CN110228951B - 一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，方法步骤如下：a.备料；b.滚料处理；c.修磨处理；d.在料块整个表面喷涂一层耐高温且具有延展性的高温防锈漆；e.低温软化；f.压制成型，进行两次压型；g.成型产品放置，对成型后的产品进行隔离盛放处理。与现有技术相比，本发明针对硫系红外玻璃含有非环保物质、材料脆、高温下易氧化、易炸裂、易碰伤等特点，且膨胀系数较大，尺寸不易控制等特点，通过备料工艺、隔绝氧气处理、低温软化工艺进行研究设计，实现了对硫系红外玻璃产品进行二次压型。

Description

一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺
技术领域
本发明涉及光学玻璃二次成型领域，尤其涉及一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺。
背景技术
硫系红外玻璃产品的工艺、功能及用途有别于传统光学玻璃，其具有良好的红外透过率、较低的折射率温度系数和色散性能，可与其他红外光学材料配合使用，可用于需要色差校正、消热差的红外光学系统中。应用波长范围为3-5um和8-12um。该系列玻璃广泛运用于红外车载夜视、红外测温、安防监控、红外制导、红外探测等领域。
经过二次压型后可增加其致密性，可降低下流工序加工破损不良，但是由于二次压型加工工艺复杂，硫系红外玻璃是新产品，目前存在很多成型工艺技术难点未突破，导致二次压型无法进行。硫系红外光学玻璃相对于传统光学玻璃而言，产品附加值高，技术含量非常高，目前随着成都光明硫系红外光学玻璃条料生产线研发投产，市场需求的增加，为满足市场及国防重点工程工程化配套的需要，保持集团行业内领先的地位，迫切需要进行该系列材料二次压型工艺突破。
硫系红外玻璃硬度低,热膨胀系数较大，较低的折射率温度系数和色散系数，较低Tg温度(HWS6183°。HWS2270°，常规材料如HFK61461°)，高温下易氧化，含有非环保物质的特性，要保证产品达到相关的指标要求，
需要解决的技术难点有：备料技术(新工艺研究、环保)、压型技术(防氧化、加热均匀性控制、现行设备低温控制)、尺寸收缩(模具设计、产品定型)。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种通过回火设备性能测试、回火工艺设定、原材料设计等方面进行创新研究，解决了上述问题的硫系红外光学玻璃二次压型工艺。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，方法步骤如下
a.备料；
b.滚料处理；
c.修磨处理；
d.在料块整个表面喷涂一层耐高温且具有延展性的高温防锈漆；
e.低温软化；
f.压制成型，进行两次压型；
g.成型产品放置，对成型后的产品进行隔离盛放处理。
作为优选，步骤a中，采用线切割设备下料，利用连续移动的细金属丝附以冷却水的对玻璃进行切割成型。
作为优选，步骤b中，滚料处理方法如下，在滚料机中金刚砂和成品玻渣混合作业，金刚砂采用较细的120#进行生产，且滚料机的转速为35转/分，玻渣与产品体积比大于20。
作为优选，步骤c中，采用平面磨样机进行料块修磨，转速为300-500r/min，辅以冷却水。
作为优选，所述平面磨样机的磨盘1/3-2/3处为最佳修磨面。
作为优选，步骤d中，选用耐900摄氏度高温的高温防锈漆。
作为优选，步骤e中，采用四段低温软化，自第一段起软化温度依次为350°±10°，330°±10°，310°±10°，300°±10°。
作为优选，步骤e中，采用多头机火圈加热的软化炉，对火圈出火口采用激光打孔。
作为优选，所述在软化炉的徐冷炉增加了温控仪，增加软化炉的底炉的加热面积。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明针对其含有非环保物质、材料脆、高温下易氧化、易炸裂、易碰伤等特点，且膨胀系数较大，尺寸不易控制等特点，通过备料工艺、隔绝氧气处理、低温软化工艺进行研究设计，实现了对硫系红外玻璃产品进行二次压型。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
