CN117003472A - 一种一次模压成型方法及其成型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为一种一次模压成型方法及其成型装置，属于光学玻璃模压成型技术领域。它主要是解决现有小粘度易析晶玻璃存在难以一次模压成型的问题。它的主要特征是：(1)将从熔炉出来的高温玻璃液先冷却，使高温玻璃液快速远离析晶温度区域；(2)将玻璃液加热使玻璃液内外粘度趋于一致后流入供料仓内；(3)通过供料仓增压来加速玻璃液汇聚成团并形成滴料坠入模具内；(4)通过抽真空减小供料仓内压力来让玻璃液回缩，实现玻璃滴料的形成与剪切分离；(5)使分离出来的玻璃滴料在模具内冷却至压制成型所需粘度后压制成型。本发明使小粘度牌号玻璃液易形成可剪切分离的滴料，用于一次模压型件的批量生产。
Description
技术领域
本发明属于光学玻璃模压成型技术领域。具体涉及一种小粘度光学玻璃一次模压成型方法及其成型装置。
背景技术
光学元件是实现光学功能的桥梁。近年来，随着军用、民用望远***、医用显微***、投影仪、扫描仪、数码相机、激光电视、手机摄像头、车载、安防等各种光学***市场需求的迅猛增长，导致作为上述各种光学***的主要部件的光学玻璃元件的需求量激增。高端的光学元件一般使用光学玻璃型件加工而成，制作光学玻璃型件通常采用模压成型，而模压成型通常分为一次模压成型和二次模压成型。一次模压成型是将高温态的光学玻璃液降温，使其粘度增大到100泊左右时，剪切到一定重量置于模具内，再冷却使其粘度进一步增大到1200泊左右后直接压制成型。二次模压成型是将冷却后的凝固到常温态光学玻璃条料毛坯，经过切割、整形、分称、备料、附粉后再经过高温加热软化后模压成型为光学元件。二次压型过程和步骤中往往需要专门的一个人来进行操作，工作强度大，整个生产过程为劳动密集型生产线。而一次模压成型对比省去了以上过程，完全可以自动化完成。还具有成型效率高、节省能耗，压制的元件重量一致性好等特点。
一次模压成型相比二次模压成型优点是能耗小、自动化程度高，缺点是适应性范围窄，目前一次模压成型对玻璃的特性有特殊要求：粘度大、料性长、不易析晶等，因此只有极少部分光学牌号的玻璃能够符合一次模压成型要求。以前大粘度玻璃采用一次滴料模压成型装置如图1所示，漏料管1位于模具15和模芯22的上方，玻璃液从漏料管1流出后通过剪刀21剪断后进入模具15内进行模压。而二次模压成型对玻璃性能就宽泛了许多，几乎可以适应所有的光学玻璃牌号。而且小粘度牌号玻璃大多为易析晶玻璃，从料管流出的高温玻璃液粘度小一般不到10泊，与水的状态接近，使用剪刀无法截断开，即使能够断开由于粘度太小直接落入模具，成型时容易出现翻滚条纹，因此从漏料管流出高温玻璃液因粘度太小是难以一次模压成型的。
因存在以上问题造成小粘度牌号玻璃型件很难运用一次模压成型方式来生产。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足，而针对小粘度光学玻璃设计的一种一次模压成型方法及其成型装置。
本发明成型方法的技术解决方案是：一种一次模压成型方法，用于小粘度光学玻璃型件的一次模压成型，其特征在于包括以下步骤：
(1) 将从熔炉出来的高温玻璃液先流经冷却装置，使高温玻璃液急冷至远离析晶温度区域；
(2) 将从冷却装置流出的玻璃液加热使玻璃液内外粘度趋于一致后，流入供料仓内；
(3) 通过供料仓增压来加速玻璃液在供料管嘴汇聚成团，并形成滴料坠入模具内；
(4) 通过抽真空减小供料仓内压力来让供料管嘴玻璃液回缩，来实现玻璃滴料的形成与剪切分离；
(5) 使分离出来的玻璃滴料在模具内冷却至压制成型所需粘度后压制成型。
本发明成型方法的技术解决方案中包括以下步骤：
(1) 将从熔炉出来的高温玻璃液先流经冷却装置，使高温玻璃液急冷至析晶温度以下Lt:-200～-700℃；
(2) 将从冷却装置流出的玻璃液流入供料仓，加热使玻璃液升温至软化温度Ts：+150～200℃；
(3) 通过供料仓增压来加速玻璃液在供料管嘴汇聚成团形成滴料；
