玻璃圆棒成型装置的制作方法

本实用新型属于玻璃成型技术领域，具体涉及一种玻璃圆棒成型装置。

背景技术：

光学玻璃因其独特的折射率、色散、透过率等光学性质而广泛应用于摄像机、照相机、显微镜、复印机、手机等电子产品上。目前，光学玻璃在使用过程中绝大部分需要通过二次加工的方式制成后序加工所需要的毛坯件；制造毛坯件一般通过二次压型方式或冷加工下料方式完成。

其中，二次压型方式适用于产品直径或单件重量较大的零件，因其能够蓄积的能量较多，在离开加热炉进入模具的这段时间里，玻璃除去向环境中散发的热量，剩余的能量还能够使玻璃保持足够高的温度来满足成型的粘度需求。

然而，对于较小的零件，由于其质量较小，蓄热能力相对较差，软化的玻璃进入模具后温度已经降至接近固化点，在压型的过程中玻璃的延展能力下降，不足以充满模具的空间，甚至出现压裂的现象，易导致良品率下降。因此，在实际生产中产品直径≤8mm的产品一般不采用二次压型的方式生产，而采用冷加工下料做成平圆片的方式生产。冷加工下料一般是将大块玻璃切成小方条，再对小方条进行滚圆，然后对滚圆后的圆棒进行切片成为可以交付下游工序的毛坯产品；这种方式需要对大块玻璃进行多次切割，且小方条在滚圆时的工艺损耗通常就达到30％左右，所以采用冷加工下料方式制造毛坯件对玻璃材料的浪费往往达到50％左右。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种玻璃圆棒成型装置，旨在解决现有的冷加工下料方式在制造毛坯件的过程中对玻璃材料浪费过多的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：玻璃圆棒成型装置，包括安装主架、进料系统、加热软化系统和出料系统；

所述安装主架上分别设置有第一载物台架和第二载物台架，所述进料系统设置在安装主架上，所述加热软化系统和出料系统分别设置在第一载物台架和第二载物台架上；

所述加热软化系统的上部设有一个进料部位，其下部设有一个呈圆形的出料部位，且加热软化系统的出料部位的横截面尺寸小于其进料部位的横截面尺寸；

所述进料系统位于加热软化系统的上侧并且与加热软化系统的进料部位相对应，所述出料系统位于加热软化系统的下侧并且与加热软化系统的出料部位相对应。

进一步的是，所述进料系统包括送料机构，所述送料机构包括螺纹旋杆、升降支架和挂钩，所述螺纹旋杆可转动地设置在安装主架上，所述升降支架的一端与螺纹旋杆螺纹连接并可沿竖直方向上下运动，所述挂钩设置在升降支架的另一端上并位于加热软化系统的进料部位的正上方。

进一步的是，所述加热软化系统包括炉衬以及分别设置在炉衬内部的预热炉和软化炉，所述软化炉位于预热炉的下侧，且预热炉和软化炉与炉衬之间填充有耐火材料；所述加热软化系统的进料部位为预热炉的上端进料口，所述加热软化系统的出料部位为软化炉的下端出料口。

进一步的是，所述预热炉包括预热炉炉体和设置在预热炉炉体的炉壁内的加热元件；所述进料系统还包括扶料部件，所述扶料部件设置在预热炉炉体的内腔中。

进一步的是，所述扶料部件为上下两端具有法兰结构的圆筒形隔离罩。

进一步的是，所述预热炉炉体呈圆筒形，预热炉炉体的炉壁内设置有竖向通孔，所述加热元件设置在竖向通孔内；所述竖向通孔至少为两个，并沿预热炉炉体的周向均匀分布；所述加热元件为电阻丝，所述电阻丝呈螺旋形。

进一步的是，所述软化炉包括上部呈圆筒形、下部圆锥筒形的软化炉炉体，所述软化炉的下端出料口为设于软化炉炉体底部的出料孔。

进一步的是，所述预热炉的炉壁的外表面上和软化炉的炉壁的外表面上分别设置有第一测温元件和第二测温元件。

进一步的是，所述出料系统包括设置在第二载物台架上侧的棒径测量器和拉棒机构，以及设置在第二载物台架下侧的切棒机构；

所述棒径测量器为激光测径仪，其测量端对应在软化炉炉体底部的出料孔的正下方；

所述拉棒机构包括对称设置的第一拉辊和第二拉辊，所述第一拉辊和第二拉辊之间的间隙部位位于出料孔的正下方；

所述切棒机构为磁性弹簧式切刀。

进一步的是，所述第一拉辊和第二拉辊均由橡胶制成。

本实用新型的有益效果是：该玻璃圆棒成型装置主要由安装主架、进料系统、加热软化系统和出料系统构成，通过加热软化系统可对进料系统送入的玻璃材料进行二次加热软化，并由出料系统将二次加热软化后的玻璃材料从加热软化系统下部的圆形出料部位牵引出来，拉制成下游工序可用的毛坯产品，整个过程中理论上不产生材料损失，大大减少了对玻璃材料的浪费，从而达到节约成本、提高玻璃材料利用率的目的。

