO3, barnatým BaSeO3 nebo zinečnatým ZnSeO3. Sloučeniny kadmia Barví sklo žlutě, v kombinaci se sloučeninami selenu lze docílit řadu odstínů, od sytě žluté přes oranžovou až k tmavě červené. K vnášení sloučenin kadmia do skla se používá především sulfid kademnatý CdS. Odbarviva Oxidy železa, které jsou jako nečistota obsaženy ve většině sklářských surovin (zejména horninových) barví sklo do zelena. Kromě skel, kde toto zbarvení nevadí nebo je dokonce účelné, je u všech ostatních skel na závadu. Jde zejména o skla užitková, optická a technická, kde barevný odstín způsobuje vážnou vzhledovou vadu. Tomuto zabarvení se částečně zabrání použitím kvalitních surovin nebo, pomocí odbarvování Odbarvování je chemické a fyzikální. Při chemickém odbarvování se pomocí odbarviv mění dvojmocné železo (barví sklo zeleně až modrozeleně) na železo trojmocné, které barví sklo žlutozeleně a vytváří
18
tedy vzhledově 10x slabší barevný odstín než železo dvojmocné. Mezi nejběžnější chemická odbarviva patří dusičnany.. Při fyzikálním odbarvování skloviny se barevný odstín dále překrývá doplňkovou barvou za vzniku neutrální šedi. Tato šeď brání průchodu světla a čím více se této doplňkové barvy použije, tím více sklo šedne. To je důvod, proč nelze sklo o vysokém obsahu oxidů železa dokonale odbarvit Mezi fyzikální odbarviva se řadí sloučeniny selenu, oxid kobaltnatý, oxid nikelnatý. K nejlepším fyzikálním odbarvivům patří oxid neodymitý a oxid erbitý. Při odbarvování skel nelze použít výhradně jen chemickou nebo fyzikální metodu. Kvalitních výsledků lze dosáhnout pouze kombinací obou způsobů. Čeřiva Čeření je odstraňování drobných bublin plynů, které se ve sklovině tvoří díky chemickým reakcím mezi jednotlivými surovinami sklářského kmene. Sklovina je poměrně vysoce viskózní kapalina a bubliny v ní k hladině postupují pomalu. Úkolem čeření je vzestup těchto jemných bublin urychlit. K tomu využíváme dvou druhů čeření - chemického a fyzikálního. Při chemickém čeření se do sklářského kmene přidávají čeřiva, která se při vysokých teplotách rozkládají a tvoří ve sklovině množství velkých bublin, které pohlcují malé bubliny (vzniklé při tavícím procesu) a rychle je vynášejí k hladině, kde nakonec prasknou. Jako chemická čeřiva se používají síran sodný a především oxid antimonitý. Chemický způsob čeření se využívá především při tavení skloviny ve vanových tavících agregátech.. Fyzikální čeření využívá rozkladu organických látek ve sklovině. Na ocelovou tyč se napíchne mokré dřevo, jablko, řepa, brambor nebo jiná organická látka a ponoří se do spodních vrstev skloviny. Vzniklé velké bubliny při výstupu pohlcují malé bubliny a vynášejí je k hladině, kde prasknou. V současné době se stále více čeří sklovina pomocí tlakového vzduchu, dusíku nebo kyslíku, který se fouká přes ocelovou trubku do skloviny. Fyzikální způsob čeření se využívá při tavení skloviny pouze v pánvových tavících agregátech.
Kaliva Kaliva jsou látky, které zvyšují rozptyl světla a tím zvyšují neprůhlednost, čili zákal skel. Rozptyl světla je způsoben množstvím malých částic ve skle, které mají jiný index lomu světla než má sklo. Podle způsobu vytváření těchto částic, lze zákaly rozdělit na krystalické, emulzní a plynné (způsobené bublinkami plynu). Zákalová skla jsou velmi důležitá zejména při výrobě osvětlovacího skla, některých druhů plochého skla, skleněných obkládaček aj. Mezi kaliva, která tvoří krystalické zákaly patří především látky obsahující fluór kazivec (fluorid vápenatý CaF2), kryolit (fluorohlinitan sodný Na3AlF6) a syntetický fluorokřemičitan sodný Na2SiF6. Sloučeniny fluóru jsou při tavících teplotách poměrně snadno těkavé a intenzivně korodují okolní žárovzdorný materiál. Emulzní zákaly tvoří suroviny na bázi fosforu. Sloučeniny fosforu se ve sklovině rozpouštějí a při chladnutí se začínají vylučovat jako nové sklo (viz. sklotvorné suroviny) s jiným indexem lomu světla - tím vzniká emulzní zákal, jehož velikost je odvislá od složení skla a druhu kalící suroviny.
19
Podle intenzity zákalu lze skla rozdělit do tří skupin. Opalíny - jsou průsvitné a částečně průhledné, opály - jsou jen průsvitné a alabastry - jsou neprůsvitné. Urychlovače tavení Jsou suroviny, které urychlují dokončení procesu tavení. Urychlovače tavení narušují povrch zrn oxidu křemičitého, snižují viskozitu a povrchové napětí skloviny a vytvářejí tak podmínky pro snadnější průběh reakcí při tavení skloviny. Mezi urychlovače tavení patří voda obsažená ve sklářském kmeni (vlhká zrnka taviv se lépe nabalují na zrnka oxidu křemičitého), sloučeniny fluóru, které snižují viskozitu skloviny a naleptávají zrnka oxidu křemičitého. K urychlovačům tavení lze přiřadit rovněž čeřiva a sloučeniny boru.
1.3.6 Skleněné střepy Představují další surovinu pro tavení skloviny. Urychlují její tavení a snižují energetickou náročnost tavení. Spotřebou střepů v tavícím procesu se zpětně zhodnocuje nutný technologický odpad. Obecným požadavkem na použitelnost střepů je jejich stejnorodost, čistota a chemické složení. Střepy mohou být z vlastní produkce nebo cizí. Pro výrobu skel s vysokými nároky na kvalitu přicházejí v úvahu pouze střepy vlastní. Cizí střepy mívají rozdílné chemické složení a tím i jiné fyzikální vlastnosti a často obsahují také větší množství barvících oxidů, proto je lze použít pro méně náročné druhy skel - např. obalová skla. Všechny střepy musí být drceny na stejnou velikost (např. 1-4 cm).
1.3.7 Příprava sklářského kmene (sklářské vsázky) Sklářský kmen je zhomogenizovaná směs sypkých sklářských surovin připravená v předepsaném hmotnostním poměru. Prostory, ve kterých se sklářský kmen připravuje se nazývají kmenárny. Kmenárny se podle množství připravovaného kmene dělí na malé (ruční) - uplatňují se především v provozech, kde převažuje ruční výroba skla a velké (automatické) - nalezneme je ve velkých sklárnách s automatickou výrobou. Každá kmenárna musí být vybavena zásobníky pro příslušné sklářské suroviny, vahami k navážení surovin a mísičkami pro kvalitní promísení a homogenizaci surovin. Součástí kmenárny je skládka střepů s drtičem střepů. V kmenárně bývá také vybudována místnost pro přesné navažování minoritních podílů surovin sklářského kmene. Suroviny sklářského kmene se nejdříve přesně naváží podle stanoveného předpisu a následně se dokonale promísí. Pro tavení skloviny ve vanových tavících agregátech se ke kmeni přiloží stanovené množství střepů (sklářská vsázka). Tím je sklářský kmen, či sklářská vsázka připravena k založení do tavících agregátů k tavícímu procesu. Vzhledem k tomu, že ve sklářském kmeni jsou smíchány suroviny s rozdílnou hustotou a granulometrií má sklářský kmen tendenci k odmísení. Z tohoto důvodu je nutné nastrojený sklářský kmen nutno přiměřeně vlhčit (cca 3% H2O) a co nejdříve založit k tavícímu procesu. Ze stejného důvodu není rovněž vhodné sklářský kmen převážet na delší vzdálenosti. Proto se kmenárny nacházejí v blízkosti tavících agregátů.
20
Obr. 1 Pohled do malé kmenárny
Shrnutí Sklářský kmen - směs sypkých látek, ze kterých je tavena sklovina - se skládá ze čtyř typů surovin. Sklotvorných surovin, taviv, stabilizátorů a pomocných surovin. Pomocné suroviny dále členíme na barviva, odbarviva, čeřiva, kaliva a urychlovače tavení. Přidáme-li ke sklářskému kmeni skleněné střepy vznikne sklářská vsázka. Sklotvorné suroviny jsou základem sklářského kmene, jsou to látky, které vytváří sklo. Taviva snižují teplotu tavení oxidu křemičitého (sklářského písku). Stabilizátory ovlivňují fyzikální, mechanické, optické, tepelné, chemické a elektrické vlastnosti skloviny, případně skla. Pomocné suroviny - barviva slouží k barvení čiré skloviny v celé její hmotě, pomocí odbarviv eliminujeme zelený odstín vzniklý ve skle přítomností oxidů železa. Čeřiva slouží k odstranění jemných bublin ze skloviny, které zde vzniknou při reakci mezi surovinami sklářského kmene v rámci tavícího procesu. Kaliva jsou suroviny, které tvoří ve skle krystalické nebo emulzní zákaly a tím zvyšují neprůhlednost až neprůsvitnost skel. Pomocí urychlovačů tavení urychlujeme dokončení procesu tavení. Sklářský kmen (případně sklářská vsázka) se připravuje v objektech, kterým říkáme kmenárna. Základní vybavení kmenárny jsou boxy se surovinami, váhy, mísičky a drtiče střepů. Sklářský kmen je po nastrojení nutno co nejdříve založit do tavícího agregátu k tavícímu procesu – jinak hrozí jeho odmísení. Pojmy k zapamatování • • • • • • • • • • • • •
sklářský kmen sklářská vsázka sklotvorné suroviny taviva stabilizátory pomocné suroviny barviva odbarviva čeřiva kaliva urychlovače tavení skleněné střepy kmenárna 21
Kontrolní otázky 1. z jakých surovinových okruhů se skládá sklářský kmen? 2. vysvětlete funkci sklotvorných surovin, taviv a stabilizátorů ve sklářském kmeni. 3. vysvětlete funkci jednotlivých pomocných surovin ve sklářském kmeni. 4. jaké jsou kvalitativní požadavky na skleněné střepy? 5. jaké je základní vybavení kmenáren?
1.4 Kovové, nekovové a jiné materiály používané ve sklářství Studijní cíle: po prostudování kapitoly student pochopí možnosti využití kovových, nekovových a jiných materiálů využívaných ve sklářských provozech. Klíčová slova: kovy, slitiny, antikorozní oceli, žárovzdorné oceli, neželezné kovy, nekovové materiály, nerostné materiály, směskové materiály. Potřebný čas: 2 hodiny
Průvodce studiem V této stati se seznámíte s materiály, které se ve sklárnách používají k výrobě forem, sklářského nářadí, součástí i celých strojních zařízení pro automatické tvarování skloviny a s materiály pro specifická zařízení, jako jsou např. topné tyče a topná tělesa pro elektrické tavení skloviny.
1.4.1 Kovové materiály Ve sklářských provozech jsou kovové materiály poměrně významně zastoupeny. Z kovových materiálů se vyrábějí sklářské formy pro ruční, poloautomatickou i automatickou výrobu, strojní součásti sklářských tvarovacích automatů, nářadí a pomůcky atd. Kovy se podle použití v běžné praxi dělí do tří skupin •
železné kovy (železo, mangan a chróm)
•
neželezné kovy těžké (měď, nikl, olovo, zinek a cín) a lehké (hliník, hořčík, vápník, sodík, draslík, baryum, berylium a lithium)
•
drahé kovy (zlato, stříbro, platina a případně také ruthenium, osmium, rhodium, iridium a paladium).
Pro sklářské účely mají rovněž význam slitiny, které se skládají ze dvou nebo více kovů, anebo z kovů a nekovů.
22
Na zpracování kovových materiálů a slitin mají vliv jejich technologické vlastnosti, mezi které patří zejména tvárnost, obrobitelnost, slévatelnost a svařitelnost. Tvárnost kovů a slitin je schopnost měnit tvar mechanickým zpracováním tj. kováním, válcováním, lisováním nebo tažením. Tvárnost kovů závisí nejen na uvedeném mechanickém zpracování materiálů, ale i na teplotě, při které tváření probíhá. Podle teploty rozlišujeme tváření za studena a tváření za tepla. Obrobitelnost je schopnost kovů nebo slitin získat požadovaný tvar oddělováním horních vrstev mechanickým (tzv. třískovým) opracováním jako je soustružení, frézování, hoblování, broušení a pilování. Obrobitelnost závisí především na tvrdosti a houževnatosti materiálu. Slévatelnost je schopnost kovů a slitin získávat tvar pomocí odlévání do forem. Tekutý kov nebo slitina ve formě postupně tuhne a přijímá její tvar. Svařitelnost je vlastnost kovů a slitin, která umožňuje spojování dvou nebo více kovů svařováním. Železné kovy Ve sklářských provozech se z železných materiálů nejvíce uplatňují oceli a litiny. Z ocelí jsou to pak mimo běžných také antikorozní a žárovzdorné oceli. Litiny se používají nejvíce při výrobě sklářských forem, v provedení s lamelárním uhlíkem a povrchově tvrzené chladítkem. Antikorozní a žárovzdorné oceli Ve sklárnách jsou materiály velmi často vystavovány chemicky agresívnímu prostředí a vysokým teplotám. Běžné kovové materiály v takovém prostředí velmi rychle oxidují a ztrácejí své původní vlastnosti. Z uvedených důvodů se ve sklářských provozech uplatňují stále více antikorozní a žárovzdorné oceli chrómové a chrómniklové. Zvýšená odolnost obou typů ocelí je buď aktivní nebo pasivní. Aktivní odolnost je odolnost ocelí s vyleštěným povrchem v přímém styku s agresivní látkou. Pasivní odolnost je odolnost proti agresivním látkám přes vrstvičku oxidů vzniklých korozí a odolnosti proti jejich dalšímu narůstání. Tepelné zpracování oceli K tomuto procesu řadíme především žíhání, kalení, cementování a nitridování. Tepelným zpracováním lze částečně měnit vlastnosti výrobků z oceli a litiny a to zejména tvrdost, pevnost a houževnatost, ale také odstraňovat hrubou vnitřní strukturu a vnitřní napětí, které vzniklo v materiálech při předchozím zpracování. Žíhání je proces postupného zahřívání výroku na stanovenou teplotu a jeho následné pozvolné ochlazování. Podle způsobu provedení ohřevu i ochlazování rozeznáváme tři druhy žíhání - normalizační, měkké a žíhání k odstranění vnitřního pnutí. Kalení je postupné zahřívání na stanovenou teplotu a následné prudké ochlazení. Kalením lze zejména u ocelí dosáhnout velké tvrdosti. Výše teploty, na kterou se výrobek zahřívá je různá a závisí především na obsahu uhlíku. Výrobek se ochlazuje nejčastěji ponořením do vody, oleje a některé speciální oceli se ochlazují proudem vzduchu. Cementování je nasycování povrchových vrstev nízkouhlíkových ocelí uhlíkem. Následným zakalením získáme u výrobku tvrdý povrch s měkkým a houževnatým jádrem. Při cementování se výrobky vkládají do nádob a v nich se zasypou cementační 23
látkou (směs dřevného uhlí, mletého koksu, uhličitanu barnatého a jiných surovin). Při teplotě okolo 1000 ˚C uhlík difunduje do povrchu výrobku. Nitridování je nasycování povrchu výrobku dusíkem. Nitridování se provádí v pecích ve čpavkové atmosféře. Takto upravené výrobky mají velmi tvrdý povrch. Nitridováním se rovněž zvyšuje jejich chemická a tepelná odolnost.