(4) 通过抽真空减小供料仓内压力来让供料管嘴玻璃液回缩，加速玻璃滴料的分离，便于剪切；
(5) 使分离出来的玻璃滴料在模具内冷却至粘度在900～1200泊压制成型。
本发明成型装置的技术解决方案是：一种模压成型装置，包括漏料管、剪刀、成型模具和模芯，所述漏料管为熔炉玻璃液的流出口，其特征在于：还包括急冷槽、粘度调节腔体、供料仓和压力转换装置；其中，所述急冷槽位于漏料管下方；所述供料仓为由供料仓流入通道、压力调节通道和供料管构成的三通通道；所述粘度调节腔体连接于急冷槽3的玻璃液出口端与供料仓流入通道之间；所述压力调节通道与压力转换装置连接；所述供料管位于剪刀、成型模具和模芯上方。
本发明成型装置的技术解决方案中所述的供料仓流入通道、压力调节通道和供料管呈“Y”状分布；所述供料管竖直设置。
本发明成型装置的技术解决方案中所述的急冷槽、粘度调节腔体和供料仓流入通道形成内腔平滑的连接体；所述供料仓流入通道的玻璃液通道横截面大于粘度调节腔体的玻璃液通道横截面，所述粘度调节腔体的玻璃液通道横截面大于急冷槽的玻璃液通道横截面。
本发明成型装置的技术解决方案中所述的急冷槽为一端带堵头的凹槽型槽体；所述堵头的内壁呈弧形；所述堵头内设置有第五热电偶和急冷槽冷却介质通道。
本发明成型装置的技术解决方案中所述的粘度调节腔体的两端分别设置有第一电极片、第二电极片；所述粘度调节腔体上设置有第一热电偶。
本发明成型装置的技术解决方案中所述的供料仓流入通道、压力调节通道和供料管的联接处设置有第三电极片、第二热电偶；所述压力调节通道设置有第四电极片、第三热电偶；所述供料管设置有第五电极片、第四热电偶。
本发明成型装置的技术解决方案中所述的急冷槽、粘度调节腔体和供料仓的材质为铂金、铱金或铂黄合金；所述剪刀的刀片材质为合金钢或者陶瓷。
本发明的成型装置技术解决方案中所述的压力转换装置为三通阀门及与三通阀门连接的加压装置和抽真空装置。
本发明技术解决方案的原理：从熔炉放料管流出的高温玻璃液经漏料管进入急冷槽，玻璃液温度迅速降低粘度增大，玻璃液迅速越过并远离析晶区域可防止小粘度玻璃液的析晶，但玻璃液冷却只是***玻璃液温度降低，玻璃液中心部仍然较高，经过粘度调节腔体的处理后，内外粘度趋于一致的玻璃液进入供料仓内，供料仓通过供料端口提供合适粘度玻璃液；此时不仅可以通过粘度调节控制玻璃液的流量，还可以通过调节供料腔体内的压力来控制玻璃液的流量。此时玻璃液的粘度100泊以上，可以使用剪刀来剪切。如果粘度合适料量不足情况下还可以通过增加供料腔体内的压力来加速玻璃滴料的形成，剪切后通过减小供料腔体内的压力使玻璃液回缩，料滴与玻璃液迅速脱离，来实现料滴的剪切与压型，避免剪切时玻璃液粘度过小而无法分离，粘度大而剪不断情况。
本发明有益作用：
1、高温玻璃液从漏料管流出来时不直接剪切模压成型，而是先冷却使玻璃快速越过析晶温度区域，再通过加热使玻璃液升温调节粘度至玻璃析晶温度以下的软化温度区域，此时粘度100泊左右适合玻璃料滴的剪切分离后压型；
2、通过增大粘度后加压的方法，来避免小粘度牌号玻璃液因温度高粘度小，无法剪切分离或是分离后无法压型问题；
3、解决了玻璃液的流量仅通过温度和粘度控制过程缓慢问题，还可以固定粘度通过压力控制快速调节玻璃液的流量；
4、通过供料仓内增压可以使玻璃液在供料管嘴迅速汇聚成团并下坠形成料滴，再通过给供料仓抽真空使玻璃液流量迅速减小并回缩，使玻璃料滴迅速脱离形成滴料，配合模具的升降，使料滴与玻璃液变细甚至直接分离，有利于玻璃液滴料形成剪切的与分离，使小粘度牌号使用普通方法易于剪切或是不需要剪切就能分离和压型；
5、因供料仓内压力控制可使料滴迅速变大，相较其它方法更容易实现生产一次滴料，也使小粘度玻璃大口径规格的一次模压生产变为可能；
6、与其它方法相比较，可以较为方便的实现一次滴料或模压的自动化生产。
本发明主要用于小粘度光学玻璃一次模压型件的批量生产。
附图说明
图1是以前大粘度玻璃采用一次滴料模压成型装置的结构示意图。
图2是本发明成型装置的结构示意图。
