CN113354260B - 玻璃滴料一次半模压成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为玻璃滴料一次半模压成型装置。属于玻璃模压成型技术领域。它主要是解决现有光学玻璃大尺寸规格滴料成型凹陷和表面收缩的问题。它的主要特征是：由转盘、预压模具、冷却隧道、成型模具、加热隧道、红外温度监测仪、机械手组成。在转盘上底模，8个底模等距设置内周上，8个底模等距设置在外周上，通过机械手中转，延长了玻璃滴料在转盘上的行程，为大规格玻璃滴料冷却和加热增加了空间。在底模两侧中分别设有冷却和加热隧道仓，使大规格滴料经过隧道仓先徐冷后急热，模压前玻璃内外温度接近粘度均匀性好，模压后成型的滴料中心和外围收缩一致，减小凹陷和表面皱褶，提高外形尺寸精度。同时对过程进行监控可缩短成型调试时间。

Description

玻璃滴料一次半模压成型装置

技术领域

本发明属于玻璃模压成型技术领域，具体涉及一种玻璃滴料模压成型装置。

背景技术

玻璃的成型就是将熔融的玻璃液自然冷却或压制为具有几何形状制品的过程，这一过程称之为玻璃的一次成型或者热端成型，使用压制方式生产的热端成型叫做一次热压成型。热端成型的玻璃冷却后经过切割、滚圆加工，再加热到软化状态再成型的过程叫做二次成型。一次滴料因使用高温玻璃液直接剪切压型，相比二次型料优点是过程简单、能耗小、成本低、原材料利用率高、一致性好。但缺点有二，其一是表面缩变形严重造成加工余量大，原因是玻璃需要高温流动和剪切，滴料在模具中完成压型后，外围温度迅速下降，但中心温度还来不及降低，造成滴料内外温差大，表面凹陷和收缩变形严重。其二高温玻璃液流到接触模具边缘时会迅速凝固难以压制，造成滴料出现圆角、缺边、凹陷甚至出现裂纹等缺陷。这二个缺点随着滴料重量的增加而变严重，特别是重量在80克以上大规格滴料时上述缺点就很难克服，因此一般大规格料件都采取二次压型方式生产。如何克服上述缺点，使大规格料件成型具有一次滴料方式过程简单、能耗小、成本低、原材料利用率高、一致性好特点，又能够具有二次型料尺寸精度高的特点，成为急需解决的问题。

文献专利CN 102849927 B一种光学玻璃一次热压成型装置，如图1所示。属于光学玻璃成型技术领域。它主要是解决现有生产成型粘度小、料性短、易析晶光学玻璃，存在玻璃料废较高、光学元件生产周期长和成本高的问题。

文献专利99125485. 6公开了一种挤压模制玻璃制品的方法及其装置，如图2所示，包括：将熔融的玻璃供入下模的模制表面上；温度控制步骤，使玻璃的内部和外周部分的温度彼此接近，以及挤压步骤，当玻璃的粘度到10^3.5到10^6.5泊之间时，使模制表面挤压玻璃。通过在挤压前使玻璃内部和外周部分的温度彼此接近及在较高的粘度下挤压玻璃。可减少挤压后玻璃的热收缩并减少玻璃内部和外周的热收缩差异，来抑制了玻璃表面上凹痕的发生。

文献专利CN 102849927 B主要是解决现有生产成型粘度小、料性短、易析晶光学玻璃料废较高、光学元件生产周期长和成本高的问题，是解决小粘度牌号玻璃料废较高、光学元件生产周期长和成本高的问题，不是解决一次热压成型的缺陷。

文献专利99125485. 6提供一次滴料因内外温差大造成冷却后收缩问题产生皱褶问题的解决方案，是可用于解决一次热压成型加工余量大的问题，但是该解决方案只是理论上可行，但实际操作过程中遇到问题：一是玻璃的粘度到103.5到106.5泊附近时，某些膨胀系数大的牌号滴料，或是大规格滴料不能急速冷却，因急冷会出现面炸、台阶炸、柱面炸等问题；二是滴料形状和质量局限性，对于表面积与体积比小的滴料来说尤为突出，且随着体积增加定型时间会大幅增加，就会出现冷却时间不足够降低料件中心的温度，达不到使玻璃的内部和外周部分的温度彼此接近目的，难以实现通过减少挤压后玻璃的热收缩差异，来抑制了玻璃表面上凹痕发生的目的，因此该方式只适应表面积与体积比较大的，或是重量较轻的产品；三是模具需要能够急冷急热，其附属冷却和加热只涉及几个模位，其工作效果和受控性较差，需要反复调试才能达到所述效果且状态不会特别稳定，实用性和推广性不强，所以这个专利没有被推广开来。