由于HWS系列材料含有非环保物质、材料脆、高温下易氧化、易炸裂、易碰伤等特点，且膨胀系数较大，尺寸不易控制，所以需在备料工艺、隔绝氧气处理、低温软化工艺研究等方面进行改善。
本专利参考HFK61半成品滚料工艺设计其滚料工艺，并对滚料污水进行隔离处理，以保证料块质量及解决环保问题；通过隔绝空气或者在料块表面覆盖隔绝空气的物质，防止加热过程中氧化；通过软化炉加热的高精度控制，保证料块软化均匀性、提升产品的外观质量；通过对徐冷炉增加温控设备，保证其低温控制稳定性，保证产品质量。以上构成了本项目的技术创新点。
实施例1：参见图1，一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，方法步骤如下
a.备料，采用线切割设备下料；
传统热应力切割下料，断面不规整，切割完成的料块存在大量内凹、内裂、料型各异、严重蹦边等疵病。
原设备采用多刀切割机备料，其工作原理是利用高速旋转的金刚刀片辅以冷却水系统，对原材料进行切屑，切割过程中受该系列材料性能影响，切割过程中的刀片震动造成，料块棱边处严重蹦边，且存在内裂不良，后续工序无法修复。
为解决以上难题，采用线切割设备下料，利用连续移动的细金属丝附以冷却水的对玻璃进行切割成型。备料完成的料块断面整齐，料型规整，备料精度高。
b.滚料处理；
采用滚料工艺将消除料块棱边及顶点尖锐，形成类似球体的料块，通过实验待料块棱边顶点到达约120度以上圆弧，能够达到到消除棱边及8个顶点尖锐的目的，且满足后续工艺需要；
工艺方法如下，在滚料机中金刚砂和成品玻渣混合作业，金刚砂采用较细的120#进行生产，且滚料机的转速为35转/分，玻渣与产品体积比大于20。
由于硫系红外玻璃硬度低的特点，易消磨易碰边。传统的滚料工艺对产品的各面的磨屑较棱角明显，重量滚至产品重量范围时棱角圆弧不明显，导致因生产过程中，玻璃料块软化后，棱角及8个顶点处形成皱纹，模压后即成折叠。
为决上述难题，参考HFK61半成品滚料工艺(鹅卵石磨块与产品体积比在8-12之间、80#金刚砂，中振机，转速38-42转/分)进行振磨作业，实用结果料块碰伤严重表面粗糙。
经过无数次的实验，对其进行工艺的优化改进，将金刚砂由原来的80#更换为较细的120#进行生产，且滚料机的转速由40转/分改为35转/分，将鹅卵石磨块更换成成品玻渣，玻渣与产品体积比大于20。通过对工艺的优化减少了料块的碰伤降低了不良而且降低了后道工序的加工难度，提升料块的良品率
c.修磨处理
现行常规光学玻璃修磨方式为采用台式砂轮机辅以冷却水系统，进行料块棱角修磨和表面疵病处理。由于砂轮机转速快且转速恒达(1450r/min，)，在修磨硫系红外玻璃料块时，受材料物理性能影响，单位时间修磨量大，不易控制料块重量。
为决上述难题，采用平面磨样机进行料块修磨，因其转速可控，转速通常选择为300-500r/min，辅以冷却水，位于磨盘1/3-2/3处为最佳修磨面，修磨料块质量可控，且满足后续工序生产要求。
d.在料块整个表面喷涂一层高温防锈漆；
压型技术问题：
1.如何防止加热时料块氧化。
2.对设备的加热控制、生产稳定性控制进行改进及标准化，保证压型时产品受热一致性；
3.对模具及工装进行改进，保证产品的外观质量。
因硫系红外材料在高温下会出现氧化，会改变材料本身性能。针对其这一性能，在压型过程中需对料块进行隔绝氧气处理。
实验压型时，采用的是抽真空隔绝氧气的方式进行试验。但该生产方式，需要投入真空系统，设备成本高，进一批料抽一次真空，运行成本高，且效率低下，无法进行批量连续生产。
根据以上思路，前期采用以在软化炉中填充氮气的方式达到隔绝氧气的目的。在实验时，因现行设备原因，炉口、炉尾为开放式设计，无法完全杜绝炉内空气。通过仪器测量炉内实际氧气含量为19.6％(空气中氧气含量约21％)，由于因硫系红外材料易氧化的特点，未到达预期效果。
针对以上出现的不良情况，通过实验对比后选取一种高温防锈漆作为料块表面覆盖物，经测试压型后产品未氧化，性能符合光学设计要求。
