CN105856429A - 一种降低玻璃孔加工应力集中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，包括以下步骤：装配倒角钻头，将外径小于设定玻璃孔孔径的端头靠近钻头工作环，倒角环处于钻头工作环的后侧且倒角环装配在钻头基体上；下钻加工，钻头在玻璃的下端面钻过渡槽，钻头工作环的端面外径处的钻槽深度小于玻璃下端面设定的倒角深度；上钻加工，钻头在玻璃的上端面对应过渡槽处进行钻孔和钻外倒角，钻头工作环的端面外径处钻孔至过渡槽的底部或贯穿过渡槽的底部；二次下钻加工，钻头在玻璃的过渡槽处钻内倒角，完成玻璃孔加工。本发明实现端面、内倒角崩边小，无交接口，孔壁均匀光滑，确保内倒角为钝角，解决或缓解了玻璃孔加工中应力集中的问题，使玻璃强度得到保证。

Description

一种降低玻璃孔加工应力集中的方法

技术领域

本发明涉及玻璃加工技术领域，特别涉及一种降低玻璃孔加工应力集中的方法。

背景技术

玻璃的孔加工普遍采用粉末冶金方法制造的金刚石工具进行，通常指钻孔及倒角。现有技术也有采用电镀金刚石工具的，但由于属于表镶式工具，使用寿命短，制造方法不利于环保，故逐渐被放弃。

目前薄玻璃普遍采取对钻工艺，相向先后钻孔，这种方法将单向钻在贯穿时玻璃端面较大崩边的现象转移并缓解到了玻璃中部的交接口处。然而，由于机器、工具的装配精度，工具本身的精度，以及对钻的两只钻头直径磨耗速率不同等因素的影响，无法避免交接口的错位及崩边。同时，钻头钻进时，在玻璃端面形成了直角边及崩边。上述种种，均形成了应力集中。

薄玻璃一般指厚度小于3㎜(其中厚度在1.1㎜以下的又称为超薄玻璃)，对于应力集中极为敏感，其应力集中是玻璃爆裂的重要因素之一。

为了降低应力集中，目前通常采用对玻璃孔实施倒角加工处理，一方面将90°直角放大到钝角(通常是90°+45°＝135°)，一方面将端面及内倒角处的崩边宽(深)度缩小，同时还必须尽可能的保证孔壁厚度满足强度的要求。常用方式一：采用组合式金刚石倒角钻头，倒角环组合装配在钻头工作环的外壁上，对打方式，玻璃两端的钻孔和倒角分别一次性完成。常用方式二：采用整体式金刚石倒角钻头，倒角环和钻环整体制造而成，对打方式，玻璃两端的钻孔和倒角分别一次性完成。上述方式，均难以避免或消除交接口处的应力集中。

方式一还存在如下问题：第一，倒角环的内径大于钻头的直径，必然和钻头形成一定量的间隙，组合装配在钻头上的倒角环极易出现偏心工作而带来内倒角处的崩边。第二，倒角环和钻头圆周配合的交界面是个薄弱环节，极易出现拉槽现象，造成玻璃凸起或挤碎爆边现象。第三，倒角环的端部尖角为锐角，受到形状的约束和受力的影响，尖部的金刚石极易脱落而失角变形为小平台，造成玻璃内倒角处趋于形成直角。上述这些问题，都带来应力集中的问题。

方式二还存在如下问题：第一，由于倒角环和钻头的工作原理不尽相同，加工量悬殊，磨损程度差异较大，易造成几何关系失配，需要频繁的修复以恢复几何关系。第二，采用同种配方制作整体倒角钻头，则难以兼顾钻孔和倒角的加工性能和质量要求，顾此失彼。但采用不同的两种配方制作倒角环和钻头，制造工艺复杂，成本较高。第三，由于倒角环属于不等量磨削，使用过程中，尤其倒角环尖部处，不断发生变形，需要频繁的修复以恢复形状。但是，由于强度对薄玻璃孔壁厚度的限制，倒角量很小，倒角环尖部处的修复范围很小，因此需要专业设备和精细加工，这给实际的应用带来多方面的障碍。