Neželezné kovy a jejich slitiny Nejběžnějšími neželeznými kovy používanými ve sklářství jsou nikl, platina, molybden a jejich slitiny. Uplatňují se zejména tam, kde je vyžadována vysoká tepelná a korozní odolnost. Nikl se uplatňuje především při výrobě menších forem pro poloautomatickou a automatickou výrobu. Platina, většinou ve slitině s rhodiem, se využívá při výrobě laboratorních kelímků na chemický rozbor skla, termočlánků a topných těles k vytápění elektrických odporových pecí. Z molybdenu se vyrábějí topné tyče pro elektrické tavení skloviny.
1.4.2 Nekovové materiály Nekovové materiály mají ve sklářské výrobě význam zejména v ruční a malosériové výrobě užitkového i technického skla. Mezi nejpoužívanější nekovové materiály naleží dřevo, nerostné a směskové materiály. Dřevo Uplatnění mají především dřeva tvrdá. Mimo dřevo bukové, které se používá nejčastěji se ve sklářských provozech, využívá také dřevo hruškové a olšové. Dubové dřevo nemá ve sklářství uplatnění, neboť hmota mezi letorosty je měkčí a vypaluje se rychleji něž letorosty samotné. Dřevo pro sklářskou výrobu má být nasákavé, má mít stejnoměrnou strukturu a má se co nejméně tvarově deformovat. Zuhelnatělý povrch vzniklý kontaktem se žhavou sklovinou nesmí praskat. Ve sklářství se dřevo používá zejména k výrobě forem pro ruční výrobu, ale také k výrobě nářadí a pomůcek jako jsou podvaláky, svaláky, hladítka, lopatky a další. Nářadí a pomůcky z hruškového dřeva mají větší trvanlivost než ze dřeva bukového. Nerostné materiály Využití má zejména mastek, ze kterého se pro ruční výrobu zhotovují formy k tvarování malých foukaných a lisovaných výrobků. Mastek má vyšší životnost než dřevo, dobře a přesněji se opracovává. Před použitím při tvarování, je vhodné mastkové formy ponořit na několik hodin do oleje, čímž se zlepší jeho kluzné vlastnosti.
1.4.3 Směskové materiály Mezi nejznámější směskové materiály patří grafitocementová směs, známá pod názvem pěnoform. Je to levná, snadno obrobitelná hmota s dobrou nasákavostí. Má lepší vlastnosti než dřevo. Tvarovací formy z pěnoformu jsou trvanlivější a rozměrově
24
stálejší. Pěnoform se zpracovává na formy buď odlévání nebo soustružením. Širšímu využití pěnoformu brání značná prašnost, zejména při jeho soustružení. Shrnutí Ve sklářských provozech využíváme kovové, nerostné a směskové materiály a dřevo. Z kovových materiálů se nejvíce uplatňuje ocel a litina. Pro zlepšení vlastností je vhodné ocel tepelně upravovat žíháním, kalením, cementováním nebo nitridováním. Vzhledem k agresivitě prostředí a vysoké teplotě se často používají antikorozní a žárovzdorné oceli jako součásti strojních zařízení. Litina nachází uplatnění především při výrobě forem. Neželezné kovy pak ve specifických částech měřících a topných prvků. Dřevo, nerostné materiály a směskové materiály se využívají především k výrobě forem pro ruční výrobu, zejména ze dřeva se pak vyrábí jednoduché sklářské nářadí. Pojmy k zapamatování • • • • • • • • • •
želené kovy neželezné kovy drahé kovy antikorozní oceli žáropevné oceli žíhání kalení cementování nitridování pěnoform
Kontrolní otázky 1. jak rozdělujeme kovové materiály? 2. specifikujte technologické vlastnosti kovových materiálů 3. které materiály odolávají vysokým teplotám a chemické agresi? 4. z jakých materiálů se vyrábějí formy a nářadí pro tvarování skloviny?
1.5 Způsoby tvarování skloviny Studijní cíle: student se po prostudování kapitoly seznámí se základy ručního tvarování skloviny a získá všeobecný přehled o nejběžnějších technologiích strojního tvarování. Klíčová slova: sklářská píšťala, pomůcky a nástroje k tvarování, hutní zdobení, foukané sklo, hutní sklo, lisování, lisofouk, sacofouk, foukací stroj, lisostřik, Potřebný čas: 4 hodiny
25
Průvodce studiem Tato kapitola je do studia zařazena proto, aby posluchač získal alespoň elementární představu o základních technologických možnostech tvarování skloviny. Tyto znalosti může následně uplatnit při praktických cvičeních, případně při navrhování skleněných objektů.
Podle toho, zda se na tvarování skloviny podílí sklář nebo strojní zařízení dělíme tvarování na: •
ruční - veškeré tvarovací operace provádějí skláři
•
poloautomatické - dávkování a přesun skloviny se provádí ručně, vlastní tvarování zajišťují jednoduchá strojní zařízení.
•
automatické, často označované jako strojní – dávkování, tvarování skloviny a doprava skla k chlazení je zcela automatizována. Člověk zde pouze dozoruje nastavené výrobní parametry.
1.5.1 Ruční tvarování skloviny Jako ruční výrobu označujeme tvarování skloviny u sklářské pece jen pomocí nástrojů a forem. Rozhodující je zručnost a dovednost sklářů. Ruční výroba se uplatňuje všude tam, kde lidskou práci nelze nahradit strojem nebo se jedná o malosériovou výrobu a samozřejmě v ateliérových hutích.
Obr. 2 Ruční tvarování skloviny
26
Základní postup při ručním tvarování skloviny spočívá v nabrání skloviny, úpravě její viskozity a vytvoření základního tvaru. Pak následuje další tvarování a zdobení. Většinou se nenabírá celé množství najednou, nýbrž postupně. Nabírají se i různé druhy skloviny přes sebe (barevné, opálové aj.). Na nabírání skloviny na duté výrobky se obvykle používá sklářská píšťala. Je to ocelová bezešvá trubka s nabíracím koncem z žáropevné oceli, upevněná do dřevěného držadla, na kterém je nasazen mosazný náustek. Na náběry hutního skla se používá naběrák. Je to ocelová tyč ukončená někdy kuličkou z žáropevné oceli nebo šamotu, která může být vyměnitelná. K úpravě nabrané skloviny a k vytvoření tvaru jsou určeny různé dřevěné a ocelové nástroje. Ze dřeva jsou svaláky, podvaláky, lopatky, klapačky, dýnkovače, hladítka a další. Z oceli jsou pinzety, různé typy nůžek, zářezky, sekáčky. K uchycení výrobků odklepnutých od píšťaly slouží při dalším tvarování různé druhy přílepníků, zapalovací kleště a koše. K přenášení hotových výrobků slouží odnášecí kleště, vidličky, lopatky a koše.
27
Obr. 3 Dřevěné a ocelové nástroje pro ruční tvarování skloviny
Formy pro ruční tvarování Na formy pro ruční tvarování jsou kladeny určité požadavky. Materiál forem musí být nasákavý vodou, musí být tvarově stálý a jeho struktura musí zajišťovat dobrou kvalitu povrchu vytvarovaného výrobku. V ručních sklářských provozech a ateliérech se setkáváme s formami dřevěnými, pěnoformovými, kovovými a sádrovými.
28
Dřevěné formy Se zhotovují z tvrdého dřeva nejčastěji bukového, méně často z hruškového. Hruškové dřevo se používá především k výrobě sklářských nástrojů - klapaček. Bukové a hruškové dřevo je poměrně dobře obrobitelné - vnitřní tvar se u rotačních výrobků soustruží, nedeformuje se, „drží tvar“a je dobře nasákavé vodou. Dřevěnou formu je nutné před prvním použitím připravit. Pomocí skloviny se vypálí povrch dutiny a tím se vytvoří tenká grafitová vrstva, po které sklovina lépe klouže. Při tvarování je zapotřebí před každý novým kusem formu namočit do vody nebo alespoň skropit sprchou. Při dobrém zacházení vydrží dřevěné formy stovky kusů. Pěnoformové formy Pěnoform je grafitocementová směs. Formy se z pěnoformu vyrábějí buď odléváním nebo soustružením. Jsou dobře nasákavé vodou a díky grafitu je zajišťována i dobrá kvalita povrchu skleněného výrobku. Pěnoformové formy mají delší životnost než dřevěné. Do jedné formy lze vytvarovat až tisíce kusů. Nevýhodou pěnoformu je jeho značná prášivost při soustružení vnitřního tvaru. Musí se obrábět zásadně mokrý a vysoustružený materiál je nutno okamžitě (ještě v mokrém stavu) zamést. Kovové formy Nejčastěji se kovové formy vyrábějí za speciální šedé litiny. Při odlévání polotovaru se do licích forem vkládají chladítka za účelem vytvoření tzv. lamelárního grafitu. (globulární grafit, který vzniká při pomalém chladnutí litiny se z formy rychle vypaluje). Vnitřní tvar se většinou vysoustruží. Litinové formy jsou tvarově velmi stabilní a při dobrém zacházení jsou prakticky nezničitelné. Jejich nevýhodou je nulová nasákavost vodou. Proto se před započetím tvarování musí na povrchu kovových forem vytvořit tenká vrstva nasákavého grafitu, spálením organické látky. Toho se dosáhne tak, že se do formy vloží mokré noviny, stébla lýka nebo se vysypou hladkou moukou a sklovinou se za špatného přístupu vzduchu „spálí“. Často se kovové formy upravují tzv. výmazkou – vnitřní část formy se vytře zahuštěným lněným olejem a následně vysype jemnými bukovými pilinami nebo drceným korkem. Před započetím tvarování se sklovinou vrstva pilin nebo korku „spálí“. Sádrové formy jsou vhodné pouze pro ateliérovou tvorbu, protože vydrží tvarování jen několika kusů. Formy ze sádry dobře nasávají vodu, ale již při prvních kusech mohou praskat. Tekutá sádrová hmota se nejčastěji nalévá na předem zhotovená kopyta opatřená vložkami pro vytvoření dělící roviny. Možnosti hutního zdobení skla Vytvarované výrobky lze zdobit přímo na pracovišti sklářů. Mezi nejčastěji používané techniky hutního zdobení skla patří krakle, bubli, optické dekory, ovíjení skleněnou nití, obalování skleněnou drtí a jiné. Krakle Je technika, při které se předtvarovaná sklovina ponoří na velmi krátkou dobu do vody. Výsledkem je intenzivní rozpraskání povrchové vrstvy. Pro následné tvarování ve formě, případně „z volné ruky“ a zatavení ostrého rozpraskaného povrchu je nutno
29
sklovinu znovu prohřát v naběracím otvoru tavícího agregátu nebo v roztáčecí peci. Nahradíme-li vodu mokrými pilinami dosáhneme jemnějšího rozpraskání – vytvoříme tzv. krakle glazé.
Obr. 4 Krakle
Bubli Při tomto způsobu hutního zdobení vzniká ve sklovině velké množství bublin. Toho dosáhneme tak, že předtvarovanou sklovinu obalíme sodou (uhličitan sodný) – získáme velmi intenzivní „nabublání“ skloviny spíše malými a středně velkými bulinami nebo polotovar na velmi krátkou dobu ponoříme do roztoku vody a sody – vytvoří se bubliny spíše větší a řidší. Zachlazená přetvarovaná sklovina se před konečným tvarování musí většinou znovu prohřát. Tato technika musí být dobře zvládnuta, aby na výrobku nevznikly ostré, otevřené bubliny, které zvyšují riziko pořezání při další manipulaci s výrobkem.
Obr. 5 Bubli
30
Optické dekory K této hutní dekoraci jsou nutné kovové předformy, které jsou vytvořeny z drátů, plechů nebo jsou celokovové. Nabraná sklovina se do takové formy „narazí“ a mírně „pofoukne“. Při styku s kovem se místně ochladí, zvýší se viskozita skloviny v místě ochlazení a vytvoří se nestejná tloušťka stěny. Po vyfouknutí konečného tvaru tak zůstane optický dekor viditelný.
Obr. 6 Optický dekor
Obr. 7 Přední forma pro optický dekor
31
Ovíjení skleněnou nití – tzv. špínování Užívá se zejména při zdobení stonků kalíškoviny, váz a mís. Většinou barevné sklo, tzv. rubín, se nalepí na ocelovou tyč, druhý konec rubínu se nahřeje do tekutého stavu, přilepí se na dekorované sklo, které se na píšťale roztočí a osovým posunem rubínu se na skle vytvoří spirála. Při této dekoraci je důležité, aby teplotní roztažnost – dilatace, dekorovaného skla a rubínu byla co nejméně rozdílná, nejlépe pak stejná. Při větších rozdílech dilatace je nebezpečí praskání navinuté skleněné nitě.
Obr. 8 Ovíjení skleněnou nití (špínování)
Obalování skleněnou drtí Tato dekorace využívá nabalování skleněné barevné drtě na základní sklovinu. Skleněná drť může být různé zrnitosti od velmi jemné, prachové, velikosti a po několikamilimetrová zrna. Základní sklovinu lze obalovat celoplošně nebo částečně. Obalování skleněnou drtí se někdy využívá k zabarvení čiré skloviny v případě, že nejsou k dispozici tavené barevné skloviny. Stejně jako u ovíjení skleněnou nití platí i při obalování skleněnou drtí požadavek na minimální rozdíl v dilataci používaných skel.
32
Obr. 9 Obalování skleněnou drtí
1.5.2 Poloautomatické tvarování skloviny Průvodce studiem V části poloautomatické a automatické tvarování skloviny budou uvedeny pouze základní informace o těchto typech tvarování, které budou sloužit k ucelené informaci o možnostech tvarování skloviny bez podrobnějšího vysvětlení vlastních technologií .
Mezi nejběžnější způsoby poloautomatického tvarování skla náleží technologie lisování skla, lisofoukací a sacofoukací technologie a odstředivé lití skla. Lisování skla Je to poměrně jednoduchý způsob vytváření skleněného výrobku. Lisovací zařízení se skládá ze tří základních součástí – formy (utváří vnější tvar výrobku), razníku (tvoří vnitřní tvar) a kroužku, který uzavírá mezeru mezi formou a razníkem (tvaruje horní okraj výrobku). Princip lisování spočívá v tom, že sklovina umístěná do formy, působením tlaku vyvozeného razníkem získá vnější tvar podle formy a vnitřní podle razníku. Problémem lisovaného skla je zejména horší kvalita povrchu vylisovaného výrobku. Proto se zejména výrobky zařazené do vyšší cenové hladiny nejčastěji leští plamenem. Lisofoukací a sacofoukací technologie U poloautomatického tvarování se uplatňují tyto technologie například při tvarování závitového osvětlovacího skla, skleněných izolačních lahví (termosek) a u menších sérií obalového skla. Obě technologie pracují ve dvou krocích. V první kroku se 33
vylisováním nebo nasátím skloviny do přední formy vytvoří tvarově vhodný polotovar – předtvar, který se v druhém kroku vyfoukne do konečné formy. Odstředivé lití skla Je technologie, při které se sklovina tvaruje pomocí odstředivé síly. Forma, ve které je umístěna sklovina se roztočí na vysoké otáčky (až 1400 ot/min.). Ta se díky odstředivým silám rozprostře po celé ploše formy. Nevýhodou této technologie je, že lze tvarovat jen rotační výrobky, které jsou navíc tvarově omezené tím, že se směrem nahoru musí rozšiřovat.
