CN103922565A - 一种光学玻璃的成型装置及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为一种光学玻璃的成型装置及其生产工艺。属于光学玻璃熔制成技术领域。它主要是解决现有大口径光学玻璃条料成型质量差、易产生表面条纹和析晶的问题。它的主要特征是：包括底模、顶模、加热装置、底模冷却通道、顶模冷却通道、第一测温热电偶和第二测温热电偶；所述顶模为U型槽，底模为平面底板，顶模与底模安装在一起形成玻璃成型腔体；所述顶模冷却通道、第二测温热电偶设置在顶模的上壁内；所述底模冷却通道设置在底模的板内；所述加热装置、第一测温热电偶设置在顶模下方的U型槽内。本发明解决了光学玻璃条料成型差，厚度不一致，易出现表面条纹和析晶的问题，尤其是对低粘度、易析晶的镧系光学玻璃具有显著效果。

Description

一种光学玻璃的成型装置及其生产工艺

技术领域

本发明属于光学玻璃熔制成型技术领域。具体涉及一种光学玻璃条料的成型装置及其生产方法，特别是涉及生产镧系光学玻璃条料成型厚度超过40mm的成型装置及其生产方法。

背景技术

在光学玻璃熔制成型领域中，条料成型工艺是一种主要的成型工艺。光学玻璃在熔融状态下，经模具自然成型或拍压成型并切成一定尺寸的光学玻璃条料，玻璃条料的成型装置一般由底模、侧模和堵头组成。由于玻璃液具有随着温度的降低而快速凝固的特性，因此用这种方式生产的光学玻璃条料具有较大的圆角（简称R角），如图5所示。R角为光学玻璃在成型过程中，在粘性玻璃液的表面张力作用下，在成型边缘产生的。尤其是生产厚度超过40mm条料时，由于成型时间长，玻璃的R角更大，产品在下一道工序切磨过程中，R角部分的玻璃就不符合使用要求，料废很大，而且在加工过程中费工费料，加工成本高。在早期的光学玻璃生产中，曾试图依靠拍压成型技术来解决这一难题，在成型过程的可塑阶段，依靠外力持续对玻璃表面进行拍压，以取得成型质量较好的光学玻璃。这种成型方式在传统大粘度的光学玻璃中取得了较好的成效。

近年来，随着镧系光学玻璃的发展，镧系光学玻璃的生产量也逐步增大，且生产的条料规格尺寸在厚度、宽度方面也逐渐增大。由于镧系玻璃具有粘度小、易析晶的特性，在生产大规格镧系光学玻璃的过程中，由于玻璃散热慢，表面温度高，玻璃条料容易产生表面条纹。其次，受生产环境中杂质的影响，还容易在玻璃表面出现析晶，影响产品质量。因此在镧系玻璃的生产过程中，这种靠外力拍压的成型方式也没能在镧系光学玻璃的成型过程中得到推广。

专利文献CN 101186428A提供了一种光学玻璃成型装置，如图1所示，该装置由底模、侧模和堵头组成，并且在侧模上设置有火焰加热装置，可以通过对玻璃液表面的加热方式来减缓玻璃液的凝固，从而达到生产大规格玻璃条料的目的。这种生产方式可以较好地解决生产普通光学玻璃的大规格条料，对条料的R角也有一定的改善作用，但是在生产镧系光学玻璃条料时，由于镧系玻璃具有粘度小、易析晶的特性，所以在火焰加热时，玻璃表面收到火焰的加热容易出现成型条纹，而且受燃烧杂质的诱导，玻璃表面容易出现析晶。显然，这种成型装置不适用于生产大规格镧系玻璃条料。

专利文献200610022703.X提供了一种氟磷酸盐玻璃的成型装置，如图2所示，该装置所述模具由底模、侧模和挡块构成，并且在模具上设置有冷却盖板，在冷却盖板上设置有通气孔。该发明给玻璃表面进行通气冷却，解决了氟磷酸盐玻璃在成型过程中因玻璃表面挥发而造成的面部成型条纹。但是对玻璃的成型质量没有改善，而且在冷却过程中增大了玻璃液的表面粘度，使玻璃的成型R角更大。