目前，采用粉末冶金金刚石工具及加工方法都难以满足对薄玻璃孔加工的技术要求，玻璃越薄，其难度越大。

发明内容

本发明的目的，针对上述问题，提供一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，实现端面、内倒角崩边小，无交接口，孔壁均匀光滑，确保内倒角为钝角，解决或缓解了玻璃孔加工中应力集中的问题，使玻璃强度得到保证。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，包括以下步骤：

步骤1.装配倒角钻头，将外径小于设定玻璃孔孔径的端头靠近钻头工作环，倒角环处于钻头工作环的后侧且倒角环装配在钻头基体上；

步骤2.下钻加工，钻头在玻璃的下端面钻过渡槽，钻头工作环的端面外径处的钻槽深度小于玻璃下端面设定的倒角深度，完成后退回；

步骤3.上钻加工，钻头在玻璃的上端面对应过渡槽处进行钻孔和钻外倒角，钻头工作环的端面外径处钻孔至过渡槽的底部或贯穿过渡槽的底部，完成后退回；

步骤4.二次下钻加工，钻头在玻璃的过渡槽处钻内倒角，完成后退回，完成玻璃孔加工。

本发明的有益效果是：倒角环处于所述钻头工作环的后侧，能有效保障倒角环尖部加工处的强度，提高抗失形能力，便于进行精细钻孔和倒角，提升了加工精度；再者倒角环处于所述钻头工作环的后侧，还能有效避免或消除玻璃交接口处的应力集中；倒角环可拆卸的装配在钻头基体上，便于对倒角环进行修复，同时也便于制造，降低了钻头的生产难度；端头的外径小于玻璃孔的孔径，避免钻内倒角过程中产生内倒角崩边的现象；下钻加工过程中进行钻过渡槽，过渡槽能将贯穿时玻璃端面时产生的较大崩边现象转移并缓解到玻璃孔内的交接口处，避免出现玻璃端面较大崩边，提升了加工精度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述钻头包括第一钻头和第二钻头，所述第一钻头对玻璃进行下钻加工和二次下钻加工，第二钻头对玻璃进行上钻加工；所述第一钻头上设置有第一钻头工作环，所述第二钻头上设置有第二钻头工作环，第二钻头工作环的内径小于或等于第一钻头工作环的外径，第一钻头工作环的外径小于或等于第二钻头工作环的外径。

采用上述进一步方案的有益效果是：第二钻头工作环的内径小于或等于第一钻头工作环的外径，第一钻头工作环的外径小于或等于第二钻头工作环的外径，可以有效的规避上钻加工时，玻璃芯脱落的冲击性崩边超过过渡槽而继续造成玻璃下端面的崩边过大。

进一步，所述第一钻头工作环的端面为倾斜端面，所述倾斜端面与所述钻头轴向之间的夹角为α，所述夹角α的角度范围为30°≤α≤60°

采用上述进一步方案的有益效果是：倾斜端面在第一钻头工作环钻过渡槽时，使过渡槽内钻槽的内侧深度大于钻槽的外侧深度，第二钻头工作环先钻穿钻槽的内侧，使玻璃芯提早脱落，避免玻璃芯脱落时的冲击性崩边超过过渡槽而继续造成玻璃下端面的崩边过大；同时，降低了交接口处的崩边超过孔径的概率。

进一步，所述玻璃孔的孔径设定为Φ，所述端头的外径为φ1，φ1小于或等于Φ-0.5㎜，且其外径φ1大于或等于Φ-2㎜。

采用上述进一步方案的有益效果是：有利于提高倒角环端头处的强度和形状的保持。

进一步，所述钻头内设置有向所述钻头工作环输出冷却水的通水孔，在所述通水孔内且靠近所述钻头工作环位置设置有缓冲水流冲击玻璃芯的缓冲装置。

采用上述进一步方案的有益效果是：缓冲装置能阻止通水孔内通入的冷却水在以钻头轴线为中心的一定区域内直接冲击玻璃芯，降低玻璃芯脱落时的冲击性崩边，同时有利于冷却水向倒角环分流。

进一步，所述倒角环与所述钻头基体之间设置有环绕所述钻头基体的环状水流通道，所述钻头基体上对应于所述环状水流通道的位置设置有一个以上的出水孔，所述出水孔连通所述通水孔和所述环状水流通道。

