CN101811819B - 制造大口径玻璃管的模具和利用该模具制造玻璃管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制造大口径玻璃管的模具和利用该模具制造玻璃管的方法，所述模具包括外模具、内模头、轴杆、喷气环，所述外模具为圆筒形，外模具在外力作用下旋转开合，内模头为圆锥形，内模头设置在外模具内部，内模头与外模具的内壁之间存在间隙，喷气环设置在内模头的下方，用于牵引和旋转内模头的轴杆与内模头相连接，该轴杆在外力的作用下旋转移动。制造玻璃管的方法是将外模具和内模头及玻璃液进行旋转、内模头相对上移，并通过喷气环喷气作用于内模头下方的内外模间隙处，用来冷却和定型刚附壁的玻璃液，使玻璃液在自身重力、粘性和内外模旋转时离心力的作用下，沿内外模间隙均匀涂抹于外模具内壁冷却定型来实现玻璃管成型的。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造玻璃管的模具和制造玻璃管的方法，特别是一种制造大口径玻璃管(直径大于200mm)的模具和利用该模具制造玻璃管的方法。
背景技术
目前玻璃管的生产方式主要是连续拉制法，最大拉制直径只能达到315毫米。用连续拉制法生产大口径玻璃管，因玻璃液的流量较大，对熔窑规模要求也较高，如果是电熔窑，所需的电力也许是当地电力网线所不能承载的；成型模具长期受到高温玻璃液侵蚀，所使用的材料对耐高温、抗氧化性能要求较高；在工艺方面也存在着一些不能克服的技术难题，如玻璃管的规格精度和切割问题等。
连续拉制法生产大口径玻璃管规格不精确的原因是，玻璃液的质量较大，变为固体成为玻璃管的过程中没有充分冷却定型，也没有模具依托和约束，随着玻璃管不断延长，其不断增加的重量会拉细玻璃管。这就难免使成型后的玻璃管失圆以及直径、壁厚产生变化，给使用时的配套安装带来困难。
连续拉制法生产大口径玻璃管切割困难的原因是，拉制具有一定速度，完成切割必须在一定时间内进行，小口径玻璃管采用电锯、电弧、激光等划伤折断法，瞬间即可完成切割，而大口径玻璃管如果采用此法切割，划痕必须足够深足够长，折断的力量必须足够大，这很难实现，即使能实现，这时的玻璃管是炽热的，管壁中部的玻璃液尚未完全固化，具有一定韧性，无法实现“脆断”，即使能脆断，断面也是不规则的，需再次切割方能符合标准。如果采用电锯法切割，所需的时间要在上一根到下一根玻璃管的拉制时间内，而且电锯必须随玻璃管同步移动，这很难实现。
因此，目前大于315mm直径的大口径玻璃管实际生产仍然是空白。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种制造大口径玻璃管的模具和利用该模具制造玻璃管的方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种制造大口径玻璃管的模具，包括外模具、内模头、轴杆、喷气环，所述外模具为圆筒形，外模具在外力作用下旋转开合，内模头为圆锥形，内模头设置在外模具内部，内模头与外模具的内壁之间存在间隙，喷气环设置在内模头的下方，用于牵引和旋转内模头的轴杆与内模头相连接，该轴杆在外力的作用下旋转移动。
一种利用上述模具制造大口径玻璃管的方法，包括以下步骤：
步骤1、对内外模具进行预热；
步骤2、将熔融玻璃液快速注入外模具圆形内壁与圆锥形内模头之间上部的空腔内，稍侯一定时间后，使内模头与外模具相对移动并同时使喷气环喷气，喷气环喷出的气体作用于内模头与外模具内壁之间的间隙处；