1.5.3 Automatické tvarování skloviny Mezi automatické tvarování skloviny řadíme lisování, lisofoukací a sacofoukací technologie, foukání tenkostěnných výrobků, lisostřik, výrobu trubic a výrobu plaveného plochého skla. Jak již bylo v úvodu této kapitoly řečeno, automatické tvarování skloviny probíhá prakticky bez zásahu obsluhy. Je tedy nutné takto před vlastním tvarováním i nadávkovat sklovinu do tvarovacího stroje. Automatické dávkování je řešeno v podstatě dvěma způsoby - palicovým naběračem nebo plunžrovým dávkovačem. Lisování skla Tato technologie je popsaná u poloautomatického tvarování. Jediný rozdíl je v tom, že celý proces je aromatizovaný. Lisováním se vyrábí užitkové sklo, skla pro reflektory do automobilů a v minulosti i televizní obrazovky. Stroje pro automatické lisování jsou většinou karuselovitého (kruhového) typu. Lisofoukací a sacofoukací technologie Rovněž tato technologie je popsaná u poloautomatického tvarování - jen celý proces je automatizovaný. Uvedené technologie jsou nejvíce využívány při tvarování obalového skla. Lisofoukací technologie se uplatňuje u lahví, kde průměr hrdla je prakticky stejný jako průměr těla výrobku. Jako typický příklad mohou sloužit zavařovací sklenice. Sacofoukací technologie se používá při tvarování lahví, kde průměr hrdla je podstatně menší než průměr těla výrobku. Příkladem jsou lahve na pivo, víno, minerálku a další. Lisofoukací a sacofoukací stroje jsou řadového typu - předtvarovací a tvarovací stanice jsou umístěny v řadě vedle sebe. Tvarování tenkostěnných výrobků Technologie automatického tvarování vychází z ruční výroby. Při tvarování tenkostěnného skla (malá masa skloviny se rychle ochlazuje) je nutno zkrátit styk skloviny s formou na minimum tzn., že část procesu tvarování je nutno, stejně jako u ruční výroby, provést ve volném prostoru a vlastní tvarování do formy provést až na konci procesu. Typickým tenkostěnným výrobkem jsou klasické žárovkové baňky, petrolejové sklo (známější jako cylindry), kalichy u kalíškoviny, odlivky atd. Stroje jsou většinou karuselové.
34
Lisostřik Princip tohoto tvarování je následující. Do lisovací komory, která je umístěna pod formou, se nadávkuje sklovina. Pohybem pístu se sklovina prudce vytlačí do tvarovací formy, kde po zchladnutí přijme její tvar. Takto se např. tvarují stonky a dýnka při automatické výrobě kalíškoviny. Lisostřikové stroje bývají jak řadové, tak i karuselovité.
Průvodce studiem Automatická výroba trubic a plochého skla je natolik specifická, že se jí v této kapitole nebudeme zabývat.
Shrnutí Podle zapojení člověka do tvarovacího procesu skloviny rozdělujeme tvarování na ruční, poloautomatické a automatické. Při ručním tvarování jednoznačně záleží na dovednosti sklářů, kteří pomocí jednoduchých nástrojů a pomůcek zajišťují tvarovací proces. U poloautomatické výroby se prolíná ruční práce s prací strojních zařízení. Automatická výroba od dávkování skloviny, přes vlastní tvarování výrobku až po jeho dopravu k chlazení pak lidský faktor vylučuje úplně - pracovník, zde vykonává dozorovou činnost, případně nastavuje parametry při zahájení nové výroby. Důležitou součástí ručního tvarování skloviny jsou formy. Ty se zhotovují především ze dřeva, pěnoformu nebo jsou kovové. V ateliérových hutích se využívají také formy sádrové. Ručně tvarované výrobky lze hutně zdobit. Nejvíce se využívají dekory krakle, bubli, optické dekory, ovíjení skleněnou nití a obalování skleněnou drtí. U poloautomatického tvarování skloviny se nejčastěji setkáme s technologiemi lisování, lisofouk a sacofouk a odstředivým litím skloviny. Automatické tvarování využívá technologie lisování, lisofouk a sacofouk, foukání tenkostěnných výrobků a lisostřik. Automaticky se rovněž vyrábějí skleněné trubice a ploché (tabulové) sklo. Pojmy k zapamatování • • • • • • • • • • • • • •
ruční tvarování poloautomatické tvarování automatické tvarování formy pro ruční tvarování hutní zdobení krakle bubli optický dekor ovíjení skleněnou nití obalování skleněnou drtí lisování skloviny lisofouk a sacofouk lisostřik odstředivé lití skloviny
35
Kontrolní otázky 1. jaké znáte možnosti tvarování skloviny? 2. jaké jsou nejběžnější nástroje a pomůcky při ručním tvarování skloviny? 3. z jakých materiálů se zhotovují formy pro ruční tvarování skloviny? 4. vyjmenujte možnosti hutního zdobení skla, jednotlivé techniky popište. 5. jaké znáte technologie tvarování skloviny pomocí poloautomatických a automatických zařízení?
1.6 Žárovzdorné materiály ve sklářství Studijní cíle: po prostudování této kapitoly bude posluchač schopen vysvětlit důvody používání žárovzdorných materiálů se sklářské výrobě, vyjmenovat a specifikovat nejběžněji používané druhy. Klíčová slova: žárovzdornost, objemová hmotnost, nasákavost, odolnost proti změnám teploty, žárovzdorné materiály běžné, speciální a tavené lité. Potřebný čas: 2 hodiny
Průvodce studiem V této kapitole se seznámíte s materiály, ze kterých se ve sklářských provozech staví nebo zhotovují zařízení namáhaná jednak vysokými teplotami, ale také chemickým a abrazivním prostředím.
Zařízení ve sklářských provozech bývá často vystaveno vysokým teplotám, především pak tavící agregáty, sintrovací, chladící a vypalovací pece, pánve, kroužky, příslušenství pracovních otvorů aj. Nelze je proto stavět nebo vytvářet z běžných stavebních materiálů.. K jejich výrobě se používají tzv. žárovzdorné materiály. Žárovzdorný materiál musí odolávat vysokým teplotám – min. 1580 ºC a působení roztavené skloviny. Materiály používané ve sklářství se posuzují zejména z pohledu žárovzdornosti, objemové hmotnosti, nasákavosti a odolnosti proti náhlým změnám teploty.
1.6.1 Vlastnosti žárovzdorných materiálů Žárovzdornost Je schopnost žárovzdorné hmoty odolávat vysokým teplotám - min. 1580 ºC. Za vysokých teplot dochází k určitému porušení tvaru hmoty (deformaci), která je měřítkem pro klasifikaci žárovzdorných hmot. Určuje se pomocí tzv. Segerových žároměrek. Jsou to trojboké jehlany s jednou kolmou hranou k základně. Působením zvyšující se teploty měrka měkne, ohýbá se a nakonec taje. Deformace probíhá velmi zvolna a při určité teplotě nastává okamžik, kdy se vrchol ohnuté žároměrky dotkne základny - to je tzv. deformační teplota, která se udává ve stupních Celsia. Žároměrky mají různé poměry sloučenin křemíku, hliníku, sodíku a draslíku. Do zkušební pece se 36
naskládá sada žároměrek společně se stejně vytvarovaným jehlanem ze zkoušeného materiálu. V peci se postupně se zvedá teplota a v okamžiku, kdy se jehlan zkoušené hmoty dotkne špičkou základny společně s některým jehlanem ze sady žároměrek, odečte se teplota. Objemová hmotnost Spíše bychom měli hovořit o hustotě materiálu. Objemová hmotnost je však termín ve sklářství běžně užívaný. Je to poměr hmotnosti zkoumaného vzorku k jeho objemu. Jednotkou je kg/m³ , bývá zvykem využívat i jednotku g/cm³. Objemová hmotnost je především závislá na způsobu výroby žárovzdorného materiálu. Ten lze zpracovávat několika způsoby - dusáním, lisováním nebo odléváním roztaveného žárovzdorného materiálu. Objemovou hmotnost snižují póry vyplněné vzduchem. Nejvíce pórů zůstává v materiálu při ručním dusání, méně pak při lisování prakticky bez pórů je materiál litý. Lze konstatovat, že čím je vyšší objemová hmotnost, tím je materiál odolnější po mechanické a chemické stránce, ale hůře snáší náhlé změny teploty. Nasákavost Velmi úzce souvisí s objemovou hmotností. Nasákavost je schopnost žárovzdorného materiálu vsáknout do sebe určité množství kapaliny. Kapalina difunduje do hmoty otevřenými póry a kanálky, které v žárovzdorném materiálu vznikají způsobem zpracování (viz. objemová hmotnost). Velká nasákavost do hloubky materiálu dává podnět k jeho korozi. Současně se vytěsňovaný vzduch dostává do skloviny a zejména v prvních týdnech provozu může způsobovat vady skloviny - bubliny. Vlastní nasákavost je procentní vyjádření poměru mezi hmotností nasáklé vody a hmotností suchého vzorku. Odolnost proti náhlým změnám teploty. Je vlastnost žárovzdorných materiálů odolávat po zahřátí následnému náhlému ochlazení. Odolnost se určuje zkušební cihlou vyhřátou na teplotu 950 ºC a prudce ochlazenou vodou o teplotě 20 ºC. Zjišťuje se počet ochlazení, které cihla vydrží, než ztratí 50% svého objemu.
1.6.2 Druhy žárovzdorných materiálů Žárovzdorné materiály lze podle jejich složení a způsobu zpracování rozdělit do následujících skupin: •
běžné
•
speciální
•
tavené lité
Průvodce studiem Následující část kapitoly se věnuje orientačnímu rozdělení žárovzdorných materiálů. Ve větším rozsahu jsou popsány pouze materiály běžné (šamot a dinas), které se využívají při stavbě pánvových tavících agregátů, chladících, vypalovacích a roztáčecích pecí. Dále ke zhotovování pánví, kroužků a dalších zařízení. Pro ucelený přehled jsou orientačně uvedeny i žárovzdorné materiály speciální a tavené lité.
37
Běžné žárovzdorné materiály Mezi běžné žárovzdorné materiály, které jsou ve sklářských provozech nejvíce rozšířeny řadíme zejména šamot a dinas. Šamot Jeho podstatou jsou vypálené jílovité zeminy s přísadou ostřiva, které zabraňuje smršťování při sušení. Jako ostřiva se používají vypálené mleté lupky, jíly a také šamotový odpad vzniklý např. ze zbouraných tavících agregátů. Vlastní šamotový materiál se vyrábí z mletých surovin, tj. jílu a ostřiva. Vzniklá směs se mísí, propracovává a provlhčuje. Získaná těstovitá hmota se nechá nejméně 24 hodin odležet. Z takto odležené hmoty se pak do dřevěných forem ručně nebo do kovových forem strojně tvaruje požadovaný šamotový polotovar. Polotovar se nejdříve suší a následně vypaluje v tunelových nebo komorových pecích 18 - 26 hodin. Dobře vypálený výrobek se již dále nesmršťuje a jeho barva je světle hnědá nebo žlutohnědá. Velmi jakostní výrobky namáhané tepelně případně i tlakově jako jsou pánve, míchadla, kroužky aj. se vyrábějí litím šamotové hmoty. K základní hmotě se přidávají přísady , například uhličitan sodný, který vytváří šamotovou břečku s nízkým obsahem vody. Břečka obsahuje velmi málo vzduchu a tím vytváří stejnorodější hmotu s menším množství pórů. Nevýhodou šamotu je nižší odolnost vůči vlivu skloviny i sklářského kmene (zejména prachových podílů). Výhodou proti jiným materiálům je jeho vysoká odolnost proti náhlým změnám teploty. Dinas Patří po šamotu k nejrozšířenějším žárovzdorným materiálům ve sklářství. Je to v podstatě kyselý žárovzdorný materiál s vysokým obsahem oxidu křemičitého, jehož množství neklesá pod 95%. Vyrábí se z křemene nebo jeho odrůd a dinasového odpadu. Pojivem u dinasu je vápenaté mléko nebo jiné vápenaté sloučeniny. Ke zvýšení soudržnosti se k dinasu přidává melasa (odpadní produkt při výrobě cukru). Vlastní těsto se zpracovává jako u šamotu. Výrobky z dinasu se nesmršťují, proto je možné proces sušení urychlit. Dinas se vypaluje podobně jako šamot jen doba je podstatně delší – až 18 dnů. Výrobky z dinasu jsou žárovzdornější a od teploty 1000 ºC snášejí i náhlé změny teplot. Speciální žárovzdorné materiály Speciální žárovzdorné materiály nahrazují ve sklářství šamot a dinas všude tam, kde je teplotní namáhání žárovzdorného materiálu vyšší než 1500 ºC. Nejrozšířenějšími jsou silimanit a mullit. Silimanit Je žárovzdorný materiál, který obsahuje oxid hlinitý a oxid křemičitý. Výrobky se vytvářejí z těsta, které se získá z rozemletého a vyžíhaného silimanitu smíchaného s malým množstvím vazného jílu. Těsto se dále zpracovává stejným způsobem jako šamot a dinas.
38
Mullit Se liší od silimanitu větším obsahem oxidu hlinitého a menším obsahem oxidu křemičitého. K význačnými vlastnostem mullitu patří jeho velká odolnost vůči vlivům roztavené skloviny a proti náhlým změnám teploty a vysoká žárovzdornost. Tavené lité žárovzdorné materiály Výborných vlastností těchto žárovzdorných materiálů se využívá na nejnamáhavějších místech vanových tavících agregátů. Jsou to materiály s vysokým obsahem oxidu hlinitého. Dále obsahují oxid křemičitý a zirkoničitý. Taví se v elektrické obloukové peci při teplotách nad 2000 ºC. Tavenina se následně odlévá do hutnických forem. Mezi tyto materiály patří corhart standard a corhart ZAC.
1.6.3 Temperování žárovzdorných materiálů Aby žárovzdorný materiál plnil svou funkci musí se připravit pro další použití. Vlivem krystalické struktury a ztráty vlhkosti prodělává každý žárovzdorný materiál větší nebo menší objemové změny, které by při nevhodném náběhu na provozní teploty mohly způsobit trhliny, případně i jeho zborcení.Z těchto důvodů je nutno žárovzdorný materiál před použitím pozvolna vyhřát podle stanovené temperovací křivky. Shrnutí Ve sklářských provozech bývá zařízení často zatěžováno vysokými teplotami, chemickým a abrazivním působením skloviny. Proto stavby tepelných zařízení (tavící agregáty, chladící, vypalovací a sintrovací pece aj.) a příslušenství tepelných zařízení (pánve, míchadla, kroužky atd.) Musí být vystavěny nebo zhotoveny ze žárovzdorných materiálů. Vlastnosti těchto materiálů jsou testovány na žáruvzdornost, objemovou hmotnost, nasákavost a odolnost proti náhlým změnám teploty. Žárovzdorné materiály dělíme do tří kategorií - na běžné, speciální a tavené lité. Před prvním tepelným zatížením žárovzdorného materiálu je jej nutno postupně zahřívat podle stanovené temperovací křivky, aby vlivem objemových změn nedošlo ke zhoršení požadované kvality.
