CN101555091B - 光学成像玻璃的热加工成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学成像玻璃的热加工成型方法，包括软化工艺、初退火工艺和精退火工艺。所述软化工艺是在软化炉加热区间顶部设置8个热电偶温控点，底部设置3个热电偶温控点；所述初退火工艺是在徐冷炉的保温区内自然冷却；在所述精退火工艺，利用风轮转动对炉内空气进行搅拌。本发明的积极效果是：经过本发明的三个工艺后，有利于保证光学成像玻璃坯件的几何尺寸、nd、vd(色散系数)、应力，其技术指标确保应力1-2类，折射率值允差Δnd在±30×10-5范围内，减少有害成分，良品率高，光电产品良品率达90％以上，减少能源消耗，减少废弃物排放。实现清洁生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学成像玻璃的热加工成型方法。
背景技术
光学成像玻璃压型难度大，对几何尺寸、nd、vd（色散系数）、应力要求高，其难点和关键技术在于解决软化过程中易析晶；膨胀与成型收缩不一致、易变形，影响产品几何尺寸；经过热历史后，光学成像玻璃应力差易炸裂、减小光学常数值nd、vd波动范围等。传统的光学成像玻璃热加工成型方法包括软化、初退火和精退火三个工序，其中：
软化：采用跳跃式加热方式，只有三个温控点，且仅从顶部进行加热，底部无温控点，这样的工序使炉内温场不均、温差大，很难解决可塑态到熔融态温区短的产品析晶问题；而且，加热是用数显表人工来进行控制的，这样一来每件光学成像玻璃软化时间和软化程度也不一致，因此，传统的软化炉结构难以满足高端玻璃坯件的压型要求。
初退火：采用草木灰或珍珠砂覆盖在容器内的光学成像玻璃坯件表面，进行保温，使之自然冷却达到应力初退火，全部是人工操作，费时费工，且对环境有所污染。
精退火：将玻璃料块装入无孔式装料盒后，放入常规竖井式地堡炉，地堡炉炉体内胆内四周自下而上由电阻丝盘绕，通电加热，升温。炉内上部和底部有温差，炉的边部和中部有温差，温场不均，热对流方式为自然对流，温差大（±20℃）；工艺降温阶段降温速度慢，退火周期长，控制系统采用数显表人工监控，光学成像玻璃折射率值允差△nd在±50×10-5范围。
因此，传统的热加工成型方法难以满足环境友好型、镧系列等高端成像玻璃元件的压型要求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种能满足环境友好型、镧系列等高端成像玻璃元件压型要求的光学成像玻璃热加工成型方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种光学成像玻璃的热加工成型方法，包括软化工艺、初退火工艺和精退火工艺，所述软化工艺是在软化炉加热区间顶部设置8个热电偶温控点，底部设置3个热电偶温控点，采用PLC程序控制器对热电偶温控点进行控制，根据不同规格型号玻璃料块加热曲线所对应的温度，顶部按“低温-中温-高温-高温-中温-低温-中温-高温”的工艺曲线加热，底部按“低温-中温-高温”的工艺曲线加热，所述低温、中温和高温分别是指玻璃料块的转变温度Tg、驰垂温度Ts和软化点T10 7.6；所述初退火工艺是在徐冷炉的保温区内自然冷却，所述徐冷炉由炉架和炉体组成，炉体最外层是保温层，保温层中间的空间是保温区，进料口开在炉体右侧面的中部，传动装置从进料口横穿炉体从出料口延伸出去，延伸部分为待检网带区，传动装置与固定在炉架上的变频电机相连接；所述精退火工艺在退火炉中完成，利用风轮转动对炉内空气进行搅拌，所述退火炉采用门式结构，正面是炉门，在炉体背面主轴下方安装电机，炉体侧壁具有保温层，加热器设置在保温层内侧，保温层内是内胆，内胆与保温层之间留有气流通道，与加热器相对的炉体内壁上设置风轮，排气道设置在炉体顶部。