附图标记说明：1-漏料管；2-玻璃液；3-急冷槽；4-供料仓流入通道；5-急冷槽冷却介质通道；6-粘度调节腔体；7-第一电极片；8-第二电极片；9-供料仓；10-压力调节通道；11-第三电极片；12-第四电极片；13-供料管；14-第五电极片；15-模具；16-第五热电偶；17-第一热电偶；18-第二热电偶；19-第三热电偶；20-第四热电偶；21-剪刀；22-模芯。
实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图2所示。本发明一种光学玻璃成型装置的一个实施例，由漏料管1、急冷槽2、粘度调节腔体6、供料仓9、剪刀21、成型模具15和压力转换装置构成。其中，漏料管1为熔炉玻璃液的流出口，急冷槽位于漏料管1下方。粘度调节腔体6与急冷槽3的玻璃液2出口端连接。供料仓9为由供料仓流入通道4、压力调节通道10和供料管13构成的三通通道，三通通道呈“Y”状分布，其中供料仓流入通道4位于一侧与粘度调节腔体6连接，压力调节通道10位于另一侧与压力转换装置（图中未示出）连接，压力转换装置为三通阀门及与三通阀门连接的加压装置和抽真空装置，根据需要可以在加压和抽真空之间通过阀门转换，供料管13位于下端为竖直的玻璃液输出管。三个通道都设有加热电极片和测温热电偶，使用温控仪表控温。急冷槽3、粘度调节腔体6、供料仓9首尾相连，形成内腔平滑的连接体，冷却槽3、粘度调节腔体6、供料仓9内的玻璃液通道横截面呈阶梯方式逐步增大，即玻璃液通道横截面分布为：急冷槽3＜粘度调节腔体6＜供料仓9，其内玻璃液的温度逐步升高，粘度逐步减小。模具15位于供料管13输出端口下方，剪刀21位于供料管13管嘴与模芯22之间。
急冷槽3为一端带堵头的凹槽型槽体，堵头的内壁呈弧形，堵头内设置有第五热电偶16和急冷槽冷却介质通道5。冷却介质通道5的冷却介质根据需要可以是水、氮气、压缩空气或是其它媒介，第五热电偶16监测其温度。粘度调节腔体6两端设有第一电极片7和第二电极片8，中部设有第一热电偶17。供料仓流入通道4、压力调节通道10和供料管13的三通点处设置有第三电极片11和第二热电偶18，压力调节通道10设置有第四电极片12、第三热电偶19，供料管13设置有第五电极片14、第四热电偶20。压力调节通道10与压力转换装置连接，可以使用通惰性气体来增加压力或是抽真空来减小压力。模具15设有可以上下移动的模芯22。急冷槽3、粘度调节腔体6和供料仓9的材质为铂金、铱金或铂黄合金，剪刀21的刀片材质为合金钢或者陶瓷，能够抗拒急冷急热特性。漏料管1材质为铂金、铱金或是铂黄合金，通过电极片使用电加热，其上设有热电偶使用温控仪控制温度。粘度调节腔体6和供料仓9可通过温控器来控制其内玻璃液温度和粘度。
本发明一次模压成型的方法的一个实施例，包括以下步骤：
(1) 将从熔炉出来的高温玻璃液先流经急冷槽3，使高温玻璃液急冷至析晶温度以下Lt:-200～-700℃；
(2) 将从急冷槽3流出的玻璃液在粘度调节腔体6内加热使玻璃液内外粘度趋于一致后，流入供料仓9内，加热使玻璃液升温至软化温度Ts：+150～200℃；
(3) 通过加压装置使供料仓9增压来加速玻璃液在供料管嘴汇聚成团，并形成滴料坠入模具15内；
(4) 通过抽真空装置抽真空减小供料仓9内压力来让供料管嘴玻璃液回缩，加速玻璃滴料的分离，便于剪切；
(5) 使分离出来的玻璃滴料在模具内冷却至粘度在900～1200泊压制成型。
本发明的技术解决方案所述操作方法，将模具移动到供料管出口下方，升高模芯，使其接近供料管嘴减小滴料与模芯间的落差，防止滴料坠入模芯发生飞溅或翻滚等附加动作；同时通过压力调节通道给供料仓增压，挤压供料仓内的玻璃液，在供料管出料口迅速汇聚成团并下坠形成料滴，当接到一定量玻璃液滴料开始坠落时，压力调节端口抽真空，供料仓内玻璃液压力减小，玻璃液被缩回，同时模芯迅速下降归位，这样玻璃液料滴与供料管嘴脱离，被拉成细脖子而没有完全脱离开，在模芯下降前剪切细脖子处玻璃液，使模具内的玻璃料滴完全脱离开形成滴料。等玻璃滴料在模具内冷却到一定温度适合压型的粘度后，冲压模具玻璃滴料制成需要的形状。然后取出玻璃滴料送至退火消除应力，即完成一次模压成型。