Pojmy k zapamatování • • • • • • •
žárovzdornost objemová hmotnost nasákavost odolnost proti náhlým změnám teploty šamot dinas temperovací křivka
Kontrolní otázky 1. jaké vlastnosti se posuzují u žárovzdorných materiálů? 2. jaké znáte druhy žárovzdorných materiálů? 3. jaký význam má temperování žárovzdorných materiálů?, 39
1.7 Energetické zdroje ve sklářství Studijní cíle: po prostudování této kapitoly bude posluchač schopen vyjmenovat možná energetická média využívaná ve sklářství a určit vhodnost či nevhodnost jejich použití. Klíčová slova: tuhá paliva, kapalná paliva, plynná paliva, elektrická energie Potřebný čas: 2 hodiny První sklářské pece byly otápěny dřevem. Teplota získaná tímto palivem však byla příliš nízká a nestačila k utavení kvalitního skla. Koncem 18. století se začalo k vytápění využívat uhlí. Tavící teplota se sice zvýšila, ale sklo bylo znečišťováno přímým otopem. Přesto se tento způsob otopu udržel velmi dlouho, prakticky po celé 19. století. Koncem 19. století se začal jako palivo používat plyn vyrobený z uhlí, dřeva nebo rašeliny. Ve druhé polovině 20. století se pak téměř výlučně využívají jako topná média zemní plyn nebo elektrická energie. Paliva využívaná ve sklářských provozech rozdělujeme podle skupenství na tuhá, kapalná a plynná. Samostatně bude uvedena elektrická energie.
1.7.1 Tuhá paliva Mezi tuhá paliva patří rašelina, dřevo, hnědé a černé uhlí a koks. Přímý otop sklářských agregátů tuhými palivy byl ukončen v 19. století. Následně se tuhá paliva uplatňovala pro výrobu plynných topných médií. Nejčastěji byl z hnědého uhlí jeho nedokonalým spalováním vyráběn generátorový plyn. Velký význam mělo rovněž kvalitní skladování uhlí, které se vnějšími vlivy znehodnocovalo a mohlo se i samo vznítit.
1.7.2 Kapalná paliva Ve sklářských provozech se uplatňují zejména topné oleje a mazut. V České republice se kapalná paliva nevyužívají k přímému otápění tavících agregátů, chladících pecí, případně jiných zařízení, která slouží k přímé výrobě skleněných produktů. Je nutno se však o nich zmínit z toho důvodu, že se používají k otopu kotelen, tedy pro dodávku tepla a teplé užitkové a technologické vody a technologické páry. Technologická teplá voda a pára slouží ve sklárnách zejména k ohřevu lázní např. pro leptárenské a matovací provozy, chemické leštírny atd.
1.7.3 Plynná paliva Patří v současné době, společně s elektrickou energií, mezi nejrozšířenější topná média ve sklářství. Využívají se především u tavících, chladících a temperovacích procesů. Jejich výhodou je snadná doprava i na velké vzdálenosti, široká možnost regulace tavících, chladících a jiných tepelných procesů a možnost zvyšovat jejich tepelný obsah předehříváním. K nevýhodám plynných paliv naleží jejich toxicita, případně nedýchatelnost a výbušnost ve směsi se vzduchem. Další nevýhodou je zvyšování ekologické zátěže okolí skláren vypouštěním oxidu uhličitého a oxidů dusíku, které vznikají při spalovacím procesu. Z plynných paliv se ještě ve druhé polovině minulého století nejčastěji používal generátorový plyn, který se vyráběl v místních generátorových stanicích nízkotepelným zplyňováním hnědého uhlí za přítomnosti vzduchu a vodní páry. Hořením vzniklý oxid uhličitý se redukoval na oxid 40
uhelnatý (je mimořádně toxický), který tvořil základ generátorového plynu. Při výrobě tohoto plynu vznikaly odpadní dehtové vody, které se poměrně komplikovaně likvidovaly. V současné době se na území České republiky, prakticky bez výjimek, používá z plynných paliv jen zemní plyn, jehož hlavní výhřevnou složkou je netoxický metan.
1.7.4 Elektrická energie Její uplatnění ve sklářských provozech se přes poměrně vysokou cenu a tedy další zvýšení energetické náročnosti, rozšiřuje. Využívá se především u tavících, chladících, vypalovacích a sintrovacích pecí Elektrická energie se snadno přepravuje, tepelné procesy se jednoduše regulují a řídí. Okolí skláren není ekologicky zatěžováno na rozdíl od spalných procesů. Elektrické tavící pece jsou jednodušší konstrukce než plamenné a mají i díky rovnoměrnější plošné tepelné zátěži delší životnost.. Sklo má své elektrické vlastnosti, které umožňují tavit sklovinu. Při nízkých teplotách je sklo izolant. Zvyšováním teploty jeho měrný odpor klesá a od teplot nad 1100 ºC elektrický proud sklovinou prochází. Přenáší se pohybem iontů volně uložených ve strukturní mřížce. Elektrická energie se používá buď na přímé tavení skloviny (tedy průchodem sklovinou) nebo nepřímé tavení odporové či indukční. Při přímém tavení jsou elektrody (nejčastěji molybdenové) zasunuty přímo do skloviny. Pro nepřímý ohřev se používají spirály z kantalu nebo superkantalu. Shrnutí Historicky vzato se v prvopočátcích výroby skla využívala jen tuhá paliva, tedy dřevo, které později nahradilo uhlí. Koncem 19. století se začala k tepelným procesům ve sklářských provozech využívat plynná média zejména generátorový plyn, který byl ve druhé polovině 20. století nahrazen dálkovým zemním plynem. V tomto období roste ve sklářství rovněž význam elektrické energie. Kapalná paliva se využívají jen nepřímo, zejména pro výrobu tepla, teplé užitkové vody a teplé technologické vody a páry. I v této oblasti podíl využití kapalných paliv nadále klesá.
Pojmy k zapamatování • • • • • •
paliva tuhá, kapalná, plynná elektrická energie dřevo, uhlí topný olej, mazut generátorový plyn, zemní plyn přímé a nepřímé elektrické tavení
Kontrolní otázky 1. jaká znáte paliva vyžívaná pro tepelné procesy ve sklářských provozech? 2. která paliva se ve sklárnách nejvíce využívají v současné době? 3. zhodnoťte výhody a nevýhody použití plynných paliv a elektrické energie.
41
1.8 Materiály k prvotnímu a druhotnému opracování skla Studijní cíle: po prostudování této kapitoly bude student umět vyjmenovat nejběžnější materiály pro prvotní a druhotné opracování skla a přiřadit tyto materiály k jednotlivým opracovatelským technologiím. Klíčová slova: brousící materiály, leštící materiály, materiály pro chemické leštění, leptání a matování, materiály pro malbu skla, materiály pro irizování a lazurování skla. Potřebný čas: 6 hodin
Průvodce studiem Na úvod této kapitoly je nutno vysvětlit pojmy “prvotní a druhotné opracování skla“ Prvotní opracování bezprostředně navazuje na proces chlazení skleněného polotovaru. K prvotnímu opracování (ve sklárnách se spíše vžil pojem „rafinerie“) náleží pukání, zapalování, odtavování, řezání na diapile, broušení, zabrušování, leštění atd. Mezi druhotné opracování (často se užívá pojem „zušlechťování“) řadíme vybrušování, rytí, leptání, matování, pískování, malování aj.
1.8.1
Brousící materiály
Sklo dosahuje tvrdosti v rozmezí 5. až 7. stupně Mohsovy stupnice tvrdosti minerálů. Pro brousící materiály platí, že musí být vždy tvrdší než broušený skleněný materiál. Brusiva pro sklářské provozy rozdělujeme ze dvou pohledů: • •
podle výskytu v přírodě na přírodní a syntetická podle způsobu použití na volná a vázaná
Rozdělení podle výskytu v přírodě Brusiva přírodní K nim řadíme brousící křemenný písek (tvrdost 7. stupeň stupnice minerálů), přírodní korund (tvrdost dle čistoty mezi 8. až 9. stupněm) a přírodní diamant (tvrdost 10. stupeň). V současné době se prakticky výlučně , z cenových důvodů, používají brusiva syntetická Brusiva syntetická Mezi syntetická brusiva patří především syntetický korund, syntetický diamant a karbid křemíku. Syntetický korund Pro technické účely se umělý korund vyrábí tavením oxidu hlinitého v elektrických obloukových pecích. Získaný krystal korundu se drtí a mele, zbavuje železa a třídí podle zrnitosti. Výhodné vlastnosti korundu, zejména trvanlivost ostří zrn se podpoří přidáním oxidu chromitého při tavícím procesu. Syntetický korund dosahuje tvrdosti až 9. stupně stupnice minerálů.
42
Syntetický diamant Vyrábí se z nejkvalitnějšího, tedy nejčistšího grafitu (100% uhlíku). Práškový grafit se v určitém poměru smíchá s práškovým niklem. Směs se za zvýšeného tlaku roztaví při teplotách až 3000 ˚C. Tavenina se následně pomalu ochlazuje za vzniku velmi malých krystalků diamantu na roztaveném niklu. Blok ztuhlého niklu se odstraní působením kyseliny sírové, takže zůstanou samostatné krystalky diamantu. Syntetický diamant dosahuje tvrdosti 10. stupně stupnice minerálů. Karbid křemíku Vyrábí se tavením křemenného písku s koksem v elektrické odporové peci, následně se drtí, mele a stejně jako korund zbavuje železa. Patří k nejtvrdším syntetickým materiálům – dosahuje až 9,7 stupňů tvrdosti stupnice minerálů.
Rozdělení podle způsobu použití Brusiva volná Volná brusiva se používají především při hladinářském broušení, kde je brusivo umístěno nad vodorovným litinovým kotoučem a pomocí slabého proudu vody stéká na brousící kotouč. Volná brusiva se využívají rovněž při rytí skla. Syntetický korund a především karbid křemíku se jako abraziva používají při pískování skla. Vázaná brusiva Používají se nejčastěji ve tvaru kotoučů, kde vlastní brusivo je vázáno určitým pojivem. Podle typu pojiva se brusné kotouče rozdělují na: •
kotouče s keramickou vazbou
•
kotouče s organickou vazbou
•
kotouče s metalickou vazbou
Kotouče s keramickou vazbou Se k broušení skla používají nejčastěji. Jsou vyrobeny se syntetického brusiva a keramického pojiva. Keramické pojivo je složeno s podílů živce, křemene, kaolínu a jílu. Poměr mezi brusivem a pojivem se stanovuje podle požadovaných vlastností brousícího kotouče. Při výrobě kotouče se stanovené podíly brusiva a pojiva nejdříve pořádně promíchají a následně se provlhčují vodou až vznikne těstovitá hmota, které se lisuje do forem. Po vysušení se výlisky vypalují při teplotě 1200 – 1400 ºC a povrchově se upravují. Tvrdost kotouče (pozor – nikoliv brusiva) se značí písmeny E – Z, přičemž „E“ značí nejměkčí a „Z“ nejtvrdší kotouč. Ve sklářských provozech se nejčastěji používají středně tvrdé kotouče označené L, M, a N. Kotouče s organickou vazbou U těchto kotoučů se jako pojivo používají umělé hmoty na bázi fenoplastů. Umělá hmota se smíchá s příslušným brusivem. Vytvořená kaše se odlévá do ocelových forem, ve kterých se při teplotě okolo 180 ºC vytvrdí. Tento druh vazby se používá zejména u diamantových nástrojů.
43
Kotouče s metalickou vazbou Touto technologií se vyrábějí diamantové kotouče. Nosným podkladem diamantové vrstvy je ocelový kotouč, na který se po celém obvodu nanese galvanickou metodou vrstva mědi. Ta vytvoří vhodný podklad pro spojení diamantové vrstvy obsahující bronzové pojivo a zrna diamantu, o tloušťce 2 - 4 mm s tělem kotouče. Před použitím kotouče se musí pracovní povrch diamantové vrstvy otevřít, aby se obnažila diamantová zrna. Otevření se provádí brusnými kameny, což je vázaný syntetický korund nebo karbid křemíku.
1.8.2 Leštící materiály Na rozdíl od brusiv nemusí být leštící materiály tvrdší než skleněný materiál, naopak bývají většinou měkčí. Stejně jako brousící materiály je rozdělujeme ze dvou pohledů • •
podle výskytu v přírodě na přírodní a syntetické podle způsobu použití na volné a vázané
Rozdělení podle výskytu v přírodě Leštící materiály přírodní Mezi přírodní leštící materiály řadíme pískové šlemy, pemzu a tripl. Pískové šlemy Jsou nejjemnější podíly vyžitého křemenného brousícího písku, které se nechají sedimentovat v kádích. Po sedimentaci se odeberou horní nejjemnější podíly, které se usazují jako poslední. Pemza Je hmota vulkanického původu, která obsahuje především oxid křemičitý a oxid hlinitý, zbytek tvoří různé příměsi. Pemza je pórovitá hmota houbovité struktury jejíž tvrdost se pohybuje mezi 5. a 6. stupněm tvrdosti minerálů. Tripl Vznikl usazováním skořápek jednobuněčných živočichů. Složením je tripl směsí především oxidu křemičitého, oxidu hlinitého a přimísenin, zejména oxidů železitého, vápenatého a hořečnatého. Tripl je poměrně měkká látka, jeho tvrdost se pohybuje mezi 1. až 3. stupněm stupnice minerálů. Leštící materiály syntetické Mezi tyto materiály řadíme mimo jiné leštící červeň, leštící čerň – obě leštiva jsou v podstatě sloučeniny železa. K leštění náročných skleněných výrobků se používá speciálních leštících hmot jako je oxid ceričitý s přimíseninami malého množství oxidů kovů vzácných zemin, např. oxidů lanthanitého, neodymitého a praseodymitého. Ke speciálním syntetickým leštícím materiálům patří také oxid thoričitý a oxid zirkoničitý.
44
Rozdělení podle způsobu použití Leštící materiály volné Se v současné době používají nejčastěji ve spojitosti s plstěnými nebo umělohmotnými kotouči. Úkolem kotouče je vytvořit nosný podklad pro nanášení leštící suspenze. Ta se po obvodu kotouče zadrží a co nejrovnoměrněji rozdělí. Povrch kotouče se musí leštícím materiálem co nejvíce nasytit, pak teprve leští maximálně. Nanesená vrstva leštiva se postupně stírá, proto se musí neustále obnovovat. Leštící materiály vázané Jsou obdobou vázaných brousících materiálů. Jako pojivo, které váže leštící materiál se uplatňují především plastické hmoty. Směs leštiva a pojiva se lisuje nebo odlévá do forem a následně se nechá vytvrdit. V současné době se stále více uplatňují diamantové leštící kotouče s metalickou vazbou.