为此，针对大规格玻璃滴料成型生产特点，设计了一次半模压成型装置，具备一次模压成型的简洁性，又具备二次模压成型尺寸的准确的专用模压成型设备，使其操作较为方便，可控性强，能够广泛满足现有大尺寸规格滴料的生产需求，特别对于现有一次热压成型机难以生产的大规格尺寸滴料具有较大优势。

发明内容

本发明的目的就是为达到上述大规格玻璃滴料模压的效果，而设计的一种光学玻璃大尺寸滴料一次半模压成型装置。

本发明的技术机理是：一种光学玻璃大尺寸滴料一次半模压成型装置，将料管流出玻璃液调节到合适温度和粘度，剪切到设定重量在模具预压定型，经过遂道仓式温场，先徐冷使滴料内部的温度降低到Tg-50～-20℃范围，然后急热使滴料外周温度升高而内部温度还来不及升高，达到滴料内部和外周温度在玻璃转变点Tg-20～50℃范围时，运用温度在玻璃转变点Tg-50～20℃范围的冲压模对下模内滴料进行成型模压，减小滴料因中心比外周温度高，特别针对80克以上大规格滴料因内外收缩不一致而产生凹陷和褶皱等问题，达到提高滴料成型精度减少加工量的目的。

本发明的技术解决方案是：一种玻璃滴料一次半模压成型装置，包括机座、转盘和模具，所述转盘上沿圆周设有可放置模具的工位，其特征在于：所述模具包括由预压底模和预压上模组成的预压模具，由成型底模和成型上模组成的成型模具；所述转盘上的工位包括可放置预压底模的内圆周工位和可放置成型底模的外圆周工位；还包括沿内圆周工位设置的冷却隧道、沿外圆周工位设置的加热隧道和用于将内圆周工位工件转移至外圆周工位的转移装置，转移装置设置在冷却隧道出口与加热隧道入口之间用于转移接收的工位上；所述冷却隧道之前的工位为预压工位，加热隧道之后的工位为模压工位，预压上模和成型上模分别设置在预压工位和模压工位的上方。

本发明的技术解决方案中所述的内圆周工位和外圆周工位的工位数相同，均匀分布，且位于其对应的同心圆的同一半径上。

本发明的技术解决方案中所述的内圆周工位和外圆周工位的工位数均是8个；所述转移装置是机械手。

本发明的技术解决方案中所述的冷却隧道出口设有第一红外温度监测仪，加热隧道出口设有第二红外温度监测仪。

本发明的技术解决方案中所述的冷却隧道由冷却隧道仓和设置在冷却隧道仓内的冷却气体管道组成；所述的加热隧道由加热隧道仓和设置在加热隧道仓内的隧道温控加热装置组成；所述冷却隧道仓和加热隧道仓均是沿圆环形分布、横断面为带弧形顶部的矩形的腔体，设置在机座上，分别包裹在预压底模和成型底模运行通道的两侧。