步骤3、当内模头上移至上至点时，停止内模头与外模具相对移动并停止喷气；
步骤4、上移动作停止后，待玻璃管定型，停止内外模旋转，开启对开平移式外模具，取出玻璃管置于保温桶内退火，最终制得大口径玻璃管。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)间歇式生产，对玻璃熔窑的规模要求不高。(2)玻璃管的直径和长度由外模具决定，圆度、长度精确，无需切割。(3)因外模具质量较大，接触1400℃左右熔融玻璃液后，接触面迅速升高温度至800℃左右，对内壁损伤不大。在每一支玻璃管的生产中，内模头上移时，玻璃液对外模具内壁的热冲击没有重复，外模具受热后整体升温均匀，防止了外模具因受热不均而变形和玻璃管成型后因冷却温度不均而产生不对称应力。(4)玻璃液在模具内停留时间短，使模具的寿命得到了延长。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的制造大口径玻璃管的模具一种实施方式示意图。
图2为本发明的制造大口径玻璃管的模具另一种实施方式示意图。
具体实施方式
结合图1、图2，本发明的一种制造大口径玻璃管的模具，包括外模具1、内模头2、轴杆3、喷气环4，所述外模具1为圆筒形，外模具1在外力作用下旋转开合，内模头2为圆锥形，内模头2设置在外模具1内部，内模头2与外模具1的内壁之间存在间隙，喷气环4设置在内模头2的下方，用于牵引和旋转内模头2的轴杆3与内模头2相连接，该轴杆在外力的作用下旋转移动。轴杆3可设置在内模头的上部，也可设置在其下部。
所述外模具1为平移开合式，即圆筒形外模具由两个相等的半圆筒组成，两个半圆筒沿该整圆筒圆截面的平行方向，作开模和合模移动；外模具1内壁的材料为耐高温抗氧化便于脱模且增加玻璃管外壁光洁度的材料，例如铁及其合金、铜及其合金、铬、铂金、铂铑合金等，外模具1的内径大于等于200mm。
内模头2上表面设置保温层，保温层的材料为木料、石棉等导热较慢且不会被熔化材料，保温层的外部覆盖不锈钢板或其它耐高温抗氧化且便于加工的材料，使保温层密封其内，覆盖物外表面涂有防粘连涂料。其原理是：覆盖物的质量较小，熔融的玻璃液瞬间可使其加热至同等温度，所降低的温度不足以使玻璃液凝固，而覆盖物的熔点要高于此时玻璃液温度许多，不会被熔融。保温层在短时间内能阻隔热能向内模头2轴杆3等主体部分传递，防止该部分受热变形。内模头2与外模具1的内壁之间的间隙大于等于3mm。该间隙就是所制造玻璃管的壁厚。
外模具1内壁的直径决定玻璃管外径。外模具1的内壁设置用来调节玻璃管的长度挡环。外模具1内壁的最长长度决定所制造玻璃管的最长长度，在最长长度范围内，玻璃管的长度通过设置在外模具1内壁上的挡环任意调节。
一种制造大口径玻璃管的方法，包括以下步骤：
步骤1、对内外模具进行预热，使内外模预热至150-400℃；预热完毕后开启旋转装置，使外模具1旋转，内模头2在轴杆3的带动下旋转，外模具1和内模头2的转速均大于等于0.01转/min；此时也可以不开启旋转装置，内模头和外模具可以不旋转；
步骤2、将熔融玻璃液快速注入外模具圆形内壁与圆锥形内模头之间上部的空腔内，稍候一定时间后，使内模头与外模具相对移动并同时使喷气环4喷气，喷气环4喷出的气体作用于内模头2与外模具1内壁之间的间隙处；上述稍候的时间为1-3秒。
步骤3、当内模头2上移至上至点时，停止内模头2与外模具1相对移动并停止喷气；