采用上述进一步方案的有益效果是：通水孔的水流在离心力的作用下通过出水孔进入环状水流通道，经倒角环的水口，作用在磨削面上，提升了加工时的冷却效果；同时也避免水压所造成玻璃芯脱落时的冲击性崩边过大。

进一步，所述钻头工作环与倒角环之间设置有环状出水口，所述环状出水口与所述环状水流通道连通。

采用上述进一步方案的有益效果是：环状出水口能提升了倒角加工时对加工处的冷却，有利于细颗粒金刚石的磨削，减少倒角磨削过程对内倒角的崩边。同时，可以用以调节水压，避免水压所造成玻璃芯脱落时的冲击性崩边过大。

进一步，所述端头上设置有环形平面，所述环形平面的环宽为0.5～1㎜。

采用上述进一步方案的有益效果是：环形平面的环宽为0.5～1㎜，有利于提高倒角环的端头尖角处的强度和形状的保持，端头过小则造成浪费，环形平面过宽则给修复带来无谓的加工量。

进一步，所述倒角环倒角过程中与所述玻璃的环形接触面为圆弧状。

采用上述进一步方案的有益效果是：便于进行钻倒角时，使玻璃内倒角呈圆弧平滑过渡，进一步降低应力集中。

进一步，所述玻璃的厚度小于3㎜。

附图说明

图1为玻璃孔的结构示意图；

图2为第二钻头的主视图；

图3为图2的GG剖视图；

图4为图3的CC剖视图；

图5为第二钻头的缓冲装置的结构示意图；

图6为第一钻头的主视图；

图7为图6的HH剖视图；

图8为图7的FF剖视图；

图9为倒角环的主视图；

图10为倒角环的正视图；

图11为图10的仰视图；

图12为图11的侧视图；

图13为图12的BB剖视图；

图14为钻头的结构示意图；

图15为图14的AA剖视图；

图16为下钻加工中钻头钻过渡槽的示意图；

图17为图16中D处的放大图；

图18为图16中E处的放大图；

图19为上钻加工中钻头钻孔的示意图；

图20为图19中B处的放大图；

图21为图19中C处的放大图；

图22为上钻加工中钻头贯穿玻璃的示意图；

图23为二次下钻加工中钻倒角的示意图；

图24为图11中F处的放大图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、钻头基体；

2、钻头工作环，21、第一钻头工作环，22、第二钻头工作环；

3、倒角环，4、端头，5、玻璃，6、倾斜端面，7、通水孔，8、缓冲装置，9、环状水流通道，10、出水孔，11、环状出水口，12、环形平面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：

设定玻璃厚度H，孔径为Φ，倒角在玻璃端面的环宽b，孔加工后的孔壁玻璃厚度h满足对玻璃的强度要求；

一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，包括以下步骤：

步骤1.装配倒角钻头，将外径小于设定玻璃孔孔径的端头4靠近钻头工作环2，倒角环3处于钻头工作环2的后侧且倒角环3装配在钻头基体1上；端头4的外径φ1小于设定玻璃孔的孔径Φ，其中0.5㎜≤Φ-φ1≤2㎜；

步骤2.下钻加工，钻头在玻璃5的下端面钻过渡槽，钻头工作环2的端面外径处的钻槽深度小于玻璃5下端面设定的倒角深度，完成后退回；

下钻加工过程中，钻头工作环2的端面外径处的钻孔深度Z1，倒角环3沿钻头基体1的轴向倒角角度θ，钻头工作环2的端面外径处伸出倒角环的长度T1，同时满足：T1≧Z1，Z1＜cotθ*b；

步骤3.上钻加工，钻头在玻璃5的上端面对应过渡槽处进行钻孔和钻外倒角，钻头工作环2的端面外径处钻孔至过渡槽的底部或贯穿过渡槽的底部，完成后退回；

钻头工作环2的端面外径处的钻孔深度Z2，倒角环3沿钻头基体1的轴向倒角角度θ,外倒角深度D2，钻头工作环2的端面外径处伸出倒角环的长度T2，同时满足：Z2≧H-Z1，D2＝cotθ*b，T2≥H-Z1-D2；