本发明的技术解决方案中所述的隧道温控加热装置是温控电加热装置，分布在加热隧道的顶部和两侧上部。

本发明的技术解决方案中所述的成型底模由圆筒形模套和位于模套内的成型底模芯组成，入口呈喇叭形；所述的预压底模由圆筒形模套和位于模套内的预压底模芯组成。

本发明的技术解决方案中所述的成型上模由圆筒形模套和位于模套内的成型上模芯组成；预压上模由圆筒形模套和位于模套内预压上模芯的组成。

本发明的技术解决方案中所述的成型上模芯内设有上模温控加热装置。

本发明的技术解决方案中所述的成型底模和成型上模采用耐热硬质合金材料制成，预压底模和预压上模采用模具钢材料制成。

本发明的有益效果是：

1、在转盘上设置内外二周底模，在有限空间不降低产能的情况下，增加了玻璃滴料在转盘行程，延长了冷却和加热区域的滞留时间，为大规格玻璃滴料的实现提供了条件；

2、利用玻璃导热性能差，大规格滴料内部温度变化滞后的特点，使滴料先冷却到一定温度，然后在成型模压前急热，达到内部和外周温度一直的效果；

3、成型上模芯中设有温控加热器，设置上模温度处于玻璃滴料Tg-50～20范围，使大尺寸滴料模压完成后，中心和外围温度接近，减小凹陷和表面皱褶以提高外形尺寸精度；

4、冷却和加热效果设有红外温度监测，增强过程实现的稳定性和可控性，降低生产难度，减少滴料成型生产的调试周期；

5、使用隧道仓冷却和加热，可使玻璃滴料和模具在均匀的温场中冷却和加热，保障重量80克以上大规格玻璃滴料温度均匀性，避免模具因急冷产生变形，影响成型的精确度。

附图说明

图1是文献专利CN 102849927 B的结构示意图。

图2是文献专利99125485. 6的结构示意图。

图3是本发明的结构示意图。

图3A1是本发明光学玻璃滴料流入预压底模的状态示意图。

图3A2是本发明光学玻璃滴料流入预压底模完毕的示意图。

图3B是本发明预压上模与预压底模合模的示意图。

图3C～G是本发明预压底模通过冷却隧道仓的示意图。

图3H是本发明预压底模处于转移接收工位的示意图。

图3I是本发明预压光学玻璃滴料转移到成型底模上的示意图。

图3J～M是本发明成型底模通过加热隧道仓的示意图。

图3N1是本发明成型上模与成型底模合模的示意图一。

图3N2是本发明成型上模与成型底模合模的示意图二。

图3O是本发明成型模压完毕的示意图。

图3P是本发明模压成型的光学玻璃示意图。

图中：1. 转盘；2. 成型底模；3. 预压底模；4. 冷却隧道；5. 加热隧道；6. 第二红外温度监测仪；7. 第一红外温度监测仪；8. 漏料管；9-1. 液态玻璃；9-2. 外周半凝固态玻璃液；9-3. 外周凝固内部半凝固状的玻璃；9-4. 内外温度一致的半凝固状玻璃；9-5.块状玻璃滴料；10. 剪刀；11. 预压底模芯；12. 预压上模；13. 预压上模芯；14. 冷却气体管道；15. 冷却隧道仓；16. 机械手；17. 成型上模；18. 成型上模芯；19. 成型底模芯；20.上模温控加热装置；21. 隧道温控加热装置。

具体实施方式

如图3及图3A1、3A2、3B、3C～G、3H、3I、3J～M、3N1、3N2、3O和3P所示。本发明光学玻璃滴料一次半模压成型装置由转盘1、预压底模3、预压上模12、冷却隧道4、第一红外温度监测仪7、成型底模2、成型上模17、加热隧道5、第二红外温度监测仪6、机械手16组成。

其中，转盘1通过转动机构安装在机座上，转动机构采用现有转动机构。转盘1上设有可放置预压底模3的内圆周工位和可放置成型底模2的外圆周工位，内圆周工位和外圆周工位均匀分布，且位于其对应的同一半径上，一一对应。

8工位预压底模3沿周向等距排列设置在转盘1的里圈，另外8工位的成型底模2沿周向等距排列设置在转盘1的外圈。预压底模3和成型底模2所处圆周与圆形转盘1为同心圆。在预定的时间段使转盘1每转动1/8圆周一次后静止一次，转盘1每转动一次将预压底模和成型底模传送至下一个操作位置。转盘1转动时间和静止时间可以通过程序控制器设定参数。

冷却隧道4沿内圆周工位周向排列设置在转盘1的里圈。冷却隧道4由冷却隧道仓15和设置在冷却隧道仓15内的冷却气体管道组成，其内使用冷却气体冷却。冷却隧道仓15是沿圆环形分布、横断面为带弧形顶部的矩形的腔体，设置在机座上，包裹在预压底模3运行通道的两侧。冷却隧道4的入口位于预压工位B与相邻的工位C之间，出口位于转移接收工位H与相邻的工位G之间，包裹C、D、E、F、G工位。工位A为光学玻璃滴料工位。冷却隧道仓15使用冷却气体工作，通过调节冷却气体的大小来调整滴料的降温速率。

加热隧道5周向排列设置在转盘1的外圆周。加热隧道5由加热隧道仓和设置在加热隧道仓内的隧道温控加热装置21组成，隧道温控加热装置21是温控电加热装置，分布在加热隧道5的顶部和两侧上部。加热隧道仓是沿圆环形分布、横断面为带弧形顶部的矩形的腔体，设置在机座上，包裹在成型底模2运行通道的两侧。加热隧道5的入口位于转移接收工位I与工位J之间，出口位于模压工位M与相邻的工位N之间，包裹工位J、K、L、M个。工位O用于脱模，工位P可设置为出料工位。出料工位设置有转移装置如机械手，用于将成型模压完毕的光学玻璃块取出。加热隧道仓电加热，通过加热功率大小来调整滴料的升温速率。

