CN103145319A - 硫系玻璃元件压型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为硫系玻璃元件压型装置。属于玻璃模压热成型技术领域。它主要是解决现有敞开式结构光学玻璃压型机存在析晶、氧化及成型缺陷的问题。它的主要特征是:包括压制系统、模具系统、温控系统、加热系统、工作台、机体、及气氛控制系统;机体为密封结构;所述气氛控制系统由抽气系统和充气系统两部分组成;工作台设置在机体内底部,工作台上通过半圆形导轨设置有支撑板;加热系统包括设置在支撑板中部的加热板及环绕加热板设有环形加热元件;压制系统由气压泵、气缸、法兰、可更换压头组成。本发明具有可使硫系玻璃在二次压型过程中内受热均匀、避免氧化、提高材料利用率、提高生产效率的特点,主要用于硫系玻璃元件二次压型装置。
Description
技术领域
本发明属于玻璃模压热成型技术领域,涉及一种硫系玻璃元件二次压型装置。
背景技术
随着社会的发展,天网监视、安防、汽车及武器装备的红外热成像应用越来越广泛,它可以突破黑夜的障碍,便于实施夜间行动,保证人们生活的安全性。红外热成像系统整体水平的提高关键取决于光学元器件水平,而元器件水平又决定于基础材料的发展水平。硫系玻璃是制作红外光学元器件的优良基础材料,可广泛应用于红外热成像、能量传输、化学传感、近场显微成像、光倍频器等新兴技术领域。
硫系玻璃与氧化物玻璃相比,具有较宽的红外透过波长(>15um)、较高的转变温度、较好的力学性能、较高折射率等优点。硫系玻璃与红外晶体材料相比又具有可压型性能,因此对于生产批量红外光学元件产品采用二次模压热成型技术是有效降低制作成本的最佳选择。通常硫系玻璃元件是用块状玻璃毛坯切割、加工而成,这样造成材料的利用率较低,且由于受到制备毛坯规格的限制,不易制备成大规格元件。
现有的光学玻璃压型机属于敞开式结构,直接辐射加热玻璃毛坯,采用该设备制备硫系玻璃元件,敞开式结构设计会导致硫系玻璃毛坯的氧化,从而会降低硫系玻璃红外透过率;另一方面由于硫系玻璃属于黑色材料,相对于光学玻璃来讲,软化温度较低,直接辐射玻璃毛坯外层吸热加快,导致内外温场不均匀,从而在压型过程中不可避免的出现炸裂、析晶等弊病,因此光学玻璃压型设备及压型方式无法满足硫系玻璃的压型。从而设计出适合硫系玻璃元件成型装置及其成型工艺技术,会有效解决块状玻璃加工成光学元件利用率较低及大口径元件制备受限问题,缩短元件制作周期,提高生产效率,达到节约国家稀有金属材料资源的目的。
发明内容
本发明就是针对上述不足之处而提供一种可使硫系玻璃在二次压型过程中内受热均匀、避免氧化、提高材料利用率、提高生产效率的硫系玻璃元件压型装置。
本发明的技术解决方案是:一种硫系玻璃元件压型装置,该装置包括压制系统、模具系统、温控系统、加热系统及工作台,其特征在于:还包括机体、气氛控制系统;所述机体为钢板框架式密封结构的机体,机体侧面开一炉门,在钢板内部设有保温层;所述气氛控制系统由抽气系统和充气系统两部分组成,抽气系统由抽气管与真空泵组成,充气系统由充气管与保护性气瓶组成,抽气管、充气管穿过并固定在机体上;所述工作台设置在机体内底部,工作台上通过半圆形导轨装置与上部支撑板配合连接;所述加热系统包括设置在支撑板中部的加热板及环绕在模具系统周围的环形加热元件;所述压制系统由气压泵、气缸、法兰、可更换压头组成,气压泵通过气管与气缸连接,气缸固定在机体顶部;所述温控系统包括安装在与炉门相对的机体侧面上的热电偶及控制系统。
本发明技术解决方案中所述的加热板的中部设有加热板凹槽,模具系统底部与该加热板凹槽紧密配合,模具系统由顶模、底模和模套三部分组成,顶模上表面设有与可更换压头配合的顶模凹槽;控制热电偶安装在模套的中下部。
本发明技术解决方案中所述的加热板为铸铁或铜板内置电加热棒构成;环形加热元件由环形电阻丝构成。
本发明技术解决方案中所述的支撑板通过圆柱形支柱与加热板相连。
本发明具有的优点和积极效果:
本发明由于采用了全新的技术方案,与现有光学玻璃压型技术相比,本发明采用整体框架式钢板焊接结构,该结构具有相对密闭性,内部保温层则保证了随着内部温度的升高造成压机外部温度过高对气缸造成不利的影响。气氛控制系统可以很好的保证熔炉空间非氧化性气氛,保证硫系玻璃毛坯在升温过程中不与氧气发生氧化反应,从而使压型元件具有与硫系玻璃同样的红外透过性能。加热系统分为底部加热板和四周环形加热,加热效率更高,温场也更加均匀;进一步采用模具传导加热保证了加热过程中由于黑体吸热更快而造成局部温度过高产生的玻璃析晶、折叠问题,或内部软化不足导致成型缺陷如炸裂、缺边等问题。支撑板通过半圆形导轨移动结构与工作台连接,便于将模具从炉膛拉出,方便模具的更换、维修及玻璃毛坯的放置与压型元件取出;整个压型装置采用气缸传动,设计简单、装置重量轻,使用可靠、操作安全。
本发明的设计工作行程短,有利于硫系玻璃元件的生产,特别是大口径硫系玻璃元件。通过该装置制作的元件可以不受毛坯规格的限制,既缩短了元件的生产周期,又降低了大口径的制造成本,使客户更加方便加工使用。该装置在批量生产中不但提高了产品质量,而且提高了工效,做到了省时又省力,减轻了劳动强度,有效提高了产品的经济效益。
本发明有效解决了块状硫系玻璃采用冷加工方式加工成光学元件利用率较低问题,而且采用二次成型的方式可以压制成各种形状的元件,达到了提高产品利用率的目的。
本发明可合理设计压型工艺,压型温度区间采用玻璃的Ts(驰垂温度)~Tp(析晶温度)之间,合理的温度区间可以避免产品析晶不良及成型不良。
本发明主要用于硫系玻璃元件二次压型。
附图说明
图1是本发明硫系玻璃元件压型装置压制后结构示意图。
图2是本发明硫系玻璃元件压型装置压制前结构示意图;
图中:1.机体,2.抽气管,3. 气缸,4. 法兰,5. 可更换压头,6. 充气管,7. 顶模,8. 模套,9. 热电偶,10. 加热板,11. 支撑板,12. 工作台,13. 半圆形导轨,14. 底模,15. 圆柱形支柱,16. 环形加热元件,17. 保温层,18. 炉门,19. 硫系玻璃毛坯,20. 螺栓。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的技术内容、特点及功效,现列举以下实例,并结合附图详细说明如下:
本发明硫系玻璃元件压型装置包括机体1、压制系统、气氛控制系统、模具系统、温控系统、加热系统及工作台。
所述机体1为钢板框架式密封结构的机体,设计一个相对密闭的空间,在侧面开一炉门18,且炉门18与机体1用螺栓20连接,一方面保证熔炉内腔密闭,另一方面方便物料的放置与取出。在钢板内部依次是保温层17、模具系统、加热系统及工作台12。
所述气氛控制系统由抽气系统和充气系统两部分组成,每个系统由单独阀门控制。抽气系统由不锈钢抽气管2与真空泵组成,抽气管2穿过并固定在机体1上。充气系统由不锈钢充气管6与保护性高压气瓶组成,充气管6穿过并固定在机体1上,充气管6与充气瓶相连。机体1的空间气氛由气氛控制系统进行控制。使用时首先启动抽气系统对熔炉空间抽真空,然后关闭该系统,启动充气系统,向熔炉内充入保护性气体如N2或Ar2,从而使整个压型炉内充满保护性气体,避免硫系玻璃在加热过程中与氧气反应造成玻璃氧化或吸收空间的OH-引起红外波段吸收降低硫系玻璃的红外透过性能。
所述工作台12设置在机体1内下部,台面上设计支撑板11,支撑板11底部通过半圆形导轨13移动结构与工作台12连接,支撑板11上部与加热板10连接,加热板10通过圆柱形定位支柱15与支撑板11连为一体,便于将加热板上模具系统从炉膛拉出时,方便模具的更换与维修,更利于玻璃毛坯19的放入或毛坯元件的取出,使用时省时省力。底部加热板与模具之间紧密配合,保证热传导性能优良。本发明设计的非氧化物二次压机由于行程短,因此不需要设计活动横梁。
加热方式设计与光学玻璃二次压型直接辐射到光学玻璃毛坯件不同,主要通过辐射加热模具系统,模具将热量传导到硫系玻璃毛坯19,这样可以保证玻璃毛坯19,特别是大口径玻璃毛坯19在加热过程中内外温度更加均匀,避免直接加热造成玻璃毛坯外层温度过高而出现析晶和毛坯中部温度过低造成的炸裂及折叠等问题。因此该加热系统设计由两部分组成,一是底部加热板10,二是四周环形加热元件16。加热板10采用铸铁或铜板内置加热棒的方式中心采用加热板凹槽设计,保证能与模具系统的模套8紧密配合,达到模具定位的作用。四周环形加热元件16采用环形电阻丝加热,这样的设计不仅使熔炉的温场也更加均匀,而且保证加热速度更快,从而提高了压制效率。