1.8.3 Materiály pro chemické leštění, leptání a matování Jedinou látkou, která intenzivně narušuje povrch skla je kyselina fluorovodíková HF. Účinků této kyseliny se využívá k chemickému leštění, leptání a matování skla. Chemické leštění Se využívá především ve spojitosti se strojním broušením, při kterém vzniká značné množství vybroušených polotovarů. Taková množství nelze efektivně vyleštit klasickým mechanickým způsobem. Chemické leštění probíhá v leštících lázních celoplošně (tedy bez použití ochranných krytů). Působením leštící lázně - tedy vhodně koncentrovanou kyselinou fluorovodíkovou - se rozpouštějí výčnělky broušeného povrchu, zatím co v prohlubeninách se usazuje kal, který proces rozpouštění zpomaluje. Tím se stejnoměrně odstraní nerovnosti po broušení a povrch skla se leští. Leptání skla Na rozdíl od chemického leštění působí kyselina fluorovodíková při leptání pouze místně, tedy jen tam, kde má být vyleptán dekor. Povrch leptaného skla v místě, kde kyselina nemá působit musí být překryt kyselinovzdornou vrstvou (kyselinovzdorné kryty - viz. dále). Při leptání skla se využívá různé koncentrace kyseliny fluorovodíkové. Při vyšší koncentraci je povrch skla leptán rychleji a hlouběji, má však nerovnou a matnou strukturu. Vyšší koncentrace kyseliny se uplatňuje u leptaných dekorů, které se následně „zatírají“ drahými kovy (zlatem, platinou, příp. paládiem). Nižší koncentrace kyseliny narušuje sklo pomaleji, méně do hloubky s lesklým povrchem. Takto vyleptaný dekor lze považovat za finální. Materiály pro kyselinovzdorné kryty Na tyto kryty jsou kladeny následující požadavky. Musí odolávat kyselinám, musí se dobře nanášet na povrch skla, musí mít ke sklu dobrou přilnavost, musí být vláčné (nikoliv křehké), musí se ze skla dobře odstraňovat. Těmto požadavkům nejlépe vyhovují vosky (směs včelího vosku, stearinu a parafínu) - používají se k leptání prostorových výrobků (odlivky, kalíšky, vázy, mísy atd.) a asfalt - používá se často při leptání plošných dekorů na tabulovém skle. Ke krytí skla při leptání se někdy také používá kaučuk, suřík a vazelína.
45
Matování skla Je proces plošného narušení povrchu skla pomocí kyseliny fluorovodíkové - matování se provádí v matovací lázni o vhodné koncentraci HF nebo jen místního narušení povrchu skla - provádí se pomocí matovací pasty, jejichž hlavní složkou jsou soli kyseliny fluorovodíkové (hydrogenfluorid amonný). Jak již bylo výše uvedeno (kapitola 1.2.8 Riziko poleptání) jsou kyselina fluorovodíková a její soli velmi agresivní látky, se kterými je zapotřebí pracovat velmi obezřetně a používat předepsané ochranné pomůcky.
1.8.4 Materiály pro malbu skla Vytvářejí vrstvy na základním skle. Mezi tyto materiály řadíme klasické sklářské barvy, preparáty drahých kovů, hydroglazury a listry. Klasické sklářské barvy Jsou nízkotavitelná olovnatoboritá skla rozemletá na mikroskopické částice. Základem klasických sklářských barev je tavidlo, což je nízkotavitelné olovnatoborité sklo s určitým množstvím barvící složky - barvítkem. Podle druhu barvy může ještě obsahovat kalivo, které způsobuje neprůhlednost barvy. Na všechny suroviny určené k výrobě klasických sklářských barev jsou kladeny velmi přísné požadavky z hlediska chemické čistoty. Základními surovinami pro výrobu tavidla jsou mletý křemen (SiO2), suřík - oxid olovnato-olovičtý (Pb3O4), kyselina boritá (H3BO3), borax - tetraboritan sodný (Na2B4O7) a v malém množství uhličitan sodný (Na2CO3) a uhličitan draselný (K2CO3) působící jako taviva. Barvítka musí mít intenzivní barvící schopnosti, aby po přidání k tavidlu získala barva potřebný barevný odstín. Kaliva jsou látky, které způsobují neprůhlednost barev. Příčinou neprůhlednosti jsou mikroskopické částečky obsažené v barvě. Světlo těmito částicemi neprochází, odráží se nebo se absorbuje. Výroba klasických sklářských barev Proces výroby klasické sklářské barvy na sebe navazuje v tomto pořadí: tavení kmene a jeho fritování, mletí, sušení a prosévání hotové barvy. Tavení se provádí v malých pecích vytápěných plynem. Dokonale promísený kmen se nakládá do šamotových kelímků, které se vloží do vychladlé pece. Pec se pozvolna zahřívá na teplotu 1000 1200 ˚C, při které se kmen utaví. Po ukončení tavení se kelímky vyjmou z pece a jejich obsah se vylévá do studené vody, kde popraská - fritování. Následně se skleněná drť mele v kulových mlýnech na jemný prášek. Umletá barva s obsahem vody se přepravuje do sušárny, kde se suší proudem vzduchu o teplotě 60 - 80 ˚C. Nakonec se vysušená barva prosévá na vibračních sítech. Hrubší podíly se vracejí a znovu melou, případně se mohou používat jako malířské ledy. Organické složky klasických sklářských barev Organické složky (pojiva a ředila) umožňují nanášení barvy na povrch skla pomocí štětce, stříkáním, sítotiskem a jinými technikami . Pojivy a ředidly jsou přísady organického původu – silice, balzámy a pryskyřice. V průběhu vypalování se tyto látky spálí nebo vytěkají bez jakýchkoliv negativních účinků na kvalitu vypálené barvy.
46
Silice jsou lehké, těkavé kapaliny, příjemně vonící. K přípravě barev se používají zřídka, mají význam při přípravě tekutých drahých kovů. Balzámy tvoří přechod mezi silicemi a pryskyřicemi. Většinou jsou to poměrně husté kapaliny. Z balzámů má největší význam při přípravě barev terpentýn používaný jako ředidlo. Pryskyřice jsou posledním stupněm polymerace silic. Jsou to tuhé látky, které se uplatňují u barev jako pojiva a zahušťovadla. Pro klasické sklářské barvy má největší význam damarová pryskyřice, která se dobře rozpouští v terpentýnu, chloroformu i lihu za vzniku damarového laku – důležitého pojiva sklářských barev. Vlastnosti klasických sklářských barev Nejsledovanějšími vlastnostmi barev jsou tavitelnost, chemická odolnost a lesk. Tavitelnost (cílem je co nejnižší teplota, při které se barva taví) je ovlivňována především obsahem oxidu křemičitého. Čím je jeho obsah vyšší, tím se zvyšuje teplota tavení barvy. Vyšší obsah oxidu křemičitého naopak zlepšuje chemickou stabilitu barvy. Chemickou odolnost barvy však snižuje přítomnost alkalických oxidů. Snížení chemické odolnosti ovlivňuje možnost zvýšeného výluhu oxidů z barvy a tím i snížení lesku barvy.
Drahé kovy Pro dekorační zdobení skla se nejvíce využívá zlato, částečně i platina, která se v poslední době nahrazuje z důvodu lepší přídržnosti ke sklu a lepších krycích vlastností paladiem. Stříbro se používá zejména k dekoraci větších ploch. Jelikož v běžném prostředí černá, překrývá se z nepohledové strany fixačním nátěrem. Zlato lze k dekoraci používat v několika formách - jako fóliové (lístkové) zlato, které se nabaluje na žhavou sklovinu ještě před vlastním tvarování do formy, jako lesklé zlato ve formě organického koloidu, které po vypálení vytvoří lesklé zrcátko a jako leštěné zlato, které je po vypálení matné a k dosažení potřebného lesku je nutno jeho povrch vyleštit. Podobný způsob užití jako zlato má i platina, případně paladium - tedy ve formě fólií nebo jako lesklá platina (paladium). Ke stříbření skla se používá amoniakální roztok dusičnanu stříbrného (AgNO3). V současné době jsou výrobci dodávány ke stříbření skla dva roztoky, které se před vlastním stříbřením ve stanoveném poměru smísí. K rychlejšímu vyredukování stříbra na skleněnou plochu je vhodné sklo vyhřívat ve vodní lázni na teplotu 40 - 50 ˚C. Hydroglazury Přibližně od roku 2000 je snaha nahradit tavená barevná skla nanášením barevných povlaků organického původu na skla čirá. Z tohoto důvodu se podařilo vyvinout organické hmoty nejdříve rozpouštěné a ředěné alkoholy, později pak vodou (odtud hydroglazury), které jsou velmi dobře přilnavé k povrchu skla. Přilnavost lze vysvětlit pevnou chemickou vazbou sloučenin křemíku, obsažených v hydrogalzurách, s povrchem skla. Hydroglazury je možno nanášet na povrch skla stříkáním pomocí stříkací pistole, štetcem nebo ponorem do hydroglazury. Při každém způsobu nanášení je nutno dbát na to, aby tloušťka povlaků nebyla příliš velká (optimálně 1 až 2 mikromentry) neboť by při vypalování (spíše bychom měli hovořit o urychlování procesu polymerace) mohla vrstva praskat. Hydroglazury mají své výhody i nevýhody. K výhodám patří snadná vzájemná mísitelnost, takže lze vytvořit nekonečnou škálu barev a odstínů a nízká vypalovací 47
teplota - asi 170 ˚C. Další výhodou je, že při jakékoliv vadě vzniklé nanášením, lze hydroglazuru odstranit velmi jednoduše s povrchu skla vodou. Hydroglazury jsou nezávadné po hygienické stránce, lze je tedy nanášet i na ústní okraje kalíškoviny a odlivek. Mají rovněž potřebnou chemickou odolnost vůči vlivům okolí. Nevýhodou je značná citlivost na čistotu prostředí, zejména na množství polétavých částic prachu ve vzduchu. Omezena je z důvodu polymerace, která probíhá i za běžných teplot, skladovatelnost hydroglazur. Doporučuje se spotřebovat je do šesti měsíců od data výroby. Listry Jsou malířské dekorativní preparáty, které na povrchu skla vytvářejí bezbarvý nebo barevný film. Index lomu světla je u listrovaného povlaku vyšší, takže povrch skla získá vysoký lesk. Průhlednost skla se podle intenzity zabarvení listru snižuje o 20 - 30%, proto mohou být listry zakryty menší vady skla. Po chemické stránce jsou listry rezináty kovů. Listry lze nanášet více způsoby. Nejčastěji se stříkají pomocí stříkací pistole, lze je nanášet i štětcem nebo tupovací houbou. Listry lze podle technologického zařazení výpalu rozdělit na tzv. studené listry a termolistry. Studené listry se nanášejí na již vychlazený a prvotně opracovaný výrobek. Po zaschnutí listru se provede výpal ve vypalovací peci. Termolisty se nanášejí výhradně stříkáním na horký vytvarovaný výrobek ještě před jeho chlazením. Tím se chlazení výrobku a výpal termolistru spojí v jeden technologický celek.
1.8.5 Materiály pro irizování skla Irizování je proces zušlechťování skla, jimž se na povrchu skla vytváří irizující vrstvy. Irizující vrstva nejčastěji vytváří duhové zabarvení, jehož intenzita je závislá na její tloušťce a rovnoměrnosti rozložení po celém irizovaném povrchu. Irizování skla se nejčastěji uskutečňuje přímo na huti na horký vytvarovaný výrobek. Irizace se provádí ve většině případů chloridem cínatým (SnCl2), případně i jinými surovinami, které jsou schopny sublimovat při teplotě do 500 ˚C. K irizaci skla slouží irizační pícka opatřená ve spodní části elektrickým zdrojem tepla, na který se sype irizační látka. Teplota povrchu skla musí být nejméně 400 ˚C, aby došlo ke spojení par kovů se sklem. Doba působení irizující látky je asi 10 sekund. Následně se výrobek odnese ke chlazení.
1.8.6 Materiály pro lazurování skla Lazury tvoří zvláštní skupinu technik druhotného opracování skla. Na rozdíl od malířských dekorů, při kterých se na povrch skla nanáší nová vrstva hmoty a po vypálení se s ním spojí bez viditelných zněm základního skla, u lazur nanesená suspenze solí stříbra nebo mědi povrch skla zásadně barevně změní. Stříbrná lazura dosahuje celé škály barevných odstínů od světle žluté přes žlutou, žlutohnědou, hnědou, hnědočervenou až po červenou, případně i fialovou. Rozhodujícím činitel, který ovlivňuje toto zabarvení je chemické složení skla. Měděná lazura finálně barví povrch skla na vínově červenou barvu. Zatímco stříbrná lazura se dosahuje jedním výpalem, měděná lazura vzniká třemi výpaly. K lazurování povrchu skla se požívají lazurovací pasty, což je směs příslušné chemické sloučeniny, nosné látky a kapaliny. Lazurovací pasta pro stříbrnou lazuru je tvořena směsí chloridu stříbrného (AgCl), francouzského přepáleného okru a 48
terpentýnu, případně malého množství damarového laku. Lazurovací pasta pro měděnou lazura se skládá ze síranu měďnatého (CuSO4), nepáleného českého okru a vody. Vypalovací teploty při lazurování skla se pohybují od 600 do 640 ˚C, při kterých je sklo již značně plastické. Lazurovací pasta vytvoří na povrchu skla krustu, která brání v jeho deformaci. Shrnutí Pro prvotní a druhotné opracování skla existuje celá řada materiálů. K broušení zabrušování a vybrušování používáme brousící materiály, které rozdělujeme z pohledu výskytu v přírodě na přírodní a syntetické, z pohledu použití na volné a vázané. V současné době se nejvíce využívá syntetický korund a karbid křemíku a to jak ve formě volné, tak i vázané. Stále častěji se uplatňuje i syntetický diamant vázaný do tvaru kotoučů, případně i jiných speciálních nástrojů. Brousící materiál musí být vždy tvrdší než broušené sklo, které dosahuje tvrdosti v rozpětí 5. až 7. stupně tvrdosti minerálů. Stejně jako brousící rozdělujeme i leštící materiály. Nejčastěji požívané přírodní leštící materiály jsou pemza a tripl, ze syntetických má široké uplatnění zejména oxid ceričitý. Leštící materiály nemusí být tvrdší než sklo, naopak bývají většinou měkčí. Z materiálů pro chemické opracování skla, tedy chemické leštění, leptání a matování má největší význam kyselina fluorovodíková, která jako jediná kyselina narušuje povrch skla. K chemickému matování matovacími pastami se využívají soli kyseliny fluorovodíkové, které jsou rovněž schopny narušit povrch skla. Na rozdíl od chemického leštění, kde kyselina fluorovodíková působí po celé ploše výrobku, u leptání vytváří pouze dekor, tedy narušuje povrch skla jen místně. Z tohoto důvodu je nutno neleptané části skla chránit kyselinovzdornými kryty. Materiály pro malbu skla vytvářejí vrstvy na základním skle. Mezi tyto materiály řadíme klasické sklářské barvy, preparáty drahých kovů, hydroglazury a listry. Klasické sklářské barvy jsou nízkotavitelná olovnatoboritá skla rozemletá na mikroskopické částice. Aby je bylo možno nanášet štětci, stříkáním, sítotiskem, případně jinými technikami musí se smíchat s pojivy a ředidly. Dekoraci skla malbou je možno provádět rovněž tekutými preparáty drahých kovů. Nejširší uplatnění má zlato a částečně i platina, případně paladium. Stříbro se využívá většinou k dekoraci větších ploch. V posledním desetiletí se poměrně ve velké míře rozšířilo využití hydroglazur, které umožňují celoplošné barvení povrchu výrobku. Tím bylo možno částečně nahradit výrobu tavených barevných skel. Hydroglazury jsou syntetické organické látky, které obsahují sloučeniny křemíku, jenž tvoří pevnou chemickou vazbu s povrchem skla. Listry jsou rezináty kovů, které na povrchu skla vytvářejí bezbarvou nebo barevnou mikrovrstvu s vyšším indexem lomu světla než má sklo. Listry lze podle technologického zařazení výpalu rozdělit na tzv. studené listry a termolistry. K irizování skla se používají materiály schopné sublimovat při teplotě do 500 ˚C. Nejčastěji používanou surovinou pro tuto technologii je chlorid cínatý. Irizující vrstva vytváří duhové zabarvení, jehož intenzita je závislá na její tloušťce a rovnoměrnosti rozložení po celém irizovaném povrchu. Lazury zabarvují povrch původně čirého skla. Barva skla je dána složením lazurovací pasty a v ní obsažené chemické látky. Podle toho rozeznáváme lazuru stříbrnou, kterou se dosahuje barevných odstínů od světle žluté přes žlutou, žlutohnědou, hnědou, hnědočervenou až po červenou, případně i fialovou a lazuru měděnou, která vytváří finálně vínově červenou barvu. Lazurovací pasty se skládají z příslušné chemické sloučeniny, nosné látky a kapaliny.