以上两个专利通过模具表面的加热或冷却，分别改善了光学玻璃条料在成型过程中的R角和面部条纹问题，但都只是片面的改善，每项发明只能解决面部条纹和R角两个成型问题中的一项，玻璃成型后的整体质量并没有得到改善。

发明内容

本发明的目的在于设计出一种能稳定生产R角小，成型质量高的成型装置及生产方法，并能有效地解决镧系光学玻璃条料易析晶地难题。

本发明光学玻璃成型装置的技术解决方案是：一种光学玻璃的成型装置，包括底模，其特征在于：还包括顶模、加热装置、底模冷却通道、顶模冷却通道、第一测温热电偶和第二测温热电偶；所述顶模为U型槽，底模为平面底板，顶模与底模安装在一起形成玻璃成型腔体；所述顶模冷却通道、第二测温热电偶设置在顶模的上壁内；所述底模冷却通道设置在底模的板内；所述加热装置、第一测温热电偶设置在顶模下方的U型槽内。

本发明光学玻璃成型装置的技术解决方案中所述U型槽的槽宽为100～200mm，槽高为40～80mm。

本发明光学玻璃成型装置的技术解决方案中所述加热装置为管状加热器。

本发明光学玻璃成型装置的技术解决方案中所述管状加热器为直径为Ф8～Ф12mm、长度为80～150mm的不锈钢管状加热器。

本发明光学玻璃成型装置的技术解决方案中所述顶模的前端削出50～100mm长的斜面。

本发明光学玻璃成型装置的技术解决方案中所述顶模冷却通道的直径为Ф8～Ф12mm、长度为100～200mm，顶模冷却通道按玻璃条料的拉制方向对称分布，两侧顶模冷却通道的间距为玻璃条料宽度的1/3～2/3。

本发明光学玻璃成型装置的技术解决方案中所述底模、顶模的材质为铝青铜或者模具钢材料。

本发明光学玻璃成型生产工艺的技术解决方案是：一种光学玻璃成型生产工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴、将壁内设有顶模冷却通道及第二测温热电偶的U型槽顶模，与板内设有冷却通道的底模安装在一起形成玻璃成型腔体，并在顶模下方安装加热装置、第一测温热电偶，最后使底模成倾斜状，并使入口置于漏料管端口之下；

⑵、给加热装置通电，使玻璃成型腔体入口处温度达到光学玻璃转变温度的-150～+50℃温度范围内；

⑶、将高温玻璃液从漏料管流出，玻璃液的厚度逐步增加，直至玻璃液在冷却通道的区域填满模具腔体，至玻璃条料走出模具腔体后，开始向冷却通道通入冷却介质，控制使第二测温热电偶处温度达到光学玻璃转变温度的-150～+50℃的温度范围内；

⑷、玻璃条料在自身重力和徐冷炉网带的牵引作用下，以和玻璃出料量匹配的速度走出模具腔体进入徐冷炉。

本本发明光学玻璃成型生产工艺优选的技术解决方案是：一种光学玻璃成型生产工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴、将槽宽为100～200mm、槽高为40～80mm、壁内设有顶模冷却通道及第一测温热电偶的U型槽顶模，与板内设有冷却通道的底模安装在一起形成玻璃成型腔体，顶模的前端削出50～100mm长的斜面，并在顶模下方安装管状加热器、第一测温热电偶，顶模冷却通道的直径为Ф8～Ф12mm、长度为100～200mm，顶模冷却通道按玻璃条料的拉制方向对称分布，两侧顶模冷却通道的间距为玻璃条料宽度的1/3～2/3，最后使底模成5°～20°倾斜状，并使入口置于漏料管端口之下；

⑵、给管状加热器通电，使玻璃成型腔体入口处温度达到光学玻璃转变温度的-150～+50℃的温度范围内；

⑶、将高温玻璃液从漏料管流出，玻璃液的厚度逐步增加，直至玻璃液在冷却通道的区域填满模具腔体，至玻璃条料走出模具腔体后，开始向冷却通道通入冷却介质，控制使第二测温热电偶处温度达到光学玻璃转变温度的-150～+50℃的温度范围内；