所述压制系统由气压泵、气缸3、法兰4、可更换压头5组成,该系统主要是为玻璃压制提供合适的压力。气压泵主要是为气缸3提供足够大的压力,气压泵通过气管与气缸3连接。气缸3用螺栓固定在上框架结构的固定横梁上,气缸活塞杆底端装有固定法兰4,因此气缸3与法兰4一起固定在框架机身1上,法兰4下部与可更换压头5连接,当需要压型时给一压力信号,气缸3打开,活塞杆伸长带动压头向下运动,作用于模具系统顶模7上,顶模7向下移动作用于硫系玻璃毛坯19,保持一定的时间后,即可获得热压成型的玻璃元件。这样的设计方便维修,装配容易,气缸工作平稳可靠。
所述温控系统由热电偶9和控制系统组成,热电偶9位于炉门18的对面,插入模具系统模套8的中下部位置,这样在升温过程中可以相对准确的测量出玻璃毛坯的温度。但不排除在炉膛内安装一根或多根监控热电偶。
模具系统的设计分为顶模7、底模14和模套8三部分,底模14与底部加热板10通过加热板凹槽设计紧密配合,保证热传导的有效性,模套8位于四周环形加热元件16的中部,硫系玻璃毛坯19放置于模具系统的中部,顶模7上部留有一顶模凹槽,这样保证压制时可更换压头5能顺利的深入顶模7中,从而保证压力顺利传递到硫系玻璃毛坯19上。
硫系玻璃元件制备工艺以下例进行说明:
实例1:以Ge20Se65Sb15为例,该玻璃的Tg为266℃,Ts为304℃,Tp为410℃。生产时将玻璃毛坯放入模具中,将模具推入指定位置,关闭炉门,启动真空系统抽出炉膛内的空气,关闭真空阀门,打开充气系统,向炉膛内通入N2至常压后,并持续向炉体内通入N2。同时启动熔炉加热系统,四周环形加热元件通过热辐射将热量传递到模套,加热板通过热传导将热量传递给底模,模具又将热量传递给给Ge20Se65Sb15玻璃毛坯,在温控热电偶9达到温度320~370℃时,给气缸3一个压力信号,气缸3带动压头给玻璃一定的压力,保压一定时间后,提起压头,按照一定的速率降温,制备出所需要的光学元件。
以Ge22Se58Sb20为例,该玻璃的Tg为282℃,Ts为341℃,Tp为430℃。生产时按照实例1的操作进行当测温热电偶的温度达到380~420℃时,给气缸3一个压力信号,就能制备出所需的光学元件毛坯。
Claims (4)
1.一种硫系玻璃元件压型装置,该装置包括压制系统、模具系统、温控系统、加热系统及工作台,其特征在于:还包括机体(1)、气氛控制系统;所述机体(1)为钢板框架式密封结构的机体,机体(1)侧面开一炉门(18),在钢板内部设有保温层(17);所述气氛控制系统由抽气系统和充气系统两部分组成,抽气系统由抽气管(2)与真空泵组成,充气系统由充气管(6)与保护性气瓶组成,抽气管(2)、充气管(6)穿过并固定在机体(1)上;所述工作台(12)设置在机体(1)内底部,工作台(12)上通过半圆形导轨(13)装置与上部支撑板(11)连接;所述加热系统包括设置在支撑板(11)中部的加热板(10)及环绕在模具系统周围的环形加热元件(16);所述压制系统由气压泵、气缸(3)、法兰(4)、可更换压头(5)组成,气压泵通过气管与气缸(3)连接,气缸(3)固定在机体(1)顶部;所述温控系统包括安装在与炉门(18)相对的机体(1)侧面上的热电偶(9)。
2.根据权利要求1所述的硫系玻璃元件压型装置及其制作方法,其特征在于:所述的加热板(10)的中部设有加热板凹槽,模具系统底部与该加热板凹槽紧密配合,模具系统由顶模(7)、底模(14)和模套(8)三部分组成,顶模(7)上表面设有与可更换压头(5)配合的顶模凹槽;热电偶(9)安装在模套(8)的中下部。
3.根据权利要求1或2所述的硫系玻璃元件压型装置及其制作方法,其特征在于:所述的加热板(10)为铸铁或铜板内置电加热棒构成;环形加热元件(16)由环形电阻丝构成。
4.根据权利要求1或2所述的硫系玻璃元件压型装置及其制作方法,其特征在于:所述的支撑板(11)通过圆柱形支柱(15)与加热板(10)相连。
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