CN112047615A - 一种硫系玻璃球体制备方法及所用挤压成型装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的名称为一种硫系玻璃球体制备方法及所用挤压成型装置，属于硫系玻璃成型技术领域。它主要是解决目前采用方形颗粒滚圆至球体方法存在效率低和材料损失大的问题。它的主要特征在于：（1）通过熔制方式制备出硫系玻璃毛坯块料；（2）将含多个球形成型模具型腔的挤压成型装置预热；（3）将硫系玻璃毛坯块料放入挤压成型装置中加热至硫系玻璃毛坯块料软化变形；（4）使软化变形的硫系玻璃进入成型模具型腔，进而挤出所需要的硫系玻璃球料。本发明具有操作简单便捷、效率高、产品质量稳定性好和材料利用率高的特点，主要用于Φ5~Φ15mm硫系光学玻璃小球的制备。
Description
技术领域
本发明属于光学硫系玻璃成型技术领域。具体涉及一种可制备出Φ5mm~Φ15mm小口径硫系玻璃小球的成型方法及所用挤压成型装置。
背景技术
硫系玻璃是一种新型的红外材料，在3~5μm和8~14μm波段处具有优良的红外透过率，其折射率温度系数低，可满足无热化光学设计需求，在消色差方面具有优秀的性能，已经被广泛应用在航空航天、医疗、安防、军事等领域。
随着红外热像仪的快速发展，市场对硫系玻璃产量及效率提出了新的需求。目前，精密模压技术被认为是最先进的硫系玻璃成型技术，可根据需求快速成型出非球面、衍射面等光学镜片，可减少冷加工及单点金刚石车削的环节，效率提升，且成本降低，是当前红外光学镜片生产的不二之选。精密模压技术的快速发展，对硫系玻璃预制件提出了新的需求，为了保证镜片偏心问题，选用球体作为预制件。但是，球体的生产目前技术多为方形颗粒滚圆至球体，效率低，材料损失大，无法满足技术发展需要。
专利201611122552.5公开了一种红外硫系玻璃预制小球的制备方法。此发明主要是采用一种冷加工方式，将坯料线切割成方颗粒，然后通过加工方式，将棱角磨圆，最后精磨至所需小球尺寸。此发明所述的加工方法，材料损耗大，效率低，与本发明的小球制备方法不同。
专利201310593026.7公开了一种高性能硫系玻璃微球的制备方法。此发明是先将硫系玻璃加热拉制成光钎棒料，对光纤棒进行二次处理，然后再一定工艺温度下，光纤棒会自动断开，形成Φ8~300μm的小球。此发明所制备的为玻璃微球，主要用于光学微腔，在研究领域具有一定的价值，与本发明涉及的小球应用领域不一样。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足之处而提供一种可制备出小口径硫系玻璃小球的成型方法及所用挤压成型装置。
本发明通过对硫系光学玻璃特性进行分析，研究了硫系玻璃温度-粘度关系，拟将软化玻璃采用注入方式实现小球成型。首先，采用传统的熔炼工艺制备出硫系玻璃毛坯块料，将玻璃块料直接放入挤压成型装置，设置成型工艺，在一定温度下使硫系玻璃毛坯块料软化变形，待坯料软化一定程度后，启动气缸，在外界压力下软化玻璃会沿成型口进入成型模具型腔，进而挤出所需要的硫系玻璃球料。
本发明制备方法的技术解决方案是：一种硫系玻璃球体制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）通过熔制方式制备出硫系玻璃毛坯块料；
（2）将含多个球形成型模具型腔的挤压成型装置预热；
（3）将硫系玻璃毛坯块料放入挤压成型装置中加热至硫系玻璃毛坯块料软化变形；
（4）使软化变形的硫系玻璃进入成型模具型腔，进而挤出所需要的硫系玻璃球料。