步骤4.二次下钻加工，钻头在玻璃5的过渡槽处钻内倒角，完成后退回，完成玻璃孔加工；

二次下钻加工的内倒角深度D1，且D1＝cotθ*b。

优选的，所述钻头包括第一钻头和第二钻头，所述第一钻头对玻璃进行下钻加工和二次下钻加工，第二钻头对玻璃进行上钻加工；所述第一钻头上设置有第一钻头工作环21，所述第二钻头上设置有第二钻头工作环22，第二钻头工作环22的内径小于或等于第一钻头工作环21的外径，第一钻头工作环21的外径小于或等于第二钻头工作环22的外径。

优选的，第一钻头工作环的端面外径处伸出倒角环3的长度T1，同时满足：T1≥(H-D1-D2)，T1≧Z1。

优选的，所述第一钻头工作环21的端面为倾斜端面6，所述倾斜端面与所述钻头轴向之间的夹角为α，所述夹角α的角度范围为30°≤α≤60°

优选的，所述玻璃孔的孔径设定为Φ，所述端头4的外径为φ1，φ1小于或等于Φ-0.5㎜，且其外径φ1大于或等于Φ-2㎜。

优选的，所述钻头内设置有向所述钻头工作环2输出冷却水的通水孔7，在所述通水孔7内且靠近所述钻头工作环2位置设置有缓冲水流冲击玻璃芯的缓冲装置8；缓冲装置8能阻止由通水孔7通入的冷却水在以钻头轴线为中心的一定区域内直接冲击玻璃芯，设定该区域半径R，则区域半径R大于通水孔直径的八分之一长度，区域半径R小于通水孔直径的三分之一长度。

优选的，所述倒角环3与所述钻头基体1之间设置有环绕所述钻头基体1的环状水流通道9，所述钻头基体1上对应于所述环状水流通道9的位置设置有一个以上的出水孔10，所述出水孔10连通所述通水孔7和所述环状水流通道9。

优选的，所述钻头工作环2与倒角环3之间设置有环状出水口11，所述环状出水口11与所述环状水流通道9连通；环状出水口11的宽度为δ，且0.05㎜≤δ≤0.5㎜。

优选的，所述端头4上设置有环形平面12，所述环形平面12的环宽为0.5～1㎜。

优选的，所述倒角环3倒角过程中与所述玻璃5的环形接触面为圆弧状。

优选的，所述玻璃5的厚度小于3㎜。

实施例2：

太阳能电池用玻璃，厚度H＝1.8㎜，孔径Φ＝20㎜，由于电池组件层压时，玻璃处于受力状态，玻璃孔加工的应力集中问题，是玻璃爆裂的重要因素之一，故需要降低孔加工的应力集中。

如图1所示，为了确保玻璃强度，设定孔壁的厚度不低于h＝1.2㎜，为降低应力集中，孔加工端面倒角宽度b＝0.5㎜，轴向夹角θ＝60°(即径向夹角30°，D2为上钻加工的外倒角深度，D1为二次下钻加工的内倒角深度，计算可知：D2＝D1＝0.29㎜)，使孔90°直角变成钝角(即二次下钻加工倒角的角度为90°+30°＝120°)。

采用玻璃水平放置的数控卧式钻孔机(若采用玻璃竖立放置的数控立式钻孔机，则先钻一侧等效下钻，后钻的一侧等效上钻)，内冷式供水。

下钻加工和二次下钻加工选择第一钻头进行钻孔，上钻加工选择第二钻头进行钻孔，第一钻头和第二钻头均为相同直径20㎜的钻头，钻头壁厚为0.6㎜，钻头通水孔直径7.5㎜，设置了通水的缓冲装置，其半径R＝1.25㎜。

如图2至图5所示，第二钻头对应装配第二钻头工作环，第二钻头工作环端面的轴向夹角α＝90°。

如图6至图8所示，第一钻头对应装配第一钻头工作环，第一钻头工作环端面轴向夹角α＝60°，第一钻头工作环端面的内径处比其外径处长0.35㎜。

如图图9至图13所示，倒角环3装配置于钻头工作环2之后，倒角环3靠近钻头工作环2的端头9的外径φ1＝19mm，端头的内径17㎜，其径向夹角30°，第二端头的直径22㎜。

