CN103979944B - 静压成型空心辊生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石英陶瓷辊生产领域，具体涉及一种静压成型空心辊生产工艺。其生产工艺工序依次是颗粒料级配，造粒，振动装料，冷等静压成型，脱模，烧结，精加工，装配检验，入库。优点是使用合理的模具，原料消耗少，在应用中极大的降低玻璃的热量损耗，有效的防止玻璃形变及白雾缺陷的出现，提高产品制成率；陶瓷辊棒本体的右端圆柱销与销孔为过盈配合，装配时将金属端套加热，使得销孔的内径增加，将陶瓷辊棒本体进行装配，待金属端套冷却后，即可达到紧密连接的效果，且不易松动；它能够增加金属端套跟陶瓷辊棒本体间的结合力，依靠金属端套本身的应力，达到彻底解决金属端套的松动、脱套问题的目的。
Description
技术领域
本发明涉及石英陶瓷辊生产领域，具体涉及一种静压成型空心辊生产工艺。
背景技术
石英陶瓷辊是玻璃钢化炉的关键部件，对钢化玻璃的质量起到了决定性的作用。在连续金属带材热处理炉中，辊道起承托和传输金属带材的作用，直接关系到金属带材处理后的表面质量。目前我国所用的辊道基本上是传统的碳套辊（即石墨辊），其次是耐热钢陶瓷涂层辊。碳套辊高温易氧化，寿命低；陶瓷涂层辊在高温下易结瘤且因涂层与基材热性质差别较大，易爆裂。碳套辊与石英陶瓷空心辊相比，其缺点是（１）使用温度低，一般小于９５０℃，限制了热处理温度的提高；（２）硬度低，不耐磨损，从而影响热处理线速度的提高和使用寿命；（３）高温下易氧化，只能在还原气氛下使用；（４）使用寿命短，只有２～４个月，生产成本高，劳动强度大。由于石英陶瓷空心辊具有优良的热震稳定性和抗结瘤性，表面精度高，耐磨性好，适用于氧化、还原及中性气氛，可在110℃以下长期使用，因此成为替代传统辊道的最理想材料。
石英陶瓷辊是由高纯度的SiO2制成的是一种非晶态材料强度高耐磨性良好。石英陶瓷辊和石墨碳套辊同为非金属材料均耐高温但是该材料热膨胀系数极低仅是石墨膨胀系数的1/4因此耐急冷急热性能良好可以快速升温、降温而不会出现因热应力变化而使其剥落和破裂。该材料质地细密经磨削后其表面光洁度良好不易结瘤。并且在大于900℃以上高温中以及低露点的干保护气氛下显示出良好的热稳定性特别是抗氧化性优良和耐结瘤性能优于其它材料的炉辊因此使用寿命长。在玻璃行业中退火工序的应用玻璃行业中玻璃退火工序的温度区域在600-900℃属于低温工作环境。目前应用在这个行业中的辊棒是熔融石英辊棒。国外已经用熔融石英陶瓷空心辊棒替代耐热钢辊棒使用获得成功使用熔融石英辊棒后大大减少了厚玻璃底部表面的缺陷数量生产高质量薄玻璃时的氧化锡附着现象明显减少。另外由于熔融石英辊棒的导热率极低降低了玻璃底部表面的过快冷却从而消除了应力裂纹。可见熔融石英陶瓷辊棒在玻璃行业推广后对降低生产成本、提高产品质量和档次具有明显的作用。
空心石英陶瓷辊与实心石英陶瓷辊相比，具有耗材少，制备工艺简单，热量损耗小。在应用中能够极大的降低玻璃的热量损耗，有效的防止了玻璃形变及白雾等缺陷的出现。能大大的提高产品制成率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种静压成型空心辊生产工艺，工艺技术成熟，使用合理的模具，原料消耗少，热量损耗小，在应用中能够极大的降低玻璃的热量损耗，有效的防止了玻璃形变及白雾等缺陷的出现，能大大的提高产品制成率。
为了达到上述发明目的，本发明提出以下技术方案：
静压成型空心辊生产工艺，其生产工艺工序依次是颗粒料级配，造粒，振动装料，冷等静压成型，脱模，烧结，精加工，装配检验，入库，具体是以下步骤：
1）颗粒料级配：原材料选用SiO2含量为95.00%-99.99%，中位径D50在30-50μm，颗粒度分布满足正态分布曲线；
2）造粒：使用喷雾造粒技术把原料加工成需要的颗粒，比表面积要求是20-35m2/g；
3）振动装料：芯棒采用石英陶瓷芯棒，表面粗糙度0.4-2.0μm，模具采用NBR橡胶模具，装料时将装好芯棒的模具置于振动器上进行装料，料装好后继续振动10s左右；