本发明制备方法的技术解决方案中，所述的第（2）步骤中，挤压成型装置包括导向套及成型模具，将导向套及成型模具预热；所述的第（3）步骤中，将硫系玻璃毛坯块料放入导向套中加热至硫系玻璃毛坯块料软化变形。
本发明制备方法的技术解决方案中，所述的第（3）步骤中，在将硫系玻璃毛坯块料放入导向套前，先在导向套及成型模具内均匀喷涂一层脱模剂。
本发明制备方法的技术解决方案中，所述的挤压成型装置包括气缸和挤压杆；所述的第（4）步骤中，通过气缸和挤压杆使软化变形的硫系玻璃压入成型模具型腔。
本发明制备方法的技术解决方案中，所述的挤压成型装置包括软化炉；所述的导向套及成型模具位于软化炉内。
本发明制备方法的技术解决方案中，所述的导向套与成型模具预热温度为100~150℃；所述的脱模剂为氮化硼。
本发明制备方法的技术解决方案中，所述的第（3）步骤中，加热至硫系玻璃毛坯块料软化变形的温度为Ts+80℃≤T成型温度≤Ts+100℃，Ts为硫系玻璃软化温度，玻璃粘度为1011~1013Pa·s，保温1.5~3h，挤压速率为1~5mm/min。
本发明挤压成型装置的技术解决方案是：一种挤压成型装置，其特征在于：包括成型模具和挤出装置；所述成型模具包括多个球形成型模具型腔。
本发明挤压成型装置的技术解决方案中所述的成型模具由模套、半球上模、半球下模三部分组成；所述半球上模和半球下模分别加工有对应半球孔；所述成型模具材料为金属材料。
本发明挤压成型装置的技术解决方案中所述的挤出装置由气缸、挤压杆、导向套、软化炉组成；所述气缸的压力为0.15~0.40MPa，挤压杆材料为钢材；所述导向套为合金材料；所述软化炉额定温度为700~1000℃。
与很多专利中描述的硫系玻璃板料切割压球或方颗粒直接滚球的方法相比，本发明通过加热将硫系玻璃毛坯软化到一定程度，再采用气缸冲压方式直接挤入小球成型模具中，减少了小球制备工序，材料利用率高。
本发明具有操作简单便捷、效率高、产品质量稳定性好和材料利用率高的特点，可快速准确的成型出硫系玻璃小球。
本发明主要用于Φ5mm~Φ15mm硫系光学玻璃小球的成型。
附图说明
图1为本发明实施例1挤压成型装置的结构示意图。
图中：1. 气缸； 2. 挤压杆；3. 软化炉； 4. 硫系玻璃毛坯块料；5. 成型模具型腔；6. 导向套；7. 模套；8. 半球上模；9. 半球下模。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。
实施例1是本发明用于说明硫系光学玻璃球体制备方法及所用挤压成型装置。实施例1仅为展示技术的可行性的。
本发明实施例1所用的挤压成型装置包括成型模具和挤出装置。其中，成型模具由模套7、半球上模8和半球下模9三部分组成。半球上模8和半球下模9分别加工有9个对应半球孔，半球上模8和半球下模9合拢后构成9个球形成型模具型腔5。模套7、半球上模8和半球下模9材料为金属材料。挤出装置由气缸1、挤压杆2、导向套6和软化炉3组成。气缸1装于软化炉3上方，压力为0.15~0.40MPa。导向套6内腔底部为弧形，中心部位设有向下的出料口，导向套6为合金材料。导向套6装于软化炉3内，并与软化炉3内腔贴近配合。挤压杆2穿过软化炉3伸入导向套6内，且挤压杆2下端设有挤压头，挤压头直径与导向套6内腔直径一致，底部也为弧形，并与导向套6底部配合，挤压杆2材料为钢材。半球上模8和半球下模9位于模套7内，并装于导向套6下方的软化炉3内。半球上模8中心部位设有向上的进料口，且进料口与出料口正对。软化炉3额定温度为700~1000℃。
本发明实施例1硫系玻璃球体制备方法包括以下步骤：
（1）采用传统的熔融淬冷法制备出所需的As40Se60硫系玻璃毛坯块料4；