49
Pojmy k zapamatování • • • • • • • • • • • • • • • • •
korund diamant karbid křemíku vazba keramická, organická, metalická pískové šlemy pemza tripl oxid ceričitý kyselina fluovodíková kyselinovzdorné kryty klasické sklářské barvy organické složky klasických sklářských barev drahé kovy hydroglazury listry irizování skla lazurování skla
Kontrolní otázky 1. jak rozdělujeme brousící a leštící materiály? 2. jaké znáte brousící a leštící materiály? 3. jaké znáte vazby vázaných brousících a leštících materiálů? 4. které materiály se uplatňují při chemickém leštění, leptání a matování skla? 5. z jakých složek se skládají klasické sklářské barvy? 6. k čemu slouží organické složky klasických sklářských barev? 7. jak se v malbě skla uplatňují drahé kovy? 8. co jsou a k čemu slouží hydroglazury? 9. jak mění povrch skla listry? 10. jakou podmínku musí splňovat materiály pro irizování skla? 11. jaké materiály se používají pro lazurovaní pasty?
50
2 Technická dokumentace materiálů 2.1 Technické výkresy Studijní cíle: posluchač pochopí význam technických výkresů, formátů výkresů, skládání výkresů a měřítek, které se na technických výkresech používají a funkci rohového razítka. Klíčová slova: technický výkres, formát výkresu, měřítko výkresu, rohové razítko Potřebný čas: 2 hodiny
2.1.1 Význam technických výkresů Technické výkresy se používají ve strojírenství, stavebnictví, elektrotechnice a jiných odvětvích, tedy samozřejmě také ve sklářství. Účelem technického výkresu je znázornění výrobku v příslušném měřítku tak, aby bylo možno výrobky vyrobit opakovaně, vždy naprosto identicky, v jakémkoliv časovém horizontu.Technický výkres musí respektovat snadnou čitelnost, jednoznačné pochopení a u některých technických výkresů (zejména strojnických) také technologii výroby znázorněné součásti.
2.1.2 Formáty technických výkresů Formáty výkresů jsou označovány písmenem A a příslušným číslem, které udává velikost výkresu. Základním formátem je A0, který má plochu 1 m² a strany v poměru 1 : √2. V praxi se běžně využívají formáty A0, A1, A2, A3 a A4, formát A5 je povoleno využívat jen v opodstatněných případech. Rozměry uvedených formátů (tzv. oříznutý formát) v mm jsou: •
A0
841 x 1189
•
A1
594 x 841
•
A2
420 x 594
•
A3
297 x 420
•
A4
210 x 297
•
(A5
148 x 210)
Formáty výkresů jsou běžně ležaté, pouze formát A4 je situován stojatě. Skládání technických výkresů Finálně se technické výkresy skládají na formát A4 a to nejdříve podél přehybů kolmých ke spodnímu okraji výkresu a potom podél přehybů rovnoběžných se spodním okrajem výkresu.
51
Obr. 10 Skládání výkresů
52
2.1.3
Měřítka technických výkresů
Měřítka, jejich velikost a zapisování na všech druzích technických výkresů se volí podle: •
účelu a obsahu výkresu
•
složitosti a hustoty kresby zobrazeného předmětu
•
požadavku na čitelnost a přesnost kresby
•
potřeby stanovení technologického postupu výroby
Měřítko se u technických výkresů značí písmenem M s číselným připojením poměru pro stejnou velikost, zmenšení nebo zvětšení (např. M 1:1, M 1:2 nebo M 2:1). Měřítko se nejčastěji zapisuje do rohového razítka. V případě použití dvou měřítek se vedlejší měřítko uvede v závorce - např. M 1:1 (M 5:1). Není-li zobrazovaný předmět nakreslen v žádném měřítku uvede se místo měřítka N, jako zkratka NENÍ. Používaná měřítka výkresů Skutečná velikost 1:1
Měřítka zvětšení
Měřítka zmenšení
2:1
1:2
5:1
1:5
10 : 1
1 : 10
20 : 1
1 : 20
50 : 1
1 : 50
100 : 1
1 : 100
Tab. č. 1 Měřítka výkresů
2.1.4 Rohové razítko Slouží k identifikaci technického výkresu. Mimo již uvedeného měřítka obsahuje zejména název firmy nebo instituce, kde výkres vznikl, kdo a kdy jej zhotovil a hlavní rozměry výrobku nebo polotovaru. Rohové razítko se umísťuje u formátu A4 ve spodní části, u formátů A3 a větších v pravém dolním rohu. Ve sklářských provozech bývá často zvykem umísťovat rohové razítko v pravém horním rohu. Shrnutí Účelem technického výkresu je znázornění výrobku v příslušném měřítku tak, aby bylo možno výrobky vyrobit opakovaně, vždy naprosto identicky, v jakémkoliv časovém horizontu. Technické výkresy mají své normalizované rozměry a značí A0 – A4, přičemž formát A5 se používá jen výjimečně. Technické výkresy se skládají na formát A4 podle stanoveného postupu. Měřítka technických výkresů se volí dle specifických
53
požadavků. Nejčastěji se volí měřítko 1:1. Rohové razítko slouží k identifikaci technického výkresu. Pojmy k zapamatování • • • •
technický výkres formát technického výkresu měřítko rohové razítko
Kontrolní otázky 1. Jaký význam mají technické výkresy? 2. Jaké jsou formáty běžně užívaných technických výkresů? 3. Podle jakých požadavků volíme měřítko? 4. K čemu slouží rohové razítko?
2.2
Popisování technických výkresů a čáry na výkresech
Studijní cíle: v následující kapitole se posluchač seznámí se zásadami popisování technických výkresů a technické dokumentace a dále s typy čar a jejich použití při tvorbě technických výkresů. Klíčová slova: technické písmo, čára plná, čára přerušovaná, čára čárkovaná, čára čerchovná. Potřebný čas: 2 hodiny
2.2.1 Popisování technických výkresů Průvodce studiem V kapitole jsou orientačně uvedeny zásady popisování pomocí technického písma a typy a použití čar při tvorbě technických výkresů a technické dokumentace s plným vědomím, že v současné době existují počítačové programy umožňující zhotovení technických výkresů a technické dokumentace.
Technické výkresy, tabulky a ostatní technická dokumentace se popisují technickým písmem. Technické výkresy se popisují zásadně písmeny velké abecedy a arabskými číslicemi. Výjimkou je psaní fyzikálních jednotek (např. kg, mm, atd.), kde se používají písmena malé abecedy. Při popisování výkresů a technické dokumentace se používá písmo kolmé střední, popřípadě úzké. Šířka písmen abecedy a číslic (b) není jednotná, závisí na výšce písmen a číslic (h). Výšku písma (h) volíme nejčastěji 2,5 - 3,5 - 5 - 7 - 10 mm. Šířka písma je pak daná následující tabulkou.
54
Písmo - šířka b
Široké
Střední
Úzké
Písmena velké abecedy
5/7 h
7/10 h
6/14 h
Písmena malé abecedy
4/7 h
6/10 h
6/14 h
Arabské číslice
5/7 h
7/10 h
6/14 h
Římské číslice
1/7 h
1/10 h
1/14 h
Tab. č.2 Šířka písma
Obr. 11 Ukázka písma střední šířky
2.2.2 Čáry na technických výkresech Pro zobrazování tvarů na technických výkresech se využívají různé druhy čar. Podle grafického provedení se čáry rozdělují na: • •
plné přerušované
Podle tloušťky dělíme čáry na: •
tenké
•
tlusté
•
velmi tlusté
55
Velmi tlusté čáry se používají výjimečně (většinou jen ve stavební dokumentaci). Tloušťka čar musí být po celé délce neměnná. Z přerušovaných čar se užívají čáry čárkované a čerchované.
Obr.12 Druhy čar
Příklady použití čar na technických výkresech •
Tenká plná čára - vynášecí čáry, kótovací čáry, šrafování řezů, značení závitů
•
Tlustá plná čára - viditelné hrany výrobku, kótovací šipky, pozice
•
Čárkovaná čára - neviditelné hrany výrobku
•
Čerchovaná čára - osy rotační výrobků, osy děr, poloměrů, průměrů a úhlů.
56
Obr. 13 Příklady užití čar
Shrnutí Technická dokumentace se popisuje, až na výjimky, zásadně písmeny velké abecedy a arabskými číslicemi. Šířka písma je stanovena poměrem k jeho zvolené výšce. Nejčastěji se používá písmo kolmé, střední nebo úzké šířky. Čáry na technických výkresech, které rozdělujeme podle tloušťky nebo podle grafického provedení, mají dané zásady použití. Pojmy k zapamatování • • • • •
technické písmo tenká plná čára tlustá plná čára čárkovaná čára čerchovaná čára
Kontrolní otázky 1. Jaké výšky písma jsou při popisování technických výkresů voleny nejčastěji? 2. Jak rozdělujeme čáry? 3. V jakých případech je na technických výkresech volena plná tenká čára?
57
2.3 Zobrazování na technických výkresech Studijní cíle: v následující kapitole student porozumí umístění průměten na technickém výkrese, bude schopen rozhodnout o optimálním počtu průměten, pochopit princip řezů a průřezů, přerušování obrazů součástí a kreslení přetvořených součástí. Klíčová slova: průmětna, řez, průřez, přerušení obrazu, přetvořená součást Potřebný čas: 4 hodiny
2.3.1 Pravoúhlé promítání Obraz se při tomto způsobu promítání promítá nejčastěji do tří průměten: •
první průmětna je vodorovná a je určena souřadnicovými osami průmětnu nazýváme půdorysna.
•
druhá průmětna nárysna.
•
třetí průmětna je určena souřadnicovými osami y, z a nazýváme ji bokorysna.
je určena souřadnicovými osami
Obr. 14 Pravoúhlé promítání
58
x, y. Tuto
x, z. Tato průmětna je
Obr. 15 Umístění průměten na ploše
Na technických výkresech se nekreslí souřadnicové osy x,y,z. Jednotlivé průměty zobrazovaného tělesa není možné na technickém výkresu umisťovat libovolně. Půdorys musí být umístěn přesně pod nárysem, bokorys musí být umístěn ve stejné výši s nárysem. Na technických výkresech se upřednostňuje zobrazení pomocí levého bokorysu, který je umístěn vpravo od nárysu. Jen v případě složitého tvaru je možno využít i jiné průměty jako např. pohled zprava (pravý bokorys), spodní pohled a zadní pohled.
Obr. 16 Průměty tělesa (jejich umístění)
59
Obr. 17 Technické zobrazení tělesa (osy se nekreslí)
Při zobrazování těles na technických výkresech je nutno se řídit zásadou snadného pochopení a čitelnosti výkresu při zachování podmínky vyrobitelnosti zobrazeného předmětu. Z tohoto důvodu, pokud to tvarová náročnost zobrazovaného předmětu dovolí, je možno tělesa zobrazovat i v méně než třech průmětech. Např. u jednoduchých rotačních těles mnohdy postačí pouze jedna průmětna. Pro zpřehlednění technického výkresu je možno také vypustit prokreslení některých neviditelných hran, které jsou viditelné v jiných pohledech. Další možná zjednodušení technických výkresů jsou uvedena v následujících podkapitolách.
Obr. 18 Příklad zobrazení tělesa v jedné průmětně
60
2.3.2
Kreslení řezů a průřezů
Abychom mohli u složitějších součástí zobrazit neviditelné hrany a obrysy (a tím technický výkres zjednodušit) kreslíme je jako řezy nebo průřezy. Řez, případně průřez jsou pouze představy pro zakótování. Řez je zobrazení předmětu myšleně rozříznutého v jedné nebo více rovinách. Část ležící před myšlenou rovinou řezu se nezobrazuje. Zobrazí se pouze ty části, které leží v rovině řezu a za rovinou řezu. Řezy lze rozdělit na podélné, příčné a lomené. Profilové polotovary čepy, kolíky, klíny, šrouby, nýty, hřídele, žebra apod. se znázorňují jen v příčném řezu. Průřez je zobrazení předmětu rozříznutého jedinou myšlenou rovinou, kde se části před i za rovinou nezobrazují.
Obr. 19 Kreslení řezů a průřezů (průřez zcela vpravo)
Označování řezů a průřezů Průběh řezu nebo průřezu na se technických výkresech označujeme tlustou čarou vyznačující začátek a konec řezu či průřezu. K počáteční a koncové tlusté čáře se připojí stejné písmeno velké abecedy s výjimkou I,O,R a Q, které se k označení nesmí používat. K označení může být připojena i úsečka se šipkou, které lépe naznačuje směr pohledu na pomyslně řezanou rovinu. Plochy řezu se graficky označují šikmými rovnoběžnými čarami – tzv. šrafováním Šrafy se kreslí tenkou plnou čarou pod úhlem 45º vzhledem k obrysové čáře tělesa nebo jeho ose.
61
Obr. 20 Příklady značení řezů
2.3.3 Přerušování obrazů Z důvodu úspory místa na technickém výkrese, zejména při kreslení dlouhých částí, můžeme znázorněná tělesa zkrátit přerušením. Přerušování provádíme tenkou plnou čarou. Kótovací čáru však nikdy nepřerušujeme. U součástí s proměnným průřezem tedy u klínů, kuželů, jehlanů atd. musíme po přerušení zachovat původní sklon čar.
Obr. 21 Přerušování obrazů
62
2.3.4 Kreslení přetvořených součástí Na technické výkresy se součásti kreslí vždy v konečném stavu, tedy po všech výrobních operacích. Některé součásti se však finálně dotvářejí až při montáži. Podle složitosti tvaru přetvořené součásti můžeme určit výchozí polotovar udáním např. rozvinuté délky nebo u málo přetvořených součástí se tenkou čerchovanou čarou nakreslí původní tvar.