4）冷等静压成型：将装好料的模具放到框架式冷等静压机中的液压缸内，进行加压、保压和泄压操作，压力100-200MPa，保压时间60-90s，卸压60-90s，最后把冷等静压成型后装有料模具取出冲洗干净；
5）脱模：先将一端端帽取下，然后将毛坯辊沿水平导轨方向拔出并置于物料架上；
6）烧结：在间歇式窑炉或连续式窑炉内通过低温阶段、氧化分解与晶型转变阶段、再次氧化分解与烧成阶段、高温保温阶段、冷却阶段，再冷却阶段六步法烧制得到高性能石英陶瓷；
7）精加工：把烧结成型的毛坯辊放到数控车床上加工，去除外表面疏松部分、纠正毛坯辊偏心度，然后用磨床修正辊子的粗糙度、调整外径尺寸精度及跳动值；
8）装配：将钢轴套安装毛坯辊端侧；
9）检验：对产品进行同心度检验、光洁度检验、微裂纹检验、断裂强度、韧性检验；
10）入库：检验合格的产品进行入库。
对于第3）步中所述的模具包括模具分为芯棒、主体和两端端冒，端帽中间是圆柱形槽，圆柱形槽外侧还有环形槽，主体是圆柱形空心柱体，且两端外侧开有圆柱形环槽，端帽装在主体两侧，芯棒装在两端帽的中间圆柱形槽内，位于主体内部。
对于第5）步中所述的烧结步骤中所述低温阶段为温度由室温升至300℃±20℃的过程，该过程份两步：具体如下：在室温-（120～140）℃，迅速升温，速度为2-10℃/分钟；在（120-140）℃-300℃，均匀升温1-2℃/min，时间控制在110分钟至120分钟之间,温度由120-140℃逐渐加温到300℃；在此过程中，需要通风排湿，排湿的工艺条件是干燥炉内湿度达到60%；当通风排湿后湿度降低到30%以下时，停止通风排湿；所述氧化分解与晶型转变阶段，该阶段的温度为300～950℃；保温时间控制在90分钟至100分钟之间；所述再次氧化分解与烧成阶段，该阶段的温度控制在950～1100℃之间，保温时间控制在150分钟至160分钟；所述高温保温阶段，该阶段在1100-1300±20℃的温度下进行烧结，并高温保温600分钟±10分钟；所述冷却阶段，该阶段的温度控制在1100～400℃；分冷却初期：由烧成温度1100℃冷却至800℃，这是冷却过程的重要阶段，采取快冷的方法，时间控制在55-60分钟之间；冷却中期：由800℃冷却至400℃，这是冷却的最危险阶段，石英由塑性变为固态，同时又有残余石英晶型转变，在573℃时α-SiO2→β-SiO2，体积收缩0.82%，该阶段冷却速率必须缓慢，时间控制在80-90分钟之间；所述再冷却阶段从400℃冷却至室温，采用自然冷却工艺方法，燃烧停止。
对于第4）步所述的冷等静压技术是指在室温环境下进行的等静压成型技术，通常用橡胶和塑料作包套模具材料，以液体为压力介质，工作压力范围在100-630MPa，主要用于粉末成形。其目的是为下一步烧结、煅造或热等静压等工序提供预制品。等静压成型是将待压试样置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压，当液体介质通过压力泵注入压力容器时，根据流体力学原理，其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。此时高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。通过上述方法使瘠性粉料成型致密坯体的方法称为等静压法。
对于第2）步内所述的喷雾造粒技术是采用压力式雾化器借助隔膜泵的压力将溶液或浆状的物料雾化成细微液滴，使表面积显著增大，经与热风进行充分热交换得以快速干燥(十几秒至几十秒)，从而得到粉体或细小颗粒产品的设备。
使用静压成型空心辊生产工艺制造的新型陶瓷辊棒，所述的新型陶瓷辊棒包括陶瓷辊棒本体及金属端套，所述金属端套套装在所述陶瓷辊棒本体的轴端；所述陶瓷辊棒本体是一细长的空心陶瓷；所述的金属端套的一端设有销孔，所述陶瓷辊棒本体设置在销孔内，所述陶瓷辊棒本体两侧设有圆柱销，所述圆柱销与销孔为过盈配合。
本发明的优点是工艺技术成熟，使用合理的模具，原料消耗少，热量损耗小，在应用中能够极大的降低玻璃的热量损耗，有效的防止了玻璃形变及白雾等缺陷的出现，能大大的提高产品制成率；陶瓷辊棒本体的右端右端圆柱销与销孔为过盈配合，装配时将金属端套加热，使得销孔的内径增加，将陶瓷辊棒本体进行装配，待金属端套冷却后，即可达到紧密连接的效果，且不易松动；它能够增加金属端套跟陶瓷辊棒本体间的结合力，依靠金属端套本身的应力，达到彻底解决金属端套的松动、脱套问题的目的。避免在高温下石英陶瓷辊棒本体与金属端套间出现松动现象，保证在高温下陶瓷辊棒本体与金属端套之间可传递足够大的扭矩降低制造成本。