此类高温防锈漆耐900摄氏度高温，且在高温下具有一定延展性，不会因压型后产品形状变化造成料块表面涂漆裂开的情况。因漆覆盖于整个料块表面，可防止加热过程过程中料块与空气接触而氧化。喷漆要求：均匀覆盖于料块整个表面。二次压型后，进行具体产品生产时，将表面的漆打磨掉即可。整个过程方便快捷，设备成本与运行成本都很低。
e.低温软化，软化炉采用多头机火圈加热，火圈加热，热均匀性好；
HWS6 Tg183°，软化温度低(常规产品HFK61最低TG温度为461°)。传统软化工艺通常设计为TG+(220-240)作为第一段，后续每段减少20-30°，共计6-7段。按照上述软化温度进行，玻璃到达炉口时，已完全产生形变，无法进行冲压。即经验软化工艺无法实现。
通过多次试验，最终确定较优工艺为自第一段起软化温度依次为350°±10°，330°±10°，310°±10°，300°±10°。实验结果，此软化温度下，料块轻微形变，延展性较佳，适合冲压。
为了保证多头机火圈加热模具温度的一致性，对火圈出火口口进行改善，由有原来的人工打孔改为激光打孔，保证每个出火孔尺寸的一致，使各个模具温度保持一致。
对软化炉的徐冷炉进行改进，增加了温控仪，确保温度一致性。对软化炉的底炉进行改进，增加了加热面积，使料块的软化均匀，减少了因料块软化不均匀导致的不良产生。
f.压制成型，进行两次压型；
玻璃为热的不良导体，因玻璃内外降温速率不一致，造成收缩不一致。为保证产品尺寸，成型时采用压型两次的方式(即一次压型后，再次压型)，虽增加了压制成形的时间，但减小了产品冷却后的尺寸收缩。
为了使压型的工艺更加准确适宜，利用红外测温仪测量模具温度，确保温度准确性。
g.成型产品放置。
由于产品膨胀系数较大、较脆，容易出现碰伤。需对成型后的产品进行隔离盛放处理。
以上对本发明所提供的一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，其特征在于：方法步骤如下
a.备料；
b.滚料处理；
c.修磨处理；
d.在料块整个表面喷涂一层耐高温且具有延展性的高温防锈漆；
e.低温软化；
f.压制成型，进行两次压型；
g.成型产品放置；
步骤a中，采用线切割设备下料，利用连续移动的细金属丝附以冷却水的对玻璃进行切割成型；
步骤b中，滚料处理方法如下，在滚料机中金刚砂和成品玻渣混合作业，金刚砂采用较细的120#进行生产，且滚料机的转速为35转/分，玻渣与产品体积比大于20。
2.根据权利要求1所述的一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，其特征在于：步骤c中，采用平面磨样机进行料块修磨，转速为300-500r/min，辅以冷却水。
3.根据权利要求2所述的一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，其特征在于：所述平面磨样机的磨盘1/3-2/3处为最佳修磨面。
4.根据权利要求1所述的一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，其特征在于：步骤d中，选用耐900摄氏度高温的高温防锈漆。
5.根据权利要求1所述的一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，其特征在于：步骤e中，采用四段低温软化，自第一段起软化温度依次为350℃±10℃，330℃±10℃，310℃±10℃，300℃±10℃。
6.根据权利要求1所述的一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，其特征在于：步骤e中，采用多头机火圈加热的软化炉，对火圈出火口采用激光打孔。
7.根据权利要求6所述的一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，其特征在于：在所述软化炉的徐冷炉增加了温控仪，增加软化炉的底炉的加热面积。
8.根据权利要求1所述的一种硫系红外光学玻璃二次压型工艺，其特征在于：步骤g中，对成型后的产品进行隔离盛放处理。
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