CN113754254B - 一种硫系光学玻璃切割装置及切割方法 - Google Patents

一种硫系光学玻璃切割装置及切割方法 Download PDF

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Abstract

本发明的名称为一种硫系光学玻璃切割装置及切割方法。属于光学玻璃加工技术领域。它主要是解决硫系玻璃板料切割存在切割效率缓慢和材料浪费大的问题。它的主要特征是：包含待切玻璃板料运送结构、驱动结构和控温结构；驱动结构由横向推杆气缸、两个纵向推杆气缸、横向推杆和两根纵向推杆组成；待切玻璃板料运送结构由导向轨道和载物板组成，两根纵向推杆分别连接有主刀和副刀；控温结构包含加热系统和温控区，温控区包括用于待切玻璃板料粘弹态转变的高温控温区和用于退火的低温控温区。本发明具有能够快速完成不同规格的板料切割、材料零损耗、切割的颗粒棱角圆滑、提高切割效率和可实现连续切割的特点，主要用于硫系光学玻璃板料的切割。

Description

一种硫系光学玻璃切割装置及切割方法
技术领域
本发明属于光学玻璃加工技术领域，具体涉及一种硫系光学玻璃板料切割装置及切割方法。
背景技术
硫系光学玻璃是一种新型的红外材料，被广泛用于红外热成像技术领域，在军用制导、枪瞄，民用测温、安防、智能驾驶等方面贡献重大。随着红外技术的不断发展，对硫系光学玻璃需求剧增，进而对降低材料成本、提高制备产量提出新的技术需求。当前，硫系光学玻璃板料多采用单/多线切割机、内/外圆切割机或单晶切割机进行切割加工，由于切割均为金刚线或刀片摩擦切割，切割效率缓慢，材料浪费大，小口径产品备料过程材料损耗最大，已经无法满足日益增加的市场需求。
本发明提供一种硫系光学玻璃切割装置及切割方法，能够快速实现硫系光学玻璃板料切割，同时实现材料零损耗，并且切割后的颗粒棱角圆滑，减少了后工程颗粒打磨的材料损耗和降低了镜片成型不良率。
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硫系光学玻璃切割装置，以及配套该切割装置的切割方法，能够快速完成不同规格的板料切割，材料零损耗，切割的颗粒棱角圆滑，便于后工程制造良品率的提升，可以实现在硫系光学玻璃二次压型用的玻璃坯料的快速制备。
本发明切割装置的技术解决方案是：一种硫系光学玻璃切割装置，用于硫系光学玻璃板料切割，其特征在于：包含待切玻璃板料运送结构、驱动结构和控温结构；所述驱动结构由横向推杆气缸、两个纵向推杆气缸、横向推杆和两根纵向推杆组成；所述待切玻璃板料运送结构由导向轨道和载物板组成，所述横向推杆连接在横向推杆气缸与载物板之间，用于推动载物板沿导向轨道移动，所述两根纵向推杆的一端分别与两个纵向推杆气缸连接，另一端分别连接有主刀和副刀，用于驱动刀具移动；所述控温结构包含加热系统和温控区，温控区包括位于导向轨道上与主刀和副刀对应、用于待切玻璃板料粘弹态转变的高温控温区，位于导向轨道上高温控温区之后、用于退火的低温控温区，消除热切玻璃中的应力，防止切割后快速冷却导致颗粒裂开。
本发明切割装置的技术解决方案中所述的主刀和副刀的刀片相互垂直。
本发明切割装置的技术解决方案中所述的加热系统由沿导向轨道设置的多个加热板构成，用于分段加热。
本发明切割装置的技术解决方案中还包括装置架体；所述的导向轨道水平设置；所述横向推杆气缸设置在导向轨道的一端，导向轨道另一端的装置架体上设有出料口；所述两个纵向推杆气缸设置在导向轨道上方的装置架体上。
本发明切割装置的技术解决方案中所述的载物板形状为矩形，矩形中部加工有内凹方孔，方孔深度根据待切玻璃板料厚度可调，方孔深度高于待切玻璃板料厚度3~10mm，防止软化的玻璃板料切割时受挤压外溢，材质为球铁、模具钢或43#钢，也可为其它价格低、导热性好、强度高的金属材料。
本发明切割装置的技术解决方案中所述的导向轨道为U型槽形状，槽的深度是载物板高度的1/2~1/3，减小摩擦，导向轨道可放置多个载物板，且设有定位卡销，控制载物板位移距离。
本发明切割装置的技术解决方案中所述的主刀和副刀为多刀片均布排列，且刀片材质为硬质合金，厚度0.3~1mm。
本发明切割装置的技术解决方案中所述的加热板由电阻丝和铜板组成，分段独立控温，控温温度600℃以上。
本发明切割装置的技术解决方案中所述的横向推杆气缸和两个纵向推杆气缸为压缩空气驱动，气缸压力在0.5~1MPa；所述横向推杆和纵向推杆的直径Φ15~30mm。
本发明切割方法的技术解决方案是：一种硫系光学玻璃的切割方法，是基于上述切割装置来实现的，其特征在于含下列步骤：
a、将待切硫系光学玻璃板料放入装置中的载物板方槽内，处于高温控温区；
b、设置玻璃软化温度Tg+80℃≤T≤Tg+120℃，退火温度Tg-20℃≤T≤Tg+20℃，通过电阻丝控制加热板温度，加热板温度经过载物板缓慢传递到待切玻璃板料，使待切玻璃板料变软，达到粘弹态；