附图说明
图1是本发明中模具的结构示意图。
图2是本发明中模具的端帽的侧视图。
图3是本发明中模具的主体的侧视图。
图4是本发明的新型陶瓷辊棒示意图。
图5是本发明的新型陶瓷辊棒的结构连接示意图。
具体实施方式
静压成型空心辊生产工艺，其生产工艺工序依次是颗粒料级配，造粒，振动装料，冷等静压成型，脱模，烧结，精加工，装配检验，入库，具体是以下步骤：
1）颗粒料级配：原材料选用SiO2含量为95%-99.98%，中位径D50在30-50μm，颗粒度分布满足正态分布曲线；
2）造粒：使用喷雾造粒技术把原料加工成需要的颗粒，比表面积要求是20-35m2/g；所述的喷雾造粒技术是采用压力式雾化器借助隔膜泵的压力将溶液或浆状的物料雾化成细微液滴，使表面积显著增大，经与热风进行充分热交换得以快速干燥(十几秒至几十秒)，从而得到粉体或细小颗粒产品的设备；
3）振动装料：芯棒采用石英陶瓷芯棒，表面粗糙度0.4-2.0μm，模具采用NBR橡胶模具，装料时将装好芯棒的模具置于振动器上进行装料，料装好后继续振动10s左右；
4）冷等静压成型：将装好料的模具放到框架式冷等静压机中的液压缸内，进行加压、保压和泄压操作，压力100-200MPa，保压时间60-90s，卸压60-90s，最后把冷等静压成型后装有料模具取出冲洗干净；所述的冷等静压技术是指在室温环境下进行的等静压成型技术，通常用橡胶和塑料作包套模具材料，以液体为压力介质，工作压力范围在100-630MPa，主要用于粉末成形。其目的是为下一步烧结、煅造或热等静压等工序提供预制品。等静压成型是将待压试样置于高压容器中，利用液体介质不可压缩的性质和均匀传递压力的性质从各个方向对试样进行均匀加压，当液体介质通过压力泵注入压力容器时，根据流体力学原理，其压强大小不变且均匀地传递到各个方向。此时高压容器中的粉料在各个方向上受到的压力是均匀的和大小一致的。
5）脱模：先将一端端帽取下，然后将毛坯辊沿水平导轨方向拔出并置于物料架上；
6）烧结：在间歇式窑炉或连续式窑炉内通过低温阶段、氧化分解与晶型转变阶段、再次氧化分解与烧成阶段、高温保温阶段、冷却阶段，再冷却阶段六步法烧制得到高性能石英陶瓷；所述低温阶段为温度由室温升至300℃±20℃的过程，该过程份两步：具体如下：在室温-（120～140）℃，迅速升温，速度为2-10℃/分钟；在（120-140）℃-300℃，均匀升温1-2℃/min，时间控制在110分钟至120分钟之间,温度由120-140℃逐渐加温到300℃；在此过程中，需要通风排湿，排湿的工艺条件是干燥炉内湿度达到60%；当通风排湿后湿度降低到30%以下时，停止通风排湿；所述氧化分解与晶型转变阶段，该阶段的温度为300～950℃；保温时间控制在90分钟至100分钟之间；所述再次氧化分解与烧成阶段，该阶段的温度控制在950～1100℃之间，保温时间控制在150分钟至160分钟；所述高温保温阶段，该阶段在1100-1300±20℃的温度下进行烧结，并高温保温600分钟±10分钟；所述冷却阶段，该阶段的温度控制在1100～400℃；分冷却初期：由烧成温度1100℃冷却至800℃，这是冷却过程的重要阶段，采取快冷的方法，时间控制在55-60分钟之间；冷却中期：由800℃冷却至400℃，这是冷却的最危险阶段，石英由塑性变为固态，同时又有残余石英晶型转变，在573℃时α-SiO2→β-SiO2，体积收缩0.82%，该阶段冷却速率必须缓慢，时间控制在80-90分钟之间；所述再冷却阶段从400℃冷却至室温，采用自然冷却工艺方法，燃烧停止。
7）精加工：把烧结成型的毛坯辊放到数控车床上加工，去除外表面疏松部分、纠正毛坯辊偏心度，然后用磨床修正辊子的粗糙度、调整外径尺寸精度及跳动值；
8）装配：将钢轴套安装在毛坯辊端侧；
9）检验：对产品进行同心度检验、光洁度检验、微裂纹检验、断裂强度、韧性检验；