⑷、玻璃条料在自身重力和徐冷炉网带的牵引作用下，以和玻璃出料量匹配的速度走出模具腔体进入徐冷炉。

该装置在成型过程中，玻璃液从漏料管流出后，进入倾斜安装的模具腔体，并且在模具腔体中逐渐变厚，最终在顶模冷却装置的区域填满整个模具腔体。由于高温玻璃的可塑性，玻璃液在模具腔体的压力下形成四方的玻璃条料，通过顶模冷却装置的冷却后，玻璃条料的表面被迅速固化定型，从而得到R角很小的光学玻璃条料，玻璃的成型质量得到大幅提高。其次，由于玻璃液表面被迅速冷却固化，也避免了玻璃表面条纹和析晶的产生。

本发明的优越性：

1. 成型装置采用腔体斜拉式成型方式，在腔体的压力下可以得到四方的光学玻璃条料，大大提高了玻璃条料的成型质量；

2. 成型装置的顶模设置有冷却装置，可以使玻璃液表面快速冷却固化，避免了玻璃液表面条纹和析晶的产生，提高了玻璃条料的质量；

3. 成型装置的顶模设置有可以自动控温的加热装置，模具的成型温度控制准确稳定，提高了玻璃条料拉制的稳定性，提高了玻璃调料的良品率；

4. 成型装置采用腔体成型，玻璃条料的厚度具有高度的稳定性和一致性。

本发明解决了光学玻璃条料成型差，厚度不一致，易出现表面条纹和析晶的问题，尤其是对低粘度、易析晶的镧系光学玻璃具有显著效果。

附图说明

图1是原有第一种成型装置的成型堵头结构示意图。

图2是原有第二种成型装置的结构示意图。

图3是本发明光学玻璃成型装置的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图5是原有的玻璃条料产品的截面示意图。

图6是本发明的玻璃条料产品的截面示意图。

图7是本发明的使用状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图3、图4、图7所示。本发明光学玻璃的成型装置包括底模2、顶模3、加热装置4、底模冷却通道5、顶模冷却通道6、第一测温热电偶7和第二测温热电偶8。顶模3为20～40mm厚，300～600mm长的U型槽，底模2为30～80mm厚，500～800mm长平面底板，顶模3与底模2安装在一起形成玻璃成型腔体。U型槽的槽宽（模具腔体宽度）为100～200mm，槽高为40～80mm，可以生产对应腔体尺寸的各种口径的光学玻璃条料。顶模3的前端削出50～100mm长的斜面，便于漏料管的安装和漏料控制。底模2、顶模3的材质为铝青铜或者模具钢材料。顶模冷却通道6、第二测温热电偶8设置在顶模3的上壁内，可以通过调整冷却介质的流量来达到控制顶模温度的目的。顶模冷却通道6的直径为Ф8～Ф12mm、长度为100～200mm，顶模冷却通道6按玻璃条料的拉制方向对称分布，两侧顶模冷却通道6的间距为玻璃条料宽度的1/3～2/3。底模冷却通道5设置在底模2的板内。加热装置4、第一测温热电偶7设置在顶模3下方的U型槽内，可以实现自动控温。加热装置4为管状加热器，左右各一个，并且对称分布。管状加热器为直径为Ф8～Ф12mm、长度为80～150mm的不锈钢管状加热器，使用自动仪表和测温热电偶对模具成型区域实现自动控温。成型装置在使用时需要安装在倾斜的模具车上，模具的倾斜角度设置在5°～20°。

采用本发明成型装置生产光学玻璃的工艺包括以下工艺步骤：

⑴、将壁内设有顶模冷却通道6及第一测温热电偶7的U型槽顶模3，与板内设有冷却通道5的底模2安装在一起形成玻璃成型腔体，并在顶模3下方安装加热装置4、第一测温热电偶7，最后使底模2成倾斜状，并使入口置于漏料管1端口之下；