如图14和图15所示，倒角环3和钻头基体1之间设有环状水流通道6，钻头基体1设置有三个出水孔7，与环状水流通道6连通，倒角环3设置有三个水口，倒角环3靠近钻头工作环1的端头9和钻头基体1台阶处间隙δ＝0.25㎜，构成环状出水口8。

如图16至图18所示，下钻加工，钻孔深度为Z1＝0.2㎜(此时，第一钻头工作环21的内径处的钻进深度为0.2+0.35＝0.55㎜)，形成一个过渡槽，钻后退回。

如图19至图21所示，上钻加工,当钻孔进至靠近1.8-0.55＝1.25㎜深度时，玻璃芯在水压的作用下，将先行产生脱落，由于过渡槽的作用，其对孔壁及下端面的冲击性崩边受到限制；

如图22所示，继续钻进，当第二钻头工作环22的端面外径处的钻孔深度Z2＞(1.8-0.2)㎜时，贯穿玻璃，继续前行并进行倒角加工，实现玻璃上端面的倒角深度D2＝0.29㎜，完成退回。

如图23和图24所示，二次下钻加工，进行倒角加工，实现玻璃下端面的倒角深度D1＝0.29㎜，完成退回；整个孔加工完成。

本发明，亦可用于常规厚度玻璃孔加工，在降低应力集中、获得均匀光滑的孔壁质量、消除内倒角崩边、确保内倒角形状规范等多方面，获得有益效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.装配倒角钻头，将外径小于设定玻璃孔孔径的端头(4)靠近钻头工作环(2)，倒角环(3)处于钻头工作环(2)的后侧且倒角环(3)装配在钻头基体(1)上；

步骤2.下钻加工，钻头在玻璃(5)的下端面钻过渡槽，钻头工作环(2)的端面外径处的钻槽深度小于玻璃(5)下端面设定的倒角深度，完成后退回；

步骤3.上钻加工，钻头在玻璃(5)的上端面对应过渡槽处进行钻孔和钻外倒角，钻头工作环(2)的端面外径处钻孔至过渡槽的底部或贯穿过渡槽的底部，完成后退回；

步骤4.二次下钻加工，钻头在玻璃(5)的过渡槽处钻内倒角，完成后退回，完成玻璃孔加工。

2.根据权利要求1所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述钻头包括第一钻头和第二钻头，所述第一钻头对玻璃进行下钻加工和二次下钻加工，第二钻头对玻璃进行上钻加工；所述第一钻头上设置有第一钻头工作环(21)，所述第二钻头上设置有第二钻头工作环(22)，第二钻头工作环(22)的内径小于或等于第一钻头工作环(21)的外径，第一钻头工作环(21)的外径小于或等于第二钻头工作环(22)的外径。

3.根据权利要求2所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述第一钻头工作环(21)的端面为倾斜端面(6)，所述倾斜端面与所述钻头轴向之间的夹角为α，所述夹角α的角度范围为30°≤α≤60°。

4.根据权利要求1所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述玻璃孔的孔径设定为Φ，所述端头(4)的外径为φ1，外径φ1小于或等于Φ-0.5㎜，且外径φ1大于或等于Φ-2㎜。

5.根据权利要求1所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述钻头(1)内设置有向所述钻头工作环(2)输出冷却水的通水孔(7)，在所述通水孔(7)内且靠近所述钻头工作环(2)位置设置有缓冲水流冲击玻璃芯的缓冲装置(8)。

6.根据权利要求5所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述倒角环(3)与所述钻头基体(1)之间设置有环绕所述钻头基体(1)的环状水流通道(9)，所述钻头基体(1)上对应于所述环状水流通道(9)的位置设置有一个以上的出水孔(10)，所述出水孔(10)连通所述通水孔(7)和所述环状水流通道(9)。

7.根据权利要求6所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述钻头工作环(2)与倒角环(3)之间设置有环状出水口(11)，所述环状出水口(11)与所述环状水流通道(9)连通。

8.根据权利要求1至7任一项所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述端头(4)上设置有环形平面(12)，所述环形平面(12)的环宽为0.5～1㎜。

9.根据权利要求1至7任一项所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述倒角环(3)倒角过程中与所述玻璃(5)的环形接触面为圆弧状。

10.根据权利要求1所述一种降低玻璃孔加工应力集中的方法，其特征在于：所述玻璃(5)的厚度小于3㎜。