Obr. 22 Příklad přetvořené součásti
Shrnutí K znázorňování těles na technických výkresech využíváme pravoúhlé promítání, nejčastěji do tří průměten – nárysna, půdorysna a bokorysna. Umístění těchto průměten je na technických výkresech přesně určeno. Při zobrazování těles na technických výkresech je nutno se řídit zásadou snadného pochopení a čitelnosti výkresu při zachování podmínky vyrobitelnosti zobrazeného předmětu. Z tohoto důvodu je vhodné, pokud to je možné, technický výkres co nejvíce zjednodušit. Pojmy k zapamatování • • • • • • • •
průmětna nárysna půdorysna bokorysna řez průřez přerušování obrazů přetvořená součást
Kontrolní otázky 1. Jaké je umístění jednotlivých průměten na technickém výkresu? 2. Vysvětlete rozdíl mezi řezem a průřezem. 3. Jakým způsobem může být pomyslný řez veden tělesem? 4. Uveďte příklady přerušování těles na technickém výkresu.
63
Cvičení 1. Procvičte si svou představivost. Na následujícím výkresu doplňte chybějící průmět.
64
Řešení
2.4 Kótování technických výkresů Studijní cíle: posluchač po prostudování kapitoly pochopí základní principy kótování technického výkresu, způsoby kótování běžných i specifických tvarů a součástí, tolerování rozměrů a úchylek tvaru a polohy. Klíčová slova: kóta, kótovací čára, kótovací šipka, vynášecí čára, tolerance rozměrů. Potřebný čas: 12 hodin.
Průvodce studiem Následující kapitole věnujte maximální pozornost. Kótování patří k nejzodpovědnější práci při tvorbě technických výkresů.
2.4.1 Základní pojmy a pravidla kótování Správné a účelné kótování usnadňuje čtení technických výkresů a výrobu, zaručuje vyměnitelnost součásti a snižuje zmetkovitost výrobků. Při výrobě se nesmí žádný rozměr z technického výkresu odměřovat ani počítat, neboť tak vznikají často chyby. 65
Základní pojmy •
kóta je číselný údaj určující požadovanou velikost rozměrů. Na technických výkresech se kóty zapisují v milimetrech bez označení mm. Úhly se kótují ve stupních, minutách a vteřinách např. 10˚15' 30". Pokud je úhel menší než 1˚, kóta začíná 0 (např. 0˚22').
•
kótovací čára je ohraničena šipkami (výjimečně tečkami). Znázorňuje se plnou tenkou čarou.
•
vynášecí čára je pokračování viditelné hrany tělesa, osy děr, osy průměrů nebo poloměrů. Znázorňuje se plnou tenkou čarou.
•
kótovací šipka je ohraničení kótovací čáry. Znázorňuje se plnou tlustou čarou.
Obr. 23 Základní pojmy kótování
Pravidla kótování •
kóta se u vodorovných kótovacích čar umísťuje vždy nad kótovací čáru. U svislých kótovacích čar vždy vlevo od kótovací čáry (obr. 24)
•
u šikmých kótovacích čar nebo při kótování úhlů se řídíme pravidlem, aby kóta „co nejméně padala“ (obr. 25 a 26)
•
kóta nesmí být žádnou čarou přeťata nebo půlena
•
kótovací šipka nesmí být žádnou čarou přeťata
•
kótovací čáru nesmí protínat žádná jiná čára
•
kótovací čára se nesmí shodovat s obrysovou čarou nebo osou
•
kótovat lze jen viditelné hrany
•
u malých rozměrů lze šipky nahradit tečkami. Kóty však musí být ukončeny šipkami (obr. 27)
•
u souměrných těles můžeme kótovat neúplnou kótovací čarou s jednou kótovací šipkou, přičemž kótovací čáru prodloužíme za osu (obr. 28)
•
každý rozměr se kótuje pouze jednou
66
Obr. 24 Umístění kót u vodorovných a svislých kótovacích čar
Obr. 25 Umístění kót u šikmých kótovacích čar
67
Obr. 26 Umístění kót při kótování úhlů
Obr. 27 Kótování pomocí teček
68
Obr. 28 Kótování pomocí neúplné kótovací čáry
2.4.2 Kótování průměrů, poloměrů, oblouků, kulových ploch a úhlů Při kótování průměrů se před rozměrem napíše značka Ø (např. Ø 65). Malé průměry – na technickém výkrese menší než 12 mm – lze kótovat na prodlouženou nebo odkazovou čáru. Průměry, které jsou na technickém výkresu menší než 7 mm, lze kótovat pomocí zkrácené kótovací čáry. Příklady kótování průměrů jsou na obr. 30 Při kótování poloměrů se před rozměrem napíše značka R (např. R 85). Kótovací čára se ohraničuje pouze jednou šipkou u oblouku. Způsoby kótování poloměrů jsou ukázány na obr. 29
Obr. 29 Příklady kótování poloměrů
69
Obr. 30 Příklady kótování průměrů
Při kótování poloměru nebo průměru kulové plochy se před označením Ø nebo R napíše slovo KOULE
Obr. 31 Příklady kótování kulových ploch
70
Při kótování úhlů se kótovací čára kreslí jako kruhový oblouk se středem ve vrcholu úhlu (obr. 32). Kótování oblouků se kromě zakótování poloměru provádí třemi způsoby a to buď kótou středového úhlu (obr. 33a) nebo délkou tětivy (obr. 33b) nebo délkovou kótou oblouku na daném poloměru (obr. 33c). Nad kótu se zakreslí oblouček.
Obr. 32 Příklady kótování úhlů
Obr. 33 Příklady kótování oblouků
71
2.4.3 Kótování čtyřhranů a šestihranů Čtyřhrany nebo čtyřhranné otvory nakreslené v průčelné poloze se zjednodušeně kótují tak, že se před kótu napíše značka čtverce □. Jsou-li hrany zobrazeny v nárožní poloze, kótují se pomocí odkazové čáry (obr. 34). Šestihran v průčelné poloze se okótuje vzdáleností rovnoběžných bočních ploch (tzv. otvor klíče) na odkazovací čáře a před kótu se nakreslí značka šestihranu. Je-li znázorněn v nárožní poloze kótuje se obvyklým způsobem (obr. 35).
Obr. 34 Příklady kótování čtyřhranů
Obr. 35 Příklady kótování šestihranů
2.4.4 Kótování úkosů U klínů, skloněných ploch apod. kótujeme tzv. sklon, čili úkos. Značka úkosu se kreslí na obrysovou čáru šikmé plochy tak, že spodní rameno značky je rovnoběžné se skloněnou plochou a hrot značky směřuje k menší výšce součásti. Při kótování úkosu
72
se kótuje pouze jedna výška, aby obraz nebyl tak zvaně překótován. Úkos se nejčastěji kótuje poměrem např. 1 : 10, 1 : 20 atd. (obr. 36)
Obr. 36 Příklady kótování úkosů
2.4.5 Kótování kuželovitosti a jehlanovitosti Jedním z několika možností, jak okótovat kužel nebo jehlan, je okótovat jeho kuželovitost případně jehlanovitost. Kuželovitost (jehlanovitost) se kótuje poměrem např. 1 : 5, 1 : 10 apod. Před poměr se umístí příslušná značka (obr. 37).
Obr. 37 Příklady kótování kuželovitosti a jehlanovitosti
73
Vrchol značky musí směřovat k vrcholu kužele nebo jehlanu.
2.4.6 Kótování zkosených hran Zde platí zásada, že v případě kótování pomocí úhlu je kótovací čára vždy rovnoběžná s osou rotace zobrazeného tělesa (obr. 38). Jiná možnost kótování zkosených hran viz. obr. 39
Obr. 38 Příklady kótování zkosených hran
Obr. 39 Jiná možnost kótování zkosených hran
2.4.7 Kótování závitů Závity na technických výkresech značíme tenkou plnou čarou. Tímto typem čáry označíme v případě potřeby i délkové zakončení závitu. Značení závitů zobrazených v řezu kolmém na osu závitu se označí ¾-ní kružnicí plnou tenkou čarou. Závity 74
kótujeme kótou značící maximální průměr závitu a to jak v případě vnějších, tak i vnitřních závitů. Před kótu napíšeme označení typu závitu. M - metrický závit, Tr lichoběžníkový závit, W - Whitvortův závit, G - trubkový závit. Prakticky výhradně se v zemích s metrickou soustavou setkáme s metrickým závitem. Výjimečně s trubkovým závitem, který využívá při spojování potrubních systémů. Příklady kótování závitů jsou na obr. 40.
Obr. 40 Kótování závitů
2.4.8 Tolerování rozměrů
Průvodce studiem Tolerování rozměrů je poněkud složitější problém, který zde nebude popsán podrobně. Účelem této kapitoly je pouze seznámit studenty s možností existence předepsat na výkresové dokumentaci zúžení běžně využívaného rozměrového pole.
Je-li nutno vzhledem k funkčnosti zařízení nebo jeho části omezit běžné rozměrové pole kóty – např. ø 30 je běžně možno vyrobit v rozmezí 29,8 – 30,2mm – je nutno využít tolerování kót, tedy toto rozměrové pásmo zúžit.
75
Rozměry na technickém výkrese lze tolerovat v podstatě dvěma způsoby: •
mimo lícovací soustavu
•
pomocí lícovací soustavy
Mezi tolerování je pak nutno ještě přiřadit tolerance tvaru a polohy, kde netolerujeme rozměry, ale vzájemnou polohu tvarů jednotlivých částí výrobku vůči sobě, případně polohu jednotlivých os, stěn, geometrických tvarů apod. Tolerování mimo lícovací soustavu Je tolerování rozměru, při kterém zúžíme běžně vyrobitelné rozměrové pole na jeho dolním nebo horním konci, případně na obou těchto koncích současně. Příklady jsou uvedeny na obr. 41 a, b, c.
Obr. 41 Příklady tolerování mimo lícovací soustavu
76
Tolerování pomocí lícovací soustavy Lícování je tolerování rozměrů umožňující definovat vzájemné a velmi přesné uložení dvou součástí vůči sobě. Na výkresové dokumentaci je značeno např. ø 50 h7, kde •
ø 50 je jmenovitý průměr hřídele
•
h je označení polohy tolerančního pole
•
7 je stupeň přesnosti tolerančního pole
Vysvětleme si nyní pojmy „poloha tolerančního pole“ a „stupeň přesnosti tolerančního pole“. Poloha tolerančního pole je umístění tohoto pole jedné součásti vůči pomyslné nulové čáře protisoučásti (například umístění hřídele v díře). Poloha tolerančního pole pro hřídel se v soustavě jednotné díry značí malými písmeny od a do z. Poloha tolerančního pole pro díru se v soustavě jednotné díry značí pouze H (soustava jednotné díry má pro díru pouze jedno umístění tolerančního pole) Stupeň přesnosti tolerančního pole udává velikost tolerančního pole. Značí se číslem od 4 do 11, přičemž čím je číslo nižší, tím je užší toleranční pole, to znamená, že výrobek musí být vyroben přesněji. Příklady tolerování pomocí lícovací soustavy jednotné díry jsou uvedeny na obr. 42
Obr. 42 Příklady tolerování pomocí lícovací soustavy
77
Tolerování tvaru a polohy Jak již bylo výše uvedeno při tolerování tvaru a polohy tolerujeme vzájemnou polohu tvarů jednotlivých částí výrobku vůči sobě, případně polohu jednotlivých os, stěn, geometrických tvarů apod., přičemž tolerance polohy je vždy vztažena k určité, označené základně. Příklady jsou uvedeny na obr. 43 a 44. Číselné hodnoty uvádějí maximálně možnou přípustnou hodnotu úchylky v mm.
Obr. 43 Značky tolerance tvaru a příklad tolerování
78
Obr. 44 Značky tolerance polohy a příklad tolerování
Shrnutí Kótování usnadňuje čtení technických výkresů a výrobu, zaručuje vyměnitelnost součásti a snižuje zmetkovitost výrobků. Kótování provádíme pomocí kót, kótovacích šipek, kótovací a vynášecích čar. Aby nedošlo k chaotickému kótování, existuje několik pravidel, které umožňují sjednocení systému kótování. Kapitola kótování technických výkresů popisuje a na příkladech názorně ukazuje specifika kótování poloměrů, průměrů, kulových ploch, úhlů a oblouků, čtyřhranů a šestihranů, úkosů, kuželovitosti a jehlanovitosti, zkosených hran a závitů. Stručně je rozvedena problematika tolerování rozměrů mimo a pomocí toleranční soustavy a tolerování úchylek tvaru a polohy. Pojmy k zapamatování • •
kóta kótovací čára 79
• • • • • • • • • •
kótovací šipka vynášecí čára kótování poloměrů, průměrů a koulí kótování úhlů a oblouků kótování čtyřhranů a šestihranů kótování úkosů, kuželovitosti a jehlanovitosti kótování zkosených hran kótování závitů tolerování rozměrů tolerování tvaru a polohy
Kontrolní otázky 1. K čemu slouží kótování technických výkresů? 2. Jaká jsou zásadní pravidla kótování technických výkresů? 3. Jak značíme na technických výkresech o
poloměr, průměr a kulovou plochu?
o
úhel a oblouk?
o
čtyřhran a šestihran?
o
úkos, kuželovitost, jehlanovitost?
4. Jak kótujeme na technických výkresech zkosené hrany a závity? 5. Jaké znáte způsoby tolerování rozměrů? 6. K čemu slouží tolerování tvaru a polohy?
80
Cvičení
1. Zakótujte následující výrobek
81
Řešení
82
2.5 Konstrukce sklářských forem – střih forem Studijní cíle: po prostudování této kapitoly student pochopí základní problematiku konstrukce nedělených a dělených sklářských forem a význam a zhotovení střihu forem. Klíčová slova: formy sádrové, dřevěné, pěnoformové, kovové, dělící rovina, střih formy, nadměrek Potřebný čas: 4 hodiny.
2.5.1 Materiály sklářských forem V kapitole 1.5. jsou stručně uvedeny nejběžnější materiály, ze kterých se vyrábějí formy pro sklářské provozy. Důležitou vlastností materiálů pro výrobu sklářských forem je jejich nasákavost vodou. Voda při styku se žhavou sklovinou vytváří parní film, který při tvarování zajišťuje požadovanou kvalitu povrchu výrobku. Nejčastěji se uplatňují sádra, dřevo, pěnoform a kov - litina. •
sádrové formy – životnost těchto forem je jen několik kusů vytvarovaných výrobků. Jejich využití je proto zejména v ateliérových hutích. Sádrové formy poměrně dobře nasákavají vodu. Vyrábějí se naléváním tekuté sádrové hmoty na kopyta. V případě dělených forem se opatřují vložkami pro vytvoření dělící roviny.
•
dřevěné formy – jejich životnost se počítá na stovky kusů. Nejčastěji se využívá dřevo bukové a hruškové – obě dřeva jsou dobře nasákavá vodou. Dřevěné formy se využívají zejména pro ruční tvarování a malosériovou výrobu.
•
pěnoformové formy – jejich životnost bývá až několik tisíc vytvarovaných kusů. Pěnoform je cementografitová směs, a jak již její název napovídá, je porézní a tedy dobře nasákavá vodou. Využívá se při ručním tvarování pro středněsériové výroby.
•
kovové formy – životnost je až statisíce kusů. Vyrábějí se nejčastěji odléváním ze speciální sklářské litiny. Žádoucí je litina s tzv. lamelárním grafitem, který vzniká při odlévání „na chladítko“ rychlým ochlazením. Kovové – litinové – formy se využívají při ručním, poloautomatickém i automatickém tvarování a jsou určeny pro velkosériovou výrobu. Povrch kovových forem nesaje vodu, proto je nutno před započetím tvarování spálením organické hmoty na vnitřním povrchu formy tuto vrstvu vytvořit.