本发明的技术解决方案所述模具可以是多个，并固定在一个大盘圆周上呈阵列排布，模具在大盘的旋转带动下行进，设定当模具移动到供料仓玻璃液出口下方时大盘停顿并升高模芯，同时通过压力调节通道给供料仓内加压，挤压供料仓内玻璃液，在供料管管嘴迅速汇聚成团并下坠形成料滴，当接到一定量玻璃液滴料后，压力调节端口开始抽气，供料仓内玻璃液压力减小，玻璃液缩回，同时模芯迅速下降归位，这样玻璃液料滴与管嘴处的玻璃液被拉成细脖子而没有完全脱离开，在模芯下降归位前剪切细脖子处玻璃液，使模具内的玻璃料滴完全脱离开形成滴料。旋转大盘使下模移动并加以适当冷却，到达某一个模位时，玻璃滴料冷却到适合压型粘度后，冲压模具玻璃滴料制成需要的形状。然后取出退火消除应力，即完成一个流程模压成型。周而复始可以实现全自动模压成型。
下面以生产H-ZLaF*牌号玻璃型件的生产为例来介绍具体实施过程，H-ZLaF*牌号玻璃析晶温度Lt:1250℃，软化点温度Ts:710℃，为了防止生产过程中出现析晶问题，该牌号出料管前各部分温度不能低于1250℃，玻璃液出料管1250℃粘度只有2泊左右，此粘度下玻璃液难以分离开，遇到剪刀21还会发生飞溅，即便是能够引入模具也会因不能很快定型而出现对流条纹，如按照所述方案可以实现一次模压成型。
生产时，首先按如图2方式制作并连接各部分零件，并把本装置各部分电极片接入电路，通过温控器控制各部分预热至设定温度，粘度调节腔体6第一热电偶17温度Ts:+100～150℃，供料仓9各部分第三热电偶19、第二热电偶18、第四热电偶20的温度设定Ts:+150～200℃。冷却槽3的冷却介质本次使用冷却水，急冷槽冷却介质通道5先不通入水，使用火焰加热冷却槽3，使其第五热电偶16监测温度达到Ts:- 150～-200℃。进一步通过漏料管1从熔炉引入1250℃以上熔融的玻璃液2到急冷槽3，玻璃液2经过粘度调节腔体6流入供料仓9，经过供料仓9的三通一部分玻璃流向供料仓9的下端供料管13，另外一部分流向压力调节通道10内。此时冷却没有冷却，高温玻璃液流经各部分预热整个装置，使玻璃液能够从急冷槽3经过各个通道后从供料仓9玻璃液输出管13的供料仓流入通道4端口顺畅流出。
进进一步的，冷却槽3通入水冷却，为了防止玻璃液2在冷却槽3内凝固而不流动，急冷槽冷却介质通道5内通入冷却水流量采取逐步增加的方法，达到合适的粘度后按此温度控制冷却水的流量。
进一步的，玻璃液2从冷却槽3经粘度调节腔体6流入供料仓9。因冷却槽3、粘度调节腔体6和供料仓9内玻璃液的温度由低到高，其内粘度由大到小且内截面积由小到大，减小了供料仓9内压力变化对冷却槽3玻璃液位的影响。
进一步的，将完成预热模具15置于供料管13下方，使模芯22上升至供料管13管嘴正下方尽可能接近管嘴。
进一步的，通过压力调节通道10供入惰性气体，增加供料仓9内的压力，使供料管13内的玻璃液流量迅速增加，并在供料管13的管嘴聚集形成团而坠入模芯22内，然后模芯下降归位；在玻璃液开始下坠时，对压力调节通道10内抽真空，玻璃液回缩与供料管13管嘴的玻璃形成细脖子，调整剪刀21至此处并剪切，使玻璃液分离，如此循环调整直到整个流畅运行。
进一步的，把载有玻璃滴料模具15转移后冲压，把玻璃滴料挤压成所需的型件。
进一步循环重复以上动作，可以不断的压制出型件，如把模具15置于自动压机的旋转的大盘上，则可以自动循环生产H-ZLaF*牌号玻璃型件。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种一次模压成型方法，用于小粘度光学玻璃型件的一次模压成型，其特征在于包括以下步骤：
(1) 将从熔炉出来的高温玻璃液先流经冷却装置，使高温玻璃液急冷至远离析晶温度区域；
(2) 将从冷却装置流出的玻璃液加热使玻璃液内外粘度趋于一致后，流入供料仓内；
(3) 通过供料仓增压来加速玻璃液在供料管嘴汇聚成团，并形成滴料坠入模具内；