机械手16设置在冷却隧道4出口与加热隧道5入口之间的转移接收工位上，用于将滴料从转盘1内圆周工位H底模转移至外圆周工位I底模，滴料从冷却隧道4出口转移到加热隧道5入口，以便通过加热隧道5进行加热。还可采用机械手16以外的其它转移装置。

第一红外温度监测仪7设置在冷却隧道4出口的转盘1上，用于检测滴料经过冷却隧道仓15制冷后的温度。第二红外温度监测仪6设置在加热隧道5出口的转盘1上，对滴料成型前的温度进行监测。

预压底模3和预压上模12组成预压模具。预压底模3所处圆周与转盘1为同心圆。预压底模3由圆筒形模套和位于模套内的预压底模芯11组成。预压上模12由圆筒形模套和位于模套内预压上模芯13组成。预压底模3和预压上模12采用耐热硬质合金材料制成。预压上模12设置在预压工位B的上方。预压底模3可以从冷却隧道仓15中间穿行。

成型底模2和成型上模17组成成型模具。成型底模2所处圆周与转盘1为同心圆。成型底模2由圆筒形模套和位于模套内的成型底模芯19组成。成型上模17由圆筒形模套和位于模套内的成型上模芯18组成。成型底模2和成型上模17采用膨胀系数小模具钢材料制成。成型上模芯18内设有上模温控加热装置20。成型底模入口呈喇叭形，便于从预压冷却后滴料能够顺利转移到成型底模内。成型上模17设置在模压工位N的上方。成型底模2可以从加热隧道5中穿行。

整个操作步骤如下：

1）把漏料管8流出熔融的液态玻璃9-1调整至合适粘度。

2）随转盘1转动，预压底模3移动至液态玻璃9-1下方如图点3A处静止，液态玻璃9-1供入预压底模3达到一定量后，使用水淋冷却的剪刀10切断，剪切时状态如图3A1，液态玻璃9-1经剪刀剪切和冷却后粘度增大成外周半凝固态玻璃液9-2，其状态如图3A2所示。

3）转盘1继续转动，载有外周半凝固态玻璃液9-2的预压底模3转至如图点B时静止。预压上模12与预压上模芯13配合下压预压底模3内的外周半凝固态玻璃液9-2，下压动作完成后预压上模12与预压上模芯13一起返回，此时外周半凝固态玻璃9-2定型为外周凝固内部半凝固状的玻璃9-3，如图3B所示状态。

4）进一步随着转盘1继续转动，载有外周凝固内部半凝固状的玻璃9-3的预压底模3依次进入冷却隧道仓15如图3C～G。

5）冷却隧道仓15内设有流量可以调节冷却气体管道14。

6）在如图3的工位H点设有第一红外温度监测仪7， H点的外周凝固内部半凝固状的玻璃9-3温度控制在Tg-50～-20之间， 工位H点外周凝固内部半凝固状的玻璃9-3温度控制通过调节冷却隧道仓内冷却气体的流量来实现。

7）在如图3的工位H点还设有机械手16，外周凝固内部半凝固状的玻璃9-3到达工位H点静止时，使预压底模3、预压底模芯11和成型底模芯19同时处于高位，因成型底模2口呈喇叭口状，方便机械手16将外周凝固内部半凝固状的玻璃9-3转移（如图3H）至成型底模2上如图3I点。

8）进一步转盘1转动，外周凝固内部半凝固状的玻璃9-3从如图3的工位J点进入加热隧道仓4。

9）进一步转盘1转动，外周凝固内部半凝固状的玻璃9-3经过如图3的工位J～M点处加热隧道仓4加热成内外温度一致的半凝固状的玻璃9-4（经过加热隧道仓状态如图3J～M）；

10）内外温度一致呈半凝固状的玻璃9-4转动至如图工位N点时，设在工位N点附件第二红外温度监测仪6检测内外温度一致的半凝固状的玻璃9-4温度，工位N点的内外温度一致的半凝固状的玻璃9-4温度控制在玻璃转变点Tg-20～50℃范围，内外温度一致的半凝固状的玻璃9-4温度可通过调节加热隧道仓内加热器21功率来实现；