顶部8个热电偶温控点等间距地排列设置，底部3个热电偶温控点等间距地设置在距出料口1/3处的区域内。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：由于采用多点程序控制波浪型加热工艺，使炉内温场更均匀，使用PLC自动控制系统，从而保证了每件光学成像玻璃软化时间和软化程度的一致，解决了光学成像玻璃软化程度的不一致易变形的问题，解决了可塑态到熔融态温区短的产品析晶问题，大大提高了产品光性指标的一致性；由于采用徐冷成型工艺，减小了经过热历史后的光学成像玻璃坯件所要经受的高温差，能保证压型后即时消除经过热历史的光学玻璃坯件应力，进一步减少了玻璃的炸裂，提高了材料利用率和良品率；由于采用静搅拌闭环回路自动精密退火工艺，保证了炉内温度均匀，PLC控制无人监控制系统，可保证控制参数的精确；风轮转动，充分搅拌炉内空气，使升温阶段和保温阶段炉内温场快速均匀；在降温阶段启动冷却风机向炉内鼓入冷风，冷风在炉内经搅拌，充分混合后由排气道排出，加快了降温速度，从而使内胆中的玻璃坯件快速降温，缩短了退火周期时间4天。经过本发明的三个工艺后，有利于保证环境友好型玻璃、镧系成像玻璃坯件的几何尺寸、nd、vd（色散系数）、应力，其技术指标确保应力1-2类，折射率值允差△nd在±30×10-5范围内，减少有害成分，良品率高，光电产品良品率达90%以上，减少能源消耗，减少废弃物排放，实现清洁生产。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明。
图1是软化炉的结构示意图；
图2是徐冷炉的剖视图；
图3是徐冷炉的右视图；
图4是退火炉的剖视图；
图5是退火炉的左视图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
一种光学成像玻璃的热加工成型方法，包括软化工艺、初退火工艺和精退火工艺，其中：
软化工艺：在软化炉中完成。如图1所示，软化炉的构造为：加热区2、位于加热区外部的保温层3、设置在炉门进料口处的循环气动元件推动装置1，在加热区中设置有11个热电偶温控点4；其中8个热电偶温控点设置在加热区间顶部，3个热电偶温控点设置在加热区底部。为了达到更好的加热软化效果，设置在加热区间顶部的8个热电偶温控点，最好等间距地排列设置，设置在加热区间底部的3个热电偶温控点最好等间距地设置在距出料口1/3处的区域内。
加热区间顶部的8个热电偶温控点和设置在加热区底部的3个热电偶温控点对光学成像玻璃料块的加热方法如下：
根据不同规格牌号玻璃料块加热曲线所对应的温度，对11个热电偶温控点进行控制。顶部按“低温-中温-高温-高温-中温-低温-中温-高温”的曲线加热，底部按“低温-中温-高温”的曲线加热。低温、中温、高温根据不同规格牌号的玻璃料块的转变温度Tg、驰垂温度Ts和软化点T10 7.6来确定。例如：牌号H-LaK7成像玻璃的转变温度Tg为645℃，驰垂温度Ts为672℃、软化点T10 7.6为724℃，那么软化温度中的低温可确定为645℃内；软化温度中的中温可确定为672℃内，那么软化温度中的高温可确定为724℃内。
为了保证每件光学成像玻璃软化时间和软化程度的一致，可采用PLC程序控制器对11个热电偶温控点进行控制。
初退火工艺：在徐冷炉中完成。如图2和图3所示，徐冷炉的构造为：由炉架和炉体组成，炉体最外层是保温层23，保温层中间的空间是保温区25，进料口22开在炉体右侧面的中部，传动装置24从进料口横穿炉体从出料口26延伸出去，延伸部分为待检网带区27，传动装置与固定在炉架上的变频电机29相连接。