步骤4、上移动作停止后，待玻璃管定型，停止内外模旋转，开启对开平移式外模具1，取出玻璃管置于保温桶内退火，最终制得大口径玻璃管。
具体而言，玻璃管的制造方法包括如下步骤：
a.对内外模具进行预热，使内外模预热至150-400℃。
b.预热完毕后，开启外模具1和内模头2的旋转装置，使外模具1和内模头2旋转，转速和旋转方向是根据被加工玻璃的材质、玻璃管的壁厚、玻璃液的温度分别调试决定的。
c.将定量熔融玻璃液快速注入外模具1圆形内壁与锥形内模头2之间上部的空腔内，1-3秒钟后，开启内模头2的上移装置，上移的速度也是根据被加工玻璃的材质、玻璃管的壁厚、玻璃液的温度调试决定的。
d.内模头2上移的同时，开启高压空气装置，高压空气通过喷气环4作用于内模头2下方的内外模间隙处，用来冷却和定型刚附壁的玻璃液。高压空气的气压是调试决定的。
e.当内模头2上移至上至点时，在定位开关的作用下，上移动作停止，喷气环4停止喷气。此时玻璃管已经初步成型，但旋转仍然继续，目的是为了刮除内模头1上剩余的少量玻璃液和进一步使玻璃管定型。玻璃液刮除后，内外模旋转动作停止。取下内模头2，并将其轴杆3降至下至点。内模头2上移动作停止到其轴杆3降至下至点的时间不能超过5分钟。
f.上移动作停止5-10分钟后，成型的玻璃管已具有一定的强度。此时开启对开平移式外模具1，取出玻璃管置于保温桶内退火。初始开启模具的速度要很慢，利用玻璃管降温收缩后与外模具1内壁间形成的微小缝隙补充进空气，以防形成强大负压，拉破玻璃管。
g.如外模具1温度高，须降温至150-400℃。
h.装上内模头2，合上外模具1，重复上述步骤，生产下一支玻璃管。
本发明的实施取决于玻璃管成型设备的成功制造。决定该成型设备制造成功的关键，是内模头2上移精度和外模具1闭合时与内模头2配合间隙的精度。内模头2上移精度由拟生产玻璃管同等长度的导向柱决定，内外模配合间隙由内模头2上移精度和外模具1闭合时的定位精度决定。以当今的工业技术水平，完成上述工艺加工和装配已毫无疑问。至于外模具1镗孔问题，因其直径较大，长度较长，以现有工业技术水平解决，看似有一定难度，但如果利用内模头2的上移和旋转机构，装配刀具，实行“自镗”，问题便迎刃而解了。
下面结合实例对本发明做进一步详细的描述：
现以制造规格为500毫米内径、2000毫米长度、10毫米壁厚的玻璃管来说明本发明的具体实施。内外模具的规格应与所生产玻璃管的规格相适应。采用下列实施步骤：
第一步、对内外模具进行预热，使内外模预热至150-400℃。
第二步、预热完毕后，开启外模具1和内模头2的旋转装置，使外模具1和内模头2旋转，转速和旋转方向是根据被加工玻璃的材质、玻璃管的壁厚、玻璃液的温度分别调试决定的。
第三步、将略多于76千克的熔融玻璃液快速注入外模具1圆形内壁与锥形内模头2之间上部的空腔内，1-3秒钟后，开启内模头2相对上移装置，上移的速度也是根据被加工玻璃的材质、玻璃管的壁厚、玻璃液的温度调试决定的。内模头2旋转上移时，已冷却至初步定型的玻璃管部分不会随内模头2一起旋转和上移。这是因为外模具1闭合后所形成的竖直细小缝隙，被玻璃液填充凝固后，阻止了旋转；外模具1内壁底部有倒角，与底座形成略大于玻璃管外径的细小环形空腔，被玻璃液填充凝固后，阻止了上移。
第四步、内模头2上移的同时，开启高压空气装置，高压空气通过喷气环4作用于内模头2下方的内外模间隙处，用来冷却和定型刚附壁的玻璃液。高压空气的气压是调试决定的。