⑵、给加热装置4通电，使玻璃成型腔体入口处温度达到光学玻璃转变温度Tg的-150～+50℃的温度范围内；

⑶、将高温玻璃液从漏料管1流出，玻璃液的厚度逐步增加，直至玻璃液在冷却通道6的区域填满模具腔体，至玻璃条料9走出模具腔体后，开始向冷却通道6通入冷却介质，控制使第二测温热电偶8处温度达到光学玻璃转变温度Tg的-150～+50℃的温度范围内；

⑷、玻璃条料9在自身重力和徐冷炉网带的牵引作用下，以和玻璃出料量匹配的速度走出模具腔体进入徐冷炉。

采用本发明成型装置生产镧系光学玻璃的工艺包括以下工艺步骤：

⑴、将槽宽为100～200mm、槽高为40～80mm、壁内设有顶模冷却通道6及第一测温热电偶7的U型槽顶模3，与板内设有冷却通道5及第二测温热电偶8的底模2安装在一起形成玻璃成型腔体，顶模3的前端削出50～100mm长的斜面，并在顶模3下方安装管状加热器、第一测温热电偶7，顶模冷却通道6的直径为Ф8～Ф12mm、长度为100～200mm，顶模冷却通道6按玻璃条料的拉制方向对称分布，两侧顶模冷却通道6的间距为玻璃条料宽度的1/3～2/3，最后使底模2成5°～20°倾斜状，并使入口置于漏料管1端口之下；

⑵、给管状加热器通电，使玻璃成型腔体入口处温度达到光学玻璃转变温度Tg将高温玻璃液从漏料管1流出，玻璃液的厚度逐步增加，直至玻璃液在冷却通道6的区域填满模具腔体，至玻璃条料9走出模具腔体后，开始向冷却通道6通入冷却介质，控制使第二测温热电偶8处温度达到光学玻璃转变温度Tg的-150～+50℃的温度范围内；

⑷、玻璃条料9在自身重力和徐冷炉网带的牵引作用下，以和玻璃出料量匹配的速度走出模具腔体进入徐冷炉。

在玻璃条料9的成型过程中，给管状加热器通电，提高模具顶模3前端的温度，并通过自动仪表控制测温热电偶7的温度，减小玻璃液在堆积变厚程中产生的冷纹。另外，从冷却通道6通入冷却风或冷却水等冷却介质对模具顶模3经行冷却，使玻璃液表面迅速冷却固化，并通过调整冷却介质的流量让测温热电偶8处于恒定的温度。通过控制测温热电偶7和测温热电偶8的温度，使玻璃条料9的成型质量处于最好的状态。

下面具体介绍该成型装置在成型过程中的使用方法，如图7所示，在生产某Tg温度为600℃，100mm宽，40mm厚的镧系玻璃条料时，在玻璃液从漏料管1流出前，管状加热器4通电加热，使第一测温热电偶7的温度达到光学玻璃Tg-150℃～Tg+50℃的温度范围内，玻璃液从漏料管1流出后，玻璃液的厚度逐步增加，直至玻璃液在冷却装置6的区域填满模具腔体，等玻璃条料9走出模具腔体后，冷却装置6通入冷却介质进行冷却，控制冷却介质的流量使第二测温热电偶8的温度达到光学玻璃转变温度Tg的-150～+50℃的温度范围内。调整第一测温热电偶7的温度控制玻璃条料9的侧部冷纹和平行度，调整第二测温热电偶8的温度控制玻璃条料9的面部冷纹和平行度，调整玻璃条料9的牵引速度控制玻璃液在模具中的堆积程度和填充位置，最终使玻璃条料9的成型质量处于最佳状态，从而得到R2角很小的光学玻璃条料，玻璃的成型质量得到大幅提高，如图6所示。

总之，本发明对于大口径玻璃条料具有优良的适用性，通过控制第一测温热电偶7和第二测温热电偶8的温度，可以得到成型质量高的各种口径的光学玻璃条料，而且避免了镧系光学玻璃条料在成型过程中易出现表面条纹和析晶的问题。

Claims (9)

