Производство воронок: способы изготовления¶
Воронка — это широкораструбная воронкообразная или коническая деталь с коротким или длинным цилиндрическим горлом, предназначенная для направления жидкости, сыпучих материалов или порошков в узкое отверстие ёмкости. Термин также обозначает геометрическую поверхность вращения (однополостный гиперболоид), а в математике и информатике — модель последовательного сужения потока (воронка продаж, воронка конверсии). В промышленности и быту воронки изготавливают из металла, стекла, пластика, керамики, резины и других материалов — способ производства зависит от материала, требуемой точности и условий эксплуатации.
¶Металлические воронки
Наиболее распространённый промышленный способ изготовления металлических воронок — штамповка. Листовую заготовку из стали, алюминия, нержавеющей стали или меди режут на развёртки (плоские фигуры, которые при сворачивании образуют конус), затем подвергают:
- глубокой вытяжке — пуансон выдавливает заготовку в матрицу, формируя коническую или полусферическую чашу;
- гибке на вальцах — развёртку прокатывают через вальцы валько-го станка, постепенно придавая ей кривизну;
- штамповке в штампе — готовую развёртку зажимают в пуансон и матрицу, получая точную геометрию.
После формовки кромку подгибают (закатывают) для безопасности, а шов соединяют сваркой (TIG, MIG) или заклёпками. Для химической и пищевой промышленности воронки из нержавеющей стали полируют до зеркальной шероховатости (Ra ≤ 0,8 мкм), чтобы избежать застревания продукта.
Мелкосерийные и штучные воронки изготавливают точением на токарном станке из цельного куска металла — способ точный, но материалоёмкий, применяется для лабораторных и измерительных воронок.
¶Стеклянные воронки
Производство стеклянных воронок (лабораторных, бытовых) связано с выдувным формованием или прессованием расплава:
- Заготовку-«колбу» из расплавленного стекла набирают на трубку.
- Помещают в металлическую форму и нагнетают воздух, прижимая стекло к стенкам.
- Остужают в лёгком (аннеалирующем) туннеле, чтобы снять внутренние напряжения.
Для лабораторных воронок с длинным тонким горлом применяют ручное вытягивание горловины. Бытовые стеклянные воронки часто изготавливают из натрий-кальций-силикатного стекла марки С1-3, устойчивого к термоудару.
¶Пластиковые воронки
Пластиковые воронки производят литьём под давлением:
- Гранулы полимера (полипропилен, полиэтилен, полистирол) подают в бункер экструдера.
- В цилиндре при 180–260 °C пластик расплавляется и подаётся в полость формы под давлением 50–150 МПа.
- После охлаждения воронку извлекают, обрезают облой и полируют.
Для крупных бытовых воронок применяют вакуумное формование — лист полимера нагревают и присасывают к форме, получая тонкостенную деталь. Способ дёшев, но даёт меньшую точность и толщину стенки.
¶Керамические и фарфоровые воронки
Керамические воронки (в том числе канализационные и лабораторные) изготавливают литьём по гипсовым формам:
- Керамическую массу (шликер) заливают в гипсовую форму.
- Гипс впитывает воду, масса уплотняется у стенок.
- Излишек выливают, воронку сушат и обжигают при 900–1200 °C, затем покрывают глазурью и обжигают повторно.
¶Промышленные и инженерные воронки
Крупные воронки — технологические (для подачи сырья в печи, дробилки, сепараторы), бытовые (воронки для отопления, водосточные) — изготавливают сваркой из листовой стали:
- Размечают и режут развёртки плазменной резкой или гильотиной.
- Сгибают на листогибе или вальцах.
- Сваривают шов, приваривают фланцы, патрубки, крепёжные уши.
- Грунтуют и окрашивают или оцинковывают.
Для агрессивных сред применяют воронки из химически стойких материалов: фторопласта, керамики, боросиликатного стекла.
¶Бытовые и народные способы
В быту воронку нередко изготавливают подручными средствами:
- Из пластиковой бутылки — верхнюю часть отрезают ножницами, горлышко служит сливным каналом.
- Из бумаги — сворачивают в конус и заклеивают скотчем.
- Из жестяной банки — разрезают и сворачивают, кромку загибают плоскогубцами.
¶Контроль качества
На промышленном производстве готовые воронки проверяют на:
- геометрию (диаметр раструба, горла, угол конуса) — штангенциркулем и калибрами;
- герметичность швов — опрессовкой воздухом или водой;
- отсутствие заусенцев и острых кромок;
- коррозионную стойкость (для металлических) — солевым туманом.
¶Применение
Воронки используют в лабораторной практике (фильтрование, слипсаживание), пищевой промышленности (подача сыпучих продуктов), химическом производстве (заливка реактивов), сантехнике (приёмники стоков), сельском хозяйстве (посевные аппараты) и быту.
¶Интересные факты
- Форма воронки лежит в основе циклоидальных зубчатых передач — зубья червячных колёс частично вытачиваются по воронкообразной поверхности.
- Воронкообразную форму имеют сопла ракетных двигателей — принцип тот же: сужение потока для ускорения.
- В математике воронка описывается уравнением однополостного гиперболоида — поверхности, которую можно построить прямолинейно (двумя семействами прямых линий), что используется в архитектуре (башня Шухова).
Источники:
- ГОСТ 25265-82. Воронки лабораторные. Технические условия.
- Кузнецов П. А. «Основы технологии машиностроения» — М.: Машиностроение, 2003.
- Фролов В. А. и др. «Технология машиностроения» — М.: Высшая школа, 2001.
- Справочник химика. Том 2. Основные свойства неорганических и органических веществ.
- Бучинский А. Б. «Технология приборостроения» — М.: Машиностроение, 1992.