（2）在120℃温度下，将软化炉3内的导向套6、模套7、半球上模8和半球下模9进行预热，并在导向套6、半球上模8和半球下模9内壁均匀喷涂一层氮化硼脱模剂；
（3）将硫系玻璃毛坯块料4放入导向套6中，启动气缸1，将挤压杆2缓慢放入导向套6中，保证整个挤压杆挤压头埋入导向套6中，停止气缸；设置控温软化温度为320℃，保温1.5h，使硫系玻璃毛坯块料4软化变形，玻璃粘度达到1011~1013Pa·s；
（4）启动气缸1，设置挤压速率1mm/min，保证挤压杆2能够沿着导向套6顺利下移；在持续压力的作用下，使软化变形的As40Se60硫系玻璃会沿着导向套6底端出料孔进入成型模具型腔5，进而成型出直径为Φ10mm的小口径硫系玻璃球体。
本发明解决了精密模压用球体预制件的需求，与目前方形颗粒滚圆至球体或单腔压制球体相比，效率高，成本低，操作简便，且可根据需求成型出不同规格的小球产品。
Claims (10)
1.一种硫系玻璃球体制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）通过熔制方式制备出硫系玻璃毛坯块料；
（2）将含多个球形成型模具型腔的挤压成型装置预热；
（3）将硫系玻璃毛坯块料放入挤压成型装置中加热至硫系玻璃毛坯块料软化变形；
（4）使软化变形的硫系玻璃进入成型模具型腔，进而挤出所需要的硫系玻璃球料。
2.根据权利要求1所述的一种硫系玻璃球体制备方法，其特征在于：所述的第（2）步骤中，挤压成型装置包括导向套及成型模具，将导向套及成型模具预热；所述的第（3）步骤中，将硫系玻璃毛坯块料放入导向套中加热至硫系玻璃毛坯块料软化变形。
3.根据权利要求3所述的一种硫系玻璃球体制备方法，其特征在于：所述的第（3）步骤中，在将硫系玻璃毛坯块料放入导向套前，先在导向套及成型模具内均匀喷涂一层脱模剂。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种硫系玻璃球体制备方法，其特征在于：所述的挤压成型装置包括气缸和挤压杆；所述的第（4）步骤中，通过气缸和挤压杆使软化变形的硫系玻璃压入成型模具型腔。
5.根据权利要求2或3所述的一种硫系玻璃球体制备方法，其特征在于：所述的挤压成型装置包括软化炉；所述的导向套及成型模具位于软化炉内。
6.根据权利要求3所述的一种硫系玻璃球体制备方法，其特征在于：所述的导向套与成型模具预热温度为100~150℃；所述的脱模剂为氮化硼。
7.一种采用权利要求4所述的一种硫系玻璃球体制备方法，其特征在于：所述的第（3）步骤中，加热至硫系玻璃毛坯块料软化变形的温度为Ts+80℃≤T成型温度≤Ts+100℃，Ts为硫系玻璃软化温度，玻璃粘度为1011~1013Pa·s，保温1.5~3h，挤压速率为1~5mm/min。
8.一种用于权利要求1-7中任一项所述的一种硫系玻璃球体制备方法的挤压成型装置，其特征在于：包括成型模具和挤出装置；所述成型模具包括多个球形成型模具型腔。
9.根据权利要求8所述的挤压成型装置，其特征在于：所述的成型模具由模套、半球上模、半球下模三部分组成；所述半球上模和半球下模分别加工有对应半球孔；所述成型模具材料为金属材料。
10.根据权利要求8或9所述的挤压成型装置，其特征在于：所述的挤出装置由气缸、挤压杆、导向套、软化炉组成；所述气缸的压力为0.15~0.40MPa，挤压杆材料为钢材；所述导向套为合金材料；所述软化炉额定温度为700~1000℃。
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