附图说明

图1是本实用新型的实施结构示意图；

图2是加热软化系统的剖视图；

图3是预热炉炉体的俯视图；

图4是扶料部件的结构示意图；

图5是图1中A处的局部放大图；

图中标记为：安装主架100、第一载物台架110、第二载物台架120、进料系统200、送料机构210、螺纹旋杆211、升降支架212、挂钩213、扶料部件220、加热软化系统300、炉衬310、预热炉320、预热炉炉体321、加热元件322、第一测温元件323、软化炉330、软化炉炉体331、出料孔332、第二测温元件333、耐火材料340、出料系统400、棒径测量器410、拉棒机构420、第一拉辊421、第二拉辊422、切棒机构430、玻璃材料500、玻璃圆棒600。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，玻璃圆棒成型装置，包括安装主架100、进料系统200、加热软化系统300和出料系统400；

所述安装主架100上分别设置有第一载物台架110和第二载物台架120，所述进料系统200设置在安装主架100上，所述加热软化系统300和出料系统400分别设置在第一载物台架110和第二载物台架120上；

所述加热软化系统300的上部设有一个进料部位，其下部设有一个呈圆形的出料部位，且加热软化系统300的出料部位的横截面尺寸小于其进料部位的横截面尺寸；

所述进料系统200位于加热软化系统300的上侧并且与加热软化系统300的进料部位相对应，所述出料系统400位于加热软化系统300的下侧并且与加热软化系统300的出料部位相对应。

其中，安装主架100为该玻璃圆棒成型装置的各部件的安装载体，起安装、连接、支撑和固定等作用；进料系统200用于输送供给玻璃材料500，玻璃材料500通常呈条状；加热软化系统300可对进料系统200送入的玻璃材料500进行二次加热软化，以便于将玻璃材料500加工成为玻璃圆棒600；出料系统400主要用于牵引拉制玻璃圆棒600，出料系统400通常还具有测径和切料的作用。通过该玻璃圆棒成型装置将玻璃材料500拉制成下游工序可用的玻璃圆棒600，整个过程中理论上不产生材料损失，大大减少了对玻璃材料500的浪费。

具体的，再如图1所示，所述进料系统200包括送料机构210，所述送料机构210包括螺纹旋杆211、升降支架212和挂钩213，所述螺纹旋杆211可转动地设置在安装主架100上，所述升降支架212的一端与螺纹旋杆211螺纹连接并可沿竖直方向上下运动，所述挂钩213设置在升降支架212的另一端上并位于加热软化系统300的进料部位的正上方。螺纹旋杆211通常竖直设置在安装主架100的上部，螺纹旋杆211至少有一个端部与安装主架100可转动地连接，此处可转动地连接方式可以为多种，例如：通过轴承连接、间隙配合连接等等；为了方便驱动，螺纹旋杆211通常还与一个驱动电机相连；为了保证升降支架212能够在螺纹旋杆211的旋转作用下沿竖直方向上下运动，安装主架100通常设置有可防止升降支架212转动的限位结构，例如：设于安装主架100上的竖向条形孔或设置在安装主架100上的竖向导杆等等；挂钩213用于悬挂玻璃材料500，并可随升降支架212上下运动，以便向加热软化系统300中送料。该结构的送料机构210通过控制螺纹旋杆211的旋转速度来调节升降支架212的下降速度，即玻璃材料500的进料速度。

作为本实用新型的一种优选方案，结合图1和图2所示，所述加热软化系统300包括炉衬310以及分别设置在炉衬310内部的预热炉320和软化炉330，所述软化炉330位于预热炉320的下侧，且预热炉320和软化炉330与炉衬310之间填充有耐火材料340；所述加热软化系统300的进料部位为预热炉320的上端进料口，所述加热软化系统300的出料部位为软化炉330的下端出料口。炉衬310通常由不锈钢材料制成；预热炉320用于将玻璃材料500预热，以便进行加热软化；软化炉330用于将预热后的玻璃材料500加热软化，以便进行拉制加工；耐火材料340填充在预热炉320和软化炉330与炉衬310之间的间隙中主要起隔热保温作用，通常选用碳化硅纤维棉作为填充的耐火材料340。

具体的，如图2和图4所示，所述预热炉320包括预热炉炉体321和设置在预热炉炉体321的炉壁内的加热元件322；所述进料系统200还包括扶料部件220，所述扶料部件220设置在预热炉炉体321的内腔中。扶料部件220主要用于扶正玻璃材料500，以方便对玻璃材料500进行加热；扶料部件220为上下两端具有法兰结构的圆筒形隔离罩，扶料部件220通常由石英玻璃制成，其内径略大于玻璃材料500横截面尺寸的最大宽度，例如：玻璃材料500为矩形条料，则其横截面尺寸的最大宽度即为其横截面的对角线长度。由于预热炉炉体321的内壁上通常设置有碳化硅炉芯，通过设置扶料部件220还可以避免碳化硅炉芯在高温下脱落掉入软化炉330中。