11）在如图工位N点上方还设有成型上模17，成型上模17还设有加热器装置20，设置上模温控加热装置20温度在到玻璃转变点Tg-50～20℃范围，当内外温度一致的半凝固状的玻璃9-4到达工位N点时成型上模17与成型上模芯18配合向下冲压成型下模2内内外温度一致的半凝固状的玻璃9-4，冲压动作完成后成型上模17返回，内外温度一致的半凝固状的玻璃9-4变成块状玻璃滴料9-5。

12）为了得到符合要求的成型，当滴料成型模压后出现凹陷、褶皱等缺陷时，可以通过调节工位H点外周凝固状的玻璃9-3和工位N点的内外温度一致的半凝固状的玻璃9-4温度，同时配合成型上模17上模温控加热装置20温度来调整成型缺陷。

13）进一步转盘1转动，完成模压的玻璃滴料块状玻璃滴料9-5到达工位O点脱模（状态如图3O所示）。

14）进一步转盘1转动，玻璃滴料块状玻璃滴料9-5脱模后至工位P时（状态如图3P）取出后退火消除应力。

15）通过程序控制器控制转盘1每转动一次，每个模位同步重复一次动作，周而复始。

Claims (9)

1.一种玻璃滴料一次半模压成型装置，包括机座、转盘（1）和模具，所述转盘（1）上沿圆周设有可放置模具的工位，其特征在于：所述模具包括由预压底模（3）和预压上模（12）组成的预压模具，由成型底模（2）和成型上模（17）组成的成型模具；所述转盘（1）上的工位包括可放置预压底模（3）的内圆周工位和可放置成型底模（2）的外圆周工位；所述内圆周工位和外圆周工位的工位数相同，均匀分布，且位于其对应的同心圆的同一半径上；所述内圆周工位和外圆周工位的工位数均是8个；还包括沿内圆周工位设置的冷却隧道（4）、沿外圆周工位设置的加热隧道（5）和用于将内圆周工位工件转移至外圆周工位的转移装置，转移装置设置在冷却隧道（4）出口与加热隧道（5）入口之间用于转移接收的工位上；所述冷却隧道（4）之前的工位为预压工位，加热隧道（5）之后的工位为模压工位，预压上模（12）和成型上模（17）分别设置在预压工位和模压工位的上方。

2.根据权利要求1所述的玻璃滴料一次半模压成型装置，其特征在于：所述的转移装置是机械手（16）。

3.根据权利要求1或2所述的玻璃滴料一次半模压成型装置，其特征在于：所述的冷却隧道（4）出口设有第一红外温度监测仪（7），加热隧道（5）出口设有第二红外温度监测仪（6）。

4.根据权利要求1或2所述的玻璃滴料一次半模压成型装置，其特征在于：所述的冷却隧道（4）由冷却隧道仓（15）和设置在冷却隧道仓（15）内的冷却气体管道组成；所述的加热隧道（5）由加热隧道仓和设置在加热隧道仓内的隧道温控加热装置（21）组成；所述冷却隧道仓（15）和加热隧道仓均是沿圆环形分布、横断面为带弧形顶部的矩形的腔体，设置在机座上，分别包裹在预压底模（3）和成型底模（2）运行通道的两侧。

5.根据权利要求4所述的玻璃滴料一次半模压成型装置，其特征在于：所述的隧道温控加热装置（21）是温控电加热装置，分布在加热隧道（5）的顶部和两侧上部。

6.根据权利要求1或2所述的玻璃滴料一次半模压成型装置，其特征在于：所述的成型底模（2）由圆筒形模套和位于模套内的成型底模芯（19）组成，入口呈喇叭形；所述的预压底模（3）由圆筒形模套和位于模套内的预压底模芯（11）组成。

7.根据权利要求1或2所述的玻璃滴料一次半模压成型装置，其特征在于：所述的成型上模（17）由圆筒形模套和位于模套内的成型上模芯（18）组成；预压上模（12）由圆筒形模套和位于模套内预压上模芯（13）的组成。

8.根据权利要求7所述的玻璃滴料一次半模压成型装置，其特征在于：所述的成型上模芯（18）内设有上模温控加热装置（20）。

9.根据权利要求1或2所述的玻璃滴料一次半模压成型装置，其特征在于：所述的成型底模（2）和成型上模（17）采用耐热硬质合金材料制成，预压底模（3）和预压上模（12）采用模具钢材料制成。

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