1.一种光学玻璃的成型装置，包括底模（2），其特征在于：还包括顶模（3）、加热装置（4）、底模冷却通道（5）、顶模冷却通道（6）、第一测温热电偶（7）和第二测温热电偶（8）；所述顶模（3）为U型槽，底模（2）为平面底板，顶模（3）与底模（2）安装在一起形成玻璃成型腔体；所述顶模冷却通道（6）、第二测温热电偶（8）设置在顶模（3）的上壁内；所述底模冷却通道（5）设置在底模（2）的板内；所述加热装置（4）、第一测温热电偶（7）设置在顶模（3）下方的U型槽内。

2.根据权利要求1所述的一种光学玻璃的成型装置，其特征在于：所述的U型槽的槽宽为100～200mm，槽高为40～80mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种光学玻璃的成型装置，其特征在于：所述的加热装置（4）为管状加热器，左右各一个，并且对称分布。

4.根据权利要求3所述的一种光学玻璃的成型装置，其特征在于：所述的管状加热器为直径为Ф8～Ф12mm、长度为80～150mm的不锈钢管状加热器。

5.根据权利要求1或2所述的一种光学玻璃的成型装置，其特征在于：所述的顶模（3）的前端削出50～100mm长的斜面。

6.根据权利要求1或2所述的一种光学玻璃的成型装置，其特征在于：所述的顶模冷却通道（6）的直径为Ф8～Ф12mm、长度为100～200mm，顶模冷却通道（6）按玻璃条料的拉制方向对称分布，两侧顶模冷却通道（6）的间距为玻璃条料宽度的1/3～2/3。

7.根据权利要求1或2所述的一种光学玻璃的成型装置，其特征在于：所述的底模（2）、顶模（3）的材质为铝青铜或者模具钢材料。

8.一种采用权利要求1所述的成型装置生产光学玻璃的工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴、将壁内设有顶模冷却通道（6）及第一测温热电偶（7）的U型槽顶模（3），与板内设有冷却通道（5）的底模（2）安装在一起形成玻璃成型腔体，并在顶模（3）下方安装加热装置（4）、第一测温热电偶（7），最后使底模（2）成倾斜状，并使入口置于漏料管1端口之下；

⑵、给加热装置（4）通电，使玻璃成型腔体入口处温度达到光学玻璃转变温度（Tg）的-150～+50℃的温度范围内；

⑶、将高温玻璃液从漏料管（1）流出，玻璃液的厚度逐步增加，直至玻璃液在冷却通道（6）的区域填满模具腔体，至玻璃条料（9）走出模具腔体后，开始向冷却通道（6）通入冷却介质，控制使第二测温热电偶（8）处温度达到光学玻璃转变温度（Tg）的-150～+50℃的温度范围内；

⑷、玻璃条料（9）在自身重力和徐冷炉网带的牵引作用下，以和玻璃出料量匹配的速度走出模具腔体进入徐冷炉。

9.一种根据权利要求1所述的成型装置生产光学玻璃的工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

⑴、将槽宽为100～200mm、槽高为40～80mm、壁内设有顶模冷却通道（6）及第一测温热电偶（7）的U型槽顶模（3），与板内设有冷却通道（5）的底模（2）安装在一起形成玻璃成型腔体，顶模（3）的前端削出50～100mm长的斜面，并在顶模（3）下方安装管状加热器、第一测温热电偶（7），顶模冷却通道（6）的直径为Ф8～Ф12mm、长度为100～200mm，顶模冷却通道（6）按玻璃条料的拉制方向对称分布，两侧顶模冷却通道6的间距为玻璃条料宽度的1/3～2/3，最后使底模（2）成5°～20°倾斜状，并使入口置于漏料管（1）端口之下；

⑵、给管状加热器通电，使玻璃成型腔体入口处温度达到光学玻璃转变温度（Tg）的-150～+50℃的温度范围内；

⑶、将高温玻璃液从漏料管（1）流出，玻璃液的厚度逐步增加，直至玻璃液在冷却通道（6）的区域填满模具腔体，至玻璃条料（9）走出模具腔体后，开始向冷却通道（6）通入冷却介质，控制使第二测温热电偶（8）处温度达到光学玻璃转变温度（Tg）的-150～+50℃的温度范围内；

⑷、玻璃条料（9）在自身重力和徐冷炉网带的牵引作用下，以和玻璃出料量匹配的速度走出模具腔体进入徐冷炉。