第五步、当内模头2上移至上至点时，在定位开关的作用下，上移动作停止，喷气坏4停止喷气。此时玻璃管已经初步成型，但旋转仍然继续，目的是为了刮除内模头2上剩余的少量玻璃液和使玻璃管进一步定型。玻璃液刮除后，旋转动作停止。取下内模头2，并将轴杆3降至下至点。内模头2上移动作停止到其轴杆3降至下至点的时间不能超过5分钟。
第六步、上移动作停止5-10分钟后，成型的玻璃管已具有一定的强度。此时开启对开平移式外模具1，取出玻璃管置于保温桶内退火。初始开启的速度要很慢，利用玻璃管降温收缩后与外模具1内壁之间形成的微小缝隙补充进空气，以防脱模时形成强大负压，拉破玻璃管。
第七步、如外模具1温度高，开启冷却系统，使外模具1降温至150-400℃。
第八步、装上内模头2，合上外模具1，重复上述步骤，生产下一支玻璃管。
Claims (9)
1.一种制造大口径玻璃管的模具，其特征在于，包括外模具(1)、内模头(2)、轴杆(3)、喷气环(4)，所述外模具(1)为圆筒形，外模具(1)在外力作用下旋转开合，内模头(2)为圆锥形，内模头(2)设置在外模具(1)内部，内模头(2)与外模具(1)的内壁之间存在间隙，喷气环(4)设置在内模头(2)的下方，用于牵引和旋转内模头(2)的轴杆(3)与内模头(2)相连接，该轴杆在外力的作用下旋转移动。
2.根据权利要求1所述的制造大口径玻璃管的模具，其特征在于，所述外模具(1)为平移开合式，即圆筒形外模具由两个相等的半圆筒组成，两个半圆筒沿该整圆筒圆截面的平行方向，作开模和合模移动；外模具(1)内壁的材料为耐高温抗氧化便于脱模且增加玻璃管外壁光洁度的材料，外模具(1)的内径大于等于200mm 。
3.根据权利要求2所述的制造大口径玻璃管的模具，其特征在于，外模具(1)内壁的材料为铁及其合金、铜及其合金、铬、铂金、铂铑合金。
4.根据权利要求1所述的制造大口径玻璃管的模具，其特征在于，内模头(2)上表面设置保温层，保温层的外部覆盖不锈钢板或其它耐高温抗氧化且便于加工的材料，使保温层密封其内，覆盖物外表面涂有防粘连涂料。
5.根据权利要求1所述的制造大口径玻璃管的模具，其特征在于，内模头(2)与外模具(1)的内壁之间的间隙大于等于3mm。
6.根据权利要求1所述的制造大口径玻璃管的模具，其特征在于，外模具(1)的内壁设置用来调节玻璃管的长度挡环。
7.一种利用权利要求1所述模具制造大口径玻璃管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对内外模具进行预热；内外模预热至150-400℃；预热完毕后开启旋转装置，使外模具(1)旋转，内模头(2)在轴杆(3)的带动下旋转，外模具(1)和内模头(2)的转速均大于等于0.01转/min；
步骤2、将熔融玻璃液快速注入外模具圆形内壁与圆锥形内模头之间上部的空腔内，稍侯一定时间后，使内模头与外模具相对上下移动并同时使喷气环(4)喷气，喷气环(4)喷出的气体作用于内模头(2)与外模具(1)内壁之间的间隙处；
步骤3、当内模头(2)上移至上至点时，停止内模头(2)与外模具(1)相对移动并停止喷气；
步骤4、上移动作停止后，待玻璃管定型，开启对开平移式外模具(1)，取出玻璃管置于保温桶内退火，最终制得大口径玻璃管。
8.根据权利要求7所述的制造大口径玻璃管的方法，其特征在于，步骤4中待玻璃管定型后停止内外模旋转。
9.根据权利要求7所述的制造大口径玻璃管的方法，其特征在于，步骤2中稍侯的时间为1-3秒。
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