(4) 通过抽真空减小供料仓内压力来让供料管嘴玻璃液回缩，来实现玻璃滴料的形成与剪切分离；
(5) 使分离出来的玻璃滴料在模具内冷却至压制成型所需粘度后压制成型。
2.根据权利要求1所述的一种一次模压成型方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 将从熔炉出来的高温玻璃液先流经冷却装置，使高温玻璃液急冷至析晶温度以下Lt:-200～-700℃；
(2) 将从冷却装置流出的玻璃液流入供料仓，加热使玻璃液升温至软化温度Ts： +150～200℃；
(3) 通过供料仓增压来加速玻璃液在供料管嘴汇聚成团形成滴料；
(4) 通过抽真空减小供料仓内压力来让供料管嘴玻璃液回缩，加速玻璃滴料的分离，便于剪切；
(5) 使分离出来的玻璃滴料在模具内冷却至粘度在900～1200泊压制成型。
3.一种专用于权利要求1或2所述的一种一次模压成型方法的模压成型装置，包括漏料管（1）、剪刀（21）、成型模具（15）和模芯（22），所述漏料管（1）为熔炉玻璃液的流出口，其特征在于：还包括急冷槽（3）、粘度调节腔体（6）、供料仓（9）和压力转换装置；其中，所述急冷槽（3）位于漏料管（1）下方；所述供料仓（9）为由供料仓流入通道（4）、压力调节通道（10）和供料管（13）构成的三通通道；所述粘度调节腔体（6）连接于急冷槽3的玻璃液出口端与供料仓流入通道（4）之间；所述压力调节通道（10）与压力转换装置连接；所述供料管（13）位于剪刀（21）、成型模具（15）和模芯（22）上方。
4.根据权利要求3所述的一种模压成型装置，其特征在于：所述的供料仓流入通道（4）、压力调节通道（10）和供料管（13）呈“Y”状分布；所述供料管（13）竖直设置。
5.根据权利要求3或4所述的一种模压成型装置，其特征在于：所述的急冷槽（3）、粘度调节腔体（6）和供料仓流入通道（4）形成内腔平滑的连接体；所述供料仓流入通道（4）的玻璃液通道横截面大于粘度调节腔体（6）的玻璃液通道横截面，所述粘度调节腔体（6）的玻璃液通道横截面大于急冷槽（3）的玻璃液通道横截面。
6.根据权利要求5所述的一种模压成型装置，其特征在于：所述的急冷槽（3）为一端带堵头的凹槽型槽体；所述堵头的内壁呈弧形；所述堵头内设置有第五热电偶（16）和急冷槽冷却介质通道（5）。
7.根据权利要求6所述的一种模压成型装置，其特征在于：所述的粘度调节腔体（6）的两端分别设置有第一电极片（7）、第二电极片（8）；所述粘度调节腔体（6）上设置有第一热电偶（17）。
8.根据权利要求7所述的一种模压成型装置，其特征在于：所述的供料仓流入通道（4）、压力调节通道（10）和供料管（13）的联接处设置有第三电极片（11）、第二热电偶（18）；所述压力调节通道（10）设置有第四电极片（12）、第三热电偶（19）；所述供料管（13）设置有第五电极片（14）、第四热电偶（20）。
9.根据权利要求3-4、6-8中任一项所述的一种模压成型装置，其特征在于：所述的急冷槽（3）、粘度调节腔体（6）和供料仓（9）的材质为铂金、铱金或铂黄合金；所述剪刀（21）的刀片材质为合金钢或者陶瓷。
10.根据权利要求3-4、6-8中任一项所述的一种模压成型装置，其特征在于：所述的压力转换装置为三通阀门及与三通阀门连接的加压装置和抽真空装置。
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| CN202310098069.1A CN117003472A (zh) | 2023-02-10 | 2023-02-10 | 一种一次模压成型方法及其成型装置 |
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| CN202310098069.1A CN117003472A (zh) | 2023-02-10 | 2023-02-10 | 一种一次模压成型方法及其成型装置 |
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