具体的，结合图2和图3所示，所述预热炉炉体321呈圆筒形，预热炉炉体321的炉壁内设置有竖向通孔，所述加热元件322设置在竖向通孔内；所述竖向通孔至少为两个，并沿预热炉炉体321的周向均匀分布；所述加热元件322为电阻丝，所述电阻丝呈螺旋形。通常，电阻丝还可以呈多个首位相接的“S”形布置在竖向通孔内。

具体的，再如图2所示，所述软化炉330包括上部呈圆筒形、下部圆锥筒形的软化炉炉体331，所述软化炉330的下端出料口为设于软化炉炉体331底部的出料孔332。软化炉炉体331通常由铂金材料制成，可采用直接加热方式对软化炉330进行加热。出料孔332为圆孔，其孔径应不小于成型玻璃圆棒600的最大直径。为了便于对成型玻璃圆棒600的直径进行控制，通常使软化炉炉体331的底部与软化炉炉体331的炉壁可拆卸地相连。

为了提高对预热炉320和软化炉330的温控效果，所述预热炉320和软化炉330各自采用独立的温控系统进行控制。如图2所示，所述预热炉320的炉壁的外表面上和软化炉330的炉壁的外表面上分别设置有第一测温元件323和第二测温元件333，第一测温元件323和第二测温元件333分别与预热炉320和软化炉330各自的温控系统电连接。优选的，第一测温元件323和第二测温元件332均为S型热电偶。

作为本实用新型的再一种优选方案，结合图1和图5所示，所述出料系统400包括设置在第二载物台架120上侧的棒径测量器410和拉棒机构420，以及设置在第二载物台架120下侧的切棒机构430。通常第二载物台架120可沿竖直方向上下调节位置，即拉棒机构420和切棒机构430在竖直方向上的位置是联动可调节的。

具体的，所述棒径测量器410为激光测径仪，其位于拉棒机构420的上侧，棒径测量器410的测量端对应在软化炉炉体331底部的出料孔332的正下方，其可实时测量拉制成型的玻璃圆棒600的直径。

具体的，所述拉棒机构420为对辊式旋转机构，其包括对称设置的第一拉辊421和第二拉辊422，所述第一拉辊421和第二拉辊422之间的间隙部位位于出料孔332的正下方。通过调节第一拉辊421和第二拉辊422的旋转速度即可调节拉棒机构420拉棒的速度。为了避免划伤成型后的玻璃圆棒600表面，通常采用橡胶材料制作第一拉辊421和第二拉辊422。通常，拉棒机构420与出料孔332之间的距离为2000～2500mm,与地面之间的距离为1000～1500mm。

具体的，所述切棒机构430为磁性弹簧式切刀。切棒机构430位于拉棒机构420的正下方，其在竖直方向上与拉棒机构420联动调节；该磁性弹簧式切刀的磁铁通电时将切刀吸附在磁铁上，玻璃圆棒600可持续向下延伸，当达到设定长度时，磁铁断电，切刀在弹簧作用下快速切断玻璃圆棒600，并在磁铁通电时吸附回原位。

采用本实用新型的玻璃圆棒成型装置拉制玻璃圆棒600的方法，包括以下步骤：

1)通过设定控温程序，将预热炉320和软化炉330的加热温度升温至设定温度；

2)将玻璃材料500悬挂在送料机构210的挂钩213上，控制升降支架212的下降速度，使玻璃材料500匀速进入扶料部件220内；

3)预热炉320将玻璃材料500预热至退火温度Tg+30℃以下，软化炉330继续将玻璃材料500加热至软化温度Ts以上，使玻璃材料500完全软化；

4)通过引料的方式将玻璃液从软化炉330底部的出料孔332牵出，导入拉棒机构420进行玻璃圆棒600的匀速拉制；

5)拉棒机构420下方的玻璃圆棒600达到设定长度后，由切棒机构430进行切断。

通常，选用长度为200～500mm、截面边长为20～60mm的方形玻璃条料作为玻璃材料500。

上述步骤2)中，升降支架212的下降速度应与玻璃材料500的截面积、玻璃圆棒600的截面积以及拉棒机构420的牵引速度相匹配，并且符合下述公式关系：

其中，u₁为升降支架212的下降速度,u₂为拉棒机构420的牵引速度，D₁为玻璃材料500的等效水力直径，D₂为拉制的玻璃圆棒600的直径。

上述步骤3)中，将软化炉330的出料孔332处的玻璃液的动力粘度控制在10^4.5～10^5.5poise。

上述步骤4)中，通常拉制玻璃圆棒600的直径为1～10mm，拉制过程中由棒径测量器410进行实时测量。

上述步骤5)中，一般玻璃圆棒600的拉制长度控制在100～1200mm。