2.5.2 Konstrukční zásady sklářských forem Při konstrukci sklářských forem je nutno vycházet zejména z možnosti snadného vyjmutí vytvarovaného výrobku z formy a to tak, aby nedošlo k deformaci nebo prasknutí právě vytvarované skloviny. Tento požadavek je umocněn při tvarování výrobků s bohatým dezénem nebo výrobků tvarově značně členitých. Konstruktér forem tedy musí velmi pečlivě zvážit počet dělících rovin formy. Mimo již uvedené hlavní hledisko je nutno si uvědomit, že každá další dělící rovina prodražuje výrobu formy a komplikuje její údržbu – tedy z ekonomického hlediska finálně zdražuje výrobek Tyto skutečnosti by měl mít na zřeteli každý výtvarník již při tvorbě návrhu. •
formy nedělené – lze využít u jednoduchých, menších výrobků kónických (s pozitivním úhlem) nebo válcovitých tvarů. U válcovitých výrobků nad cca 100mm výšky je doporučeno, aby se výrobek směrem k hornímu okraji rozšiřoval pod úhlem 2º. Formy se vyrábějí ze všech výše uvedených materiálů. 83
•
formy s jednou dělící rovinou – používají se nejčastěji. Do těchto forem se tvarují větší hladké – tedy nedezénované – výrobky s kulovitou nebo kuželovitou plochou v horní polovině výrobku s negativním úhlem. Formy se vyrábějí ze všech výše uvedených materiálů.
•
formy se dvěmi dělícími rovinami – využívají se zejména u výrobků s velmi bohatým dezénem. Dělící roviny jsou vůči sobě posunuty o 90º. Tyto formy se vyrábějí zejména kovové.
•
formy se třemi dělícími rovinami – se používají u výrobků složitých tvarů, případně i s velmi bohatým dezénem. Dělící roviny jsou vůči sobě posunuty o 120º. Tyto formy se vyrábějí zejména kovové.
Formy s více než třemi dělícími rovinami se vzhledem ke komplikované výrobě a údržbě prakticky nepoužívají. Dělené formy jsou schématicky znázorněny na obr. 45, 46 a 47.
Obr. 45 Forma s jednou dělící rovinou
84
Obr. 46 Forma se dvěmi dělícími rovinami
Obr. 47 Forma se třemi dělícími rovinami
85
2.5.3 Střih forem Vyrobit funkční sklářskou formu je mnohdy poměrně složitá záležitost, uvědomíme-li si, že je třeba s poměrně vysokou přesností, a to jak rozměrovou, tak i tvarovou, zhotovit vnitřní dutinu, do které se tvaruje sklovina. Z tohoto důvodu se přesně podle výkresové dokumentace výrobku vytvoří tzv. střih formy. Střihy se vyrábějí většinou z tvrdšího kreslícího papíru. V případě, že se bude výroba formy často opakovat, je účelné vyrobit střih z tenkého plechu. Podle střihu je vyráběna a zejména kontrolována rozměrová a tvarová přesnost dutiny sklářské formy. Střih formy tedy slouží jako kalibr přesnosti výroby. Postup výroby papírového střihu Tvrdší kreslící papír se nejdříve podélně přepůlí přehnutím. Z výkresové dokumentace výrobku (bývá většinou na pauzovacím papíře) se průsvitem přenese polovina tvaru výroku přesně na kreslící papír. Nůžkami se tvar co nejpřesněji vystřihne a na závěr se hrany v místě střihání dočistí jemným smirkovým papírem. Po rozložení přepůlení tak máme jistotu, že obě poloviny střihu jsou identické. V případě, že je výkresová dokumentace digitalizována, je nejjednodušší vyřezat střih formy po menších konstrukčních úpravách na řezacím plotteru. Nadměrek střihu formy Při ručním tvarování výrobku se občas stává, že se horní část technologického přídavku – kopny zatlačí natolik, že brání následnému opracování opuknutím, odtavením nebo odřezáním na diapile (viz. obr. 48). Z tohoto důvodu se na střihu formy a následně i ve formě vytváří tzv. nadměrek, který umožní bezproblémové opracování vytvarovaného výrobku (viz obr. 49).
Obr. 48 Zatlačená kopna – výrobek bez nadměrku
86
Obr. 49 Výrobek s nadměrkem
Velikost nadměrku není jednoznačně stanovena. Vychází většinou ze zkušeností jednotlivých sklářských provozů. Následující přehled rozměrů nadměrku tedy berte jako orientační informaci.
Rozměry nadměrku Výrobky, kde výška výrobku je větší než jeho průměr (vázy, džbány, kalíškovina, odlivky …) výška výrobku do
150mm
výška nadměrku 10 – 15mm
výška výrobku nad
150mm
výška nadměrku 15 – 25mm
Výrobky, kde výška výrobku je menší než jeho průměr (mísy, misky, popelníky …) průměr výrobku do 150mm
výška nadměrku 15 – 20mm
průměr výrobku nad 150mm
výška nadměrku 20 – 30mm
Shrnutí Formy pro tvarování skloviny lze vyrábět z různých materiálů. Nejčastěji se používá sádra, dřevo – zejména bukové, méně často hruškové, pěnoform – grafitocementová 87
směs a litina. Materiál forem se volí podle složitosti tvaru a zejména podle potřebné životnosti formy. Aby byla forma funkční je nutno při návrhu konstrukce formy zvolit optimální počet dělících rovin. Formy mohou být nedělené, s jednou, dvěmi nebo třemi dělícími rovinami. Vetší počet dělících rovin by formu značně prodražil a podstatně ztížil údržbu formy. K výrobě dřevěných, pěnoformových a někdy i kovových forem se používá tzv. střih formy. Střih se vyrábí nejčastěji z tvrdého kreslícího papíru, méně často pak z tenkého plechu. Pro snadné prvotní opracování (rafinaci) – oddělení technologického přídavku (kopny) – se vyústění formy směrem ke sklářské píšťale prodlouží válcovitou částí. Pojmy k zapamatování • • • •
formy sádrové, dřevěné, pěnoformové, kovové dělící rovina střih formy nadměrek
Kontrolní otázky 1. z jakých materiálů se nejčastěji vyrábějí formy pro ruční tvarování skloviny? 2. mohou být sklářské formy i nedělené? Pokud ano, jaké tvary výrobků to umožňují? 3. jak se vyrábí papírový střih formy? 4. k čemu slouží nadměrek?
88
3 Závěr V této publikaci jsme se pokusili přiblížit studujícím problematiku materiálů technologie skla a technickou dokumentaci materiálů. Získání znalostí a pochopení problematiky z obou částí tohoto studijního materiálu umožní studentům zvládnutí studia dalších zejména technologických a technických předmětů ve vyšších ročnících.
89
4 Seznam literatury BLUMENTRITT J.,
Sklářské materiály
CABEJŠEK M., Zušlechťování skla DVOŘÁK S. a kol., Foukač dutého skla FANDERLIK I., Barvení skla HOLOUBEK Z., LEINVEBER J., ŠVERCL J. Technické kreslení KIRSCH R. a kol., Kovy ve sklářství PETRÁŠOVÁ H. a kol., Technologie skla
90
5 Seznam obrázků Obr. 1 Pohled do malé kmenárny
...……………………………….21
Obr. 2 Ruční tvarování skloviny
...……………………………….26
Obr. 3 Dřevěné a ocelové nástroje pro ruční tvarování skloviny ……………………28 Obr. 4 Krakle
...……………………………….30
Obr. 5 Bubli
...……………………………….30
Obr. 6 Optický dekor
...……………………………….31
Obr. 7 Přední forma pro optický dekor
...………………………………31
Obr. 8 Ovíjení skleněnou nití (špínování)
...……………………………….32
Obr. 9 Obalování skleněnou drtí
...……………………………….33
Obr. 10 Skládání výkresů
...……………………………….52
Obr. 11 Ukázka písma střední šířky
...……………………………….55
Obr.12 Druhy čar
...……………………………….56
Obr. 13 Příklady užití čar
...……………………………….57
Obr. 14 Pravoúhlé promítání
...……………………………….58
Obr. 15 Umístění průměten na ploše
...……………………………….59
Obr. 16 Průměty tělesa (jejich umístění)
...……………………………….59
Obr. 17 Technické zobrazení tělesa (osy se nekreslí) Obr. 18 Příklad zobrazení tělesa v jedné průmětně
....... . ……………60 ...……………………………….60
Obr. 19 Kreslení řezů a průřezů (průřez zcela vpravo)
....... . ……………61
Obr. 20 Příklady značení řezů
...……………………………….62
Obr. 21 Přerušování obrazů
...……………………………….62
Obr. 22 Příklad přetvořené součásti
...……………………………….63
Obr. 23 Základní pojmy kótování
...……………………………….66
Obr. 24 Umístění kót u vodorovných a svislých kótovacích čar
....... . …………...67
Obr. 25 Umístění kót u šikmých kótovacích čar
...……………………………….67
Obr. 26 Umístění kót při kótování úhlů
...……………………………….68
Obr. 27 Kótování pomocí teček
...……………………………….68
Obr. 28 Kótování pomocí neúplné kótovací čáry
...……………………………….69
Obr. 29 Příklady kótování poloměrů
...……………………………….69
Obr. 30 Příklady kótování průměrů
...……………………………….70
Obr. 31 Příklady kótování kulových ploch
...……………………………….70
Obr. 32 Příklady kótování úhlů
...……………………………….71
91
Obr. 33 Příklady kótování oblouků
...……………………………….71
Obr. 34 Příklady kótování čtyřhranů
...……………………………….72
Obr. 35 Příklady kótování šestihranů
...……………………………….72
Obr. 36 Příklady kótování úkosů
...……………………………….73
Obr. 37 Příklady kótování kuželovitosti a jehlanovitosti
....... . ……………73
Obr. 38 Příklady kótování zkosených hran
...……………………………….74
Obr. 39 Jiná možnost kótování zkosených hran
...……………………………….74
Obr. 40 Kótování závitů
...……………………………….75
Obr. 41 Příklady tolerování mimo lícovací soustavu
....... . ……………76
Obr. 42 Příklady tolerování pomocí lícovací soustavy
....... . ……………77
Obr. 43 Značky tolerance tvaru a příklad tolerování
....... . ……………78
Obr. 44 Značky tolerance polohy a příklad tolerování
....... . ……………79
Obr. 45 Forma s jednou dělící rovinou
...……………………………….84
Obr. 46 Forma se dvěmi dělícími rovinami
...……………………………….85
Obr. 47 Forma se třemi dělícími rovinami
...……………………………….85
Obr. 48 Zatlačená kopna – výrobek bez nadměrku Obr. 49 Výrobek s nadměrkem
....... . ……………86 ...……………………………….87
92
6 Rejstřík a b balzámy, barviva,
47 17
bokorysna,
58, 59
brusiva přírodní,
42
syntetická, vázaná,
42
43
volná,
43
c cementování, corhart,
23
39
č čára čárkovaná,
55, 56
čerchovaná, kótovací, plná,
55, 56
66
55, 56
přerušovaná,
55, 56
tenká,
55, 56
tlustá,
55, 56
velmi tlustá, vynášecí, čeřiva,
55, 56 66
19
d diamant přírodní,
42
syntetický, dinas,
43
38
dřevo bukové,
24
hruškové, olšové,
24
24
93
e energie elektrická, exploze,
41
11
f formát výkresu,
51
formy dřevěné,
29, 83
kovové,
29, 83
nedělené,
83
pěnoformové, sádrové,
29, 83
29, 83
g glazura,
7
h hmotnost objemová,
37
hutní zdobení bubli,
30
kraule, 29 obalování skleněnou drtí, optické dekory,
31
ovíjení skleněnou nití, hydroglazury,
32
32
47
ch chlorid cinatý, stříbrný,
48 48
i j k kalení,
23
kaliva,
19
karbid křemíku,
43
94
kmen sklářský, kmenárna,
13
20
kovy drahé,
22
neželezné, železné,
22, 24 22, 23
korund přírodní,
42
syntetický, kóta,
42
66
kótování čtyřhranů,
72
jehlanovitosti,
73
kulových ploch, kuželovitosti, poloměrů,
73
69
průměrů,
69, 70
šestihranů, úhlů,
69, 70
72
69, 71
úkosů,
72, 73
závitů,
74, 75
zkosených hran, křišťál anglický,
74
8
český, 8 křivka temperovací,
39
kyselina fluorovodíková,
45
l lak damarový, lazura červená, leptání,
47 8, 48
45
leštění chemické, litina, listr,
45
23 48
m mastek,
24
materiál lazurovaní,
48
leštící přírodní,
44
95
syntetický, vázaný,
45
žárovzdorný,
36
měřítko, mullit,
45
volný, matování chemické,
44
46
53 39
n nadměrek, nárysna,
86, 87 58, 59
nasákavost,
37
nitridování,
24
o ocel antikorozní,
23
žáropevná,
23
odbarviva,
18
okr nepálený český,
49
pálený francouzský, otrava,
48
11
oxid barnatý,
16
berylnatý, boritý,
17
14
ceričitý,
44
draselný,
15
germaničitý, fosforečný, hlinitý,
14
17
hořečnatý,
16
křemičitý, lithný,
14
15
olovnatý, sodný,
14
16 15
vápenatý,
15
zinečnatý,
16
96
p paladium,
47
paliva kapalná,
40
plynná, tuhá,
40 40
pasta lazurovaní, platina,
47
pemza,
44
pěnoform,
48, 49
24
písek brousící, písmo široké,
42 55
střední,
55
technické, úzké,
54
55
píšťala sklářská,
7
pravidla kótování, průmětna,
58
půdorysna, průřez,
66
58, 59
61
pryskyřice damarová,
47
q r razítko rohové,
53
riziko bezpečnostní, ekologické,
10
12
poleptání,
11
popálení,
11
pořezání,
10
ř řez,
61
s salajka,
8
97
silice,
47
silimanit,
38
síran měďnatý,
49
skládání výkresu, sklo benátské, lesní,
51, 52
8
8
sloučeniny chrómu, 18 kadmia,
18
kobaltu,
18
manganu, niklu,
18
18
selenu,
18
železa,
17
součást přetvořená,
63
stabilizátory,
15
střepy skleněné, stříbro,
20
47
střih formy papírový,
86
plechový,
86
suroviny
pomocné,
17
sklotvorné,
14
š šamot,
38
šlemy pískové,
44
šipka kótovací,
66
t taviva,
15
technologie lisofouk,
33, 34
lisostřik,
35
lisování,
33, 34
sacofouk,
33, 34
tvarování tenkostěnných výrobků, termolistr,
48
terpentýn,
47
tolerování polohy,
78, 79
98
34
rozměrů, tvaru, tripl,
75, 76, 77
78
44
tvarování skloviny automatické,
26, 34
poloautomatické, ruční,
26, 33
26
u urychlovače tavení, 20
v vazba kotoučů keramická,
43
metalická,
44
organická,
43
vsázka sklářská,
13
výkres technický,
51
w x y z zásah elektrickým proudem, zlato lesklé,
11
47
leštěné,
47
žárovzdornost,
36
ž žíhání,
23
99
100