初退火工艺的流程为：启动变频电机，由变频电机带动传动装置将光学成像玻璃压型坯件从进料口输送入炉体内保温区，光学成像玻璃压型坯件在保温区内自然冷却，最后由传动装置带动，经出料口送入待检网带区。
为了减小经过热历史后的光学成像玻璃坯件所要经受的高温差，能保证压型后即时消除经过热历史的光学玻璃坯件应力，还可在保温区的前半部分设置 热电偶加热器对保温区进行加热，热电偶加热器的个数最好是3个。热电偶加热器对光学成像玻璃料块的加热方法如下：
根据不同规格牌号玻璃料块加热工艺曲线所对应的温度，对热电偶加热器进行控制，按“低温-中温-高温”的曲线加热，低温、中温、高温根据不同规格牌号的玻璃料块的转变温度Tg、驰垂温度Ts、应变点T10 14.5、退火点T10 13和软化点T10 7.6来确定。
为了达到精确控制的目的，还可采用PLC控制器对热电偶加热器进行控制。
精退火工艺：在退火炉中完成。如图4和图5所示，退火炉采用门式结构，正面是炉门36，在炉体背面主轴39下方安装电机38，炉体侧壁具有保温层40，加热器31设置在保温层内侧，保温层内是内胆33， 内胆与保温层之间留有气流通道32，与加热器相对的炉体内壁上设置风轮34，排气道35设置在炉体顶部。
精退火工艺的流程是：由加热器对炉内光学成像玻璃料块进行加热，同时利用电机带动主轴及风轮转动，搅拌炉内空气，加快炉内空气沿气流通道的流动，缩短了升温阶段炉内温场达到均匀所需的时间。
降温阶段为了加快降温速度，还可在电机38下方设置冷却风机37，在炉内温场均匀后，保温阶段结束，降温阶段启动冷却风机向炉内鼓入冷风，冷风在炉内经搅拌，与炉内热空气混合后经排气道排出，从而加快了降温速度。
为了加快炉内空气的对流、达到温场均匀的效果，炉内使用的盛装玻璃料块的装料盒可采用密集孔式装料盒。为了达到更好的加热效果，加热器可采用全电热式远红外反射板。为了保证炉内温度控制精确、稳定、降低操作者的劳动强度，可采用PLC闭环回路控制系统对精退火炉进行自动控制。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (2)
1.一种光学成像玻璃的热加工成型方法，包括软化工艺、初退火工艺和精退火工艺，其特征在于：所述软化工艺是在软化炉加热区间顶部设置8个热电偶温控点，底部设置3个热电偶温控点，采用PLC程序控制器对热电偶温控点进行控制，根据不同规格型号玻璃料块加热曲线所对应的温度，顶部按“低温-中温-高温-高温-中温-低温-中温-高温”的工艺曲线加热，底部按“低温-中温-高温”的工艺曲线加热，所述低温、中温和高温分别是指玻璃料块的转变温度Tg、驰垂温度Ts和软化点T10 7.6；所述初退火工艺是在徐冷炉的保温区内自然冷却，所述徐冷炉由炉架和炉体组成，炉体最外层是保温层，保温层中间的空间是保温区，进料口开在炉体右侧面的中部，传动装置从进料口横穿炉体从出料口延伸出去，延伸部分为待检网带区，传动装置与固定在炉架上的变频电机相连接；所述精退火工艺在退火炉中完成，利用风轮转动对炉内空气进行搅拌，所述退火炉采用门式结构，正面是炉门，在炉体背面主轴下方安装电机，炉体侧壁具有保温层，加热器设置在保温层内侧，保温层内是内胆，内胆与保温层之间留有气流通道，与加热器相对的炉体内壁上设置风轮，排气道设置在炉体顶部。
2.根据权利要求1所述的光学成像玻璃的热加工成型方法，其特征在于：顶部8个热电偶温控点等间距地排列设置，底部3个热电偶温控点等间距地设置在距出料口1/3处的区域内。
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