10）入库：检验合格的产品进行入库。
参照附图1-3，对于第3）步中所述的模具包括模具分为芯棒1、主体2和两端端冒3，端帽3中间是圆柱形槽31，圆柱形槽31外侧还有环形槽32，主体2是圆柱形空心柱体，且两端外侧开有圆柱形环槽23，端帽3两侧装在主体两侧，芯棒1装在两端帽3的中间圆柱形槽31内，位于主体2内部；所述的主体2为圆柱形的空心柱体。
参照附图4-5，使用静压成型空心辊生产工艺制造的新型陶瓷辊棒，所述的新型陶瓷辊棒包括陶瓷辊棒本体4及金属端套5，所述金属端套5套装在所述陶瓷辊棒本体4的轴端；所述陶瓷辊棒本体4是一细长的空心陶瓷；所述的金属端套5的一端设有销孔51，所述陶瓷辊棒本体设置在销孔51内，所述陶瓷辊棒本体4两侧设有圆柱销41，所述圆柱销41与销孔51为过盈配合。
Claims (2)
1.静压成型空心辊生产工艺，其特征在于其生产工艺工序依次是颗粒料级配，造粒，振动装料，冷等静压成型，脱模，烧结，精加工，装配检验，入库，具体是以下步骤：
1)颗粒料级配：原材料选用SiO2含量为95.00％-99.99％，中位径D50在30-50μm，颗粒度分布满足正态分布曲线；
2)造粒：使用喷雾造粒技术把原料加工成需要的颗粒，比表面积要求是20-35m2/g；
3)振动装料：芯棒采用石英陶瓷芯棒，表面粗糙度0.4-2.0μm，模具采用NBR橡胶模具，装料时将装好芯棒的模具置于振动器上进行装料，料装好后继续振动10s左右；所述的模具包括芯棒、主体和两端端冒，端帽中间是圆柱形槽，圆柱形槽外侧还有环形槽，主体是圆柱形空心柱体，且两端外侧开有圆柱形环槽，端帽两侧装在主体两侧，芯棒装在两端帽的中间圆柱形槽内，位于主体内部；所述的主体为圆柱形空心管；
4)冷等静压成型：将装好料的模具放到框架式冷等静压机中的液压缸内，进行加压、保压和泄压操作，压力100-200MPa，保压时间60s-90s，卸压60s-90s，最后把冷等静压成型后装有料模具取出冲洗干净；
5)脱模：先将一端端帽取下，然后将毛坯辊沿水平导轨方向拔出并置于物料架上；
6)烧结：在间歇式窑炉或连续式窑炉内通过低温阶段、氧化分解与晶型转变阶段、再次氧化分解与烧成阶段、高温保温阶段、冷却阶段，再冷却阶段六步法烧制得到高性能石英陶瓷；
7)精加工：把烧结成型的毛坯辊放到数控车床上加工，去除外表面疏松部分、纠正毛坯辊偏心度，然后用磨床修正辊子的粗糙度、调整外径尺寸精度及跳动值；
8)装配：将钢轴套安装在毛坯辊端侧；
9)检验：对产品进行同心度检验、光洁度检验、微裂纹检验、断裂强度、韧性检验；
10)入库：检验合格的产品进行入库。
2.根据权利要求1所述的静压成型空心辊生产工艺，其特征是第6)步中所述的烧结步骤中所述低温阶段为温度由室温升至300℃±20℃的过程，该过程分两步：具体如下：在室温-(120～140)℃，迅速升温，速度为2-10℃/分钟；在(120-140)℃-300℃，均匀升温1-2℃/min，时间控制在110分钟至120分钟之间,温度由120-140℃逐渐加温到300℃；在此过程中，需要通风排湿，排湿的工艺条件是干燥炉内湿度达到60％；当通风排湿后湿度降低到30％以下时，停止通风排湿；所述氧化分解与晶型转变阶段，该阶段的温度为300～950℃；保温时间控制在90分钟至100分钟之间；所述再次氧化分解与烧成阶段，该阶段的温度控制在950～1100℃之间，保温时间控制在150分钟至160分钟；所述高温保温阶段，该阶段在1100-1300±20℃的温度下进行烧结，并高温保温600分钟±10分钟；所述冷却阶段，该阶段的温度控制在1100～400℃；分冷却初期：由烧成温度1100℃冷却至800℃，这是冷却过程的重要阶段，采取快冷的方法，时间控制在55-60分钟之间；冷却中期：由800℃冷却至400℃，这是冷却的最危险阶段，石英由塑性变为固态，同时又有残余石英晶型转变，在573℃时α-SiO2→β-SiO2，体积收缩0.82％，该阶段冷却速率必须缓慢，时间控制在80-90分钟之间；所述再冷却阶段从400℃冷却至室温，采用自然冷却工艺方法，燃烧停止。
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