c、待玻璃板料完全软化，设置横向推杆气缸和两个纵向推杆气缸连续动作参数，启动气缸开关，首先纵向推杆气缸先推动带有主刀的纵向推杆向下移动完成第一个方向的切割，然后横向推杆气缸将载物板沿导向轨道推向第二个位置，带有副刀的纵向推杆下移，完成第二个方向的切割；
d、所有方向切割完成后，横向推杆气缸继续工作，将玻璃切割完成的载物板推进低温控温区退火；
e、重复a~d步骤，完成连续切割，切割好的玻璃颗粒依次从出料口取出。
本发明的优势在于利用玻璃的非晶态特性及硫系光学玻璃低软化点特性，通过采用炉丝加热、金属导热的方法使玻璃缓慢转化为粘弹状态，然后采用金属刀具完成切割，切割的颗粒无破边、裂纹等缺陷，无材料切割损耗，且减少了后期坯料打磨的损失，材料利用率很高。考虑到软化的玻璃有一定变形，单个网状刀片的刀具在切割时，受周围刀片的局限，很难实现切割，因此，本发明设计主刀和副刀，主刀和副刀的方向垂直，主刀切条，副刀垂直切割颗粒，可实现切割的目的。同时，本发明采用多气缸驱动，加热板分段加热，且多个载物板依次连续排列，通过气缸推动首位载物板沿导向轨道移动，其它载物板相互作用依次移动，轨道设置有定位销，最终实现连续生产，切割效率提高。
本发明具有能够快速完成不同规格的板料切割、材料零损耗、切割的颗粒棱角圆滑、提高切割效率和可实现连续切割的特点，解决了硫系光学玻璃切割材料损耗大，效率低等缺点。本发明主要用于硫系光学玻璃板料的切割。
附图说明
图1是本发明实施例的玻璃切割装置示意图。
图2是图1的局部放大图。
图中：1是装置架体；2是横向推杆气缸；3是纵向推杆气缸；4是横向推杆；5是纵向推杆；6是主刀；7是副刀；8是导向轨道；9是载物板；10是加热板；11是玻璃板料；12是高温控温区；13是低温控温区；14是出料口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1、图2所示，本发明一种硫系光学玻璃切割装置的一种具体实施方式，包含装置架体1、待切玻璃板料运送结构、驱动结构和控温结构，用于硫系光学玻璃板料切割。其中，驱动结构由横向推杆气缸2、两个纵向推杆气缸3、横向推杆4和两根纵向推杆5组成，待切玻璃板料运送结构由导向轨道8和载物板9组成，横向推杆气缸2和纵向推杆气缸3以压缩空气为动力实现驱动，气缸压力在0.5~1Mpa，横向推杆4和纵向推杆5的直径Φ15~30mm。横向推杆气缸2设置在装置架体1的一侧，导向轨道8水平设置在装置架体1上，导向轨道8另一端的装置架体1上设有出料口14。载物板9形状为矩形，矩形中部加工有内凹方孔，方孔深度高于待切玻璃板料11厚度3~10mm，材质为球铁、模具钢、43#钢等价格低、导热性好、强度高的金属材料。导向轨道8为U型槽形状，槽的深度是载物板9高度的1/2~1/3，且设有定位卡销。载物板9为多个，设置在导向轨道8内。横向推杆4有一个，连接在横向推杆气缸2与载物板9之间，主要用于连续推动载物板9沿导向轨道8依次定向移动。两个纵向推杆气缸3设置在导向轨道8上方的装置架体1上，两根纵向推杆5的一端分别与两个纵向推杆气缸3连接，另一端分别连接有主刀6和副刀7，主刀6和副刀7刀片相互垂直，主刀6和副刀7为多刀片均布排列，且刀片材质为硬质合金，厚度0.3~1mm，主刀6完成一个方向的切割，副刀7完成另一个方向的切割。控温结构包含加热系统和温控区，加热系统由沿导向轨道8设置的多个加热板10构成，用于分段加热，温控区包括位于导向轨道8上与主刀6和副刀7对应的高温控温区12，位于导向轨道8上高温控温区12之后用于退火的低温控温区13，高温控温区12将待切玻璃板料11加热后由固态向粘弹态转变，低温控温区13完成颗粒退火，消除热切玻璃中的应力。加热板10由电阻丝和铜板组成，分段独立控温，控温温度600℃以上。最后，切割完成的颗粒从出料口14取出。
本发明一种硫系光学玻璃切割方法的一种具体实施方式，包含下列步骤：
a、将待切硫系光学玻璃板料放入装置中的载物板9方槽内，处于高温控温区12；
b、设置玻璃软化温度Tg+80℃≤T≤Tg+120℃，退火温度Tg-20℃≤T≤Tg+20℃，通过电阻丝控制加热板10温度，加热板10温度经过载物板9缓慢传递到待切玻璃板料11，使待切玻璃板料11变软，达到粘弹态；
c、待玻璃板料11完全软化，设置横向推杆气缸2和两个纵向推杆气缸3连续动作参数，启动气缸开关，首先纵向推杆气缸3先推动带有主刀6的纵向推杆5向下移动完成第一个方向的切割，然后横向推杆气缸2将载物板9沿导向轨道8推向第二个位置，带有副刀7的纵向推杆5下移，完成第二个方向的切割；
d、所有方向切割完成后，横向推杆气缸2继续工作，将玻璃切割完成的载物板9推进低温控温区13退火；
e、重复a~d步骤，完成连续切割，切割好的玻璃颗粒依次从出料口14取出。
下面结合生产过程实施例1-3及比较例1-2对本发明做进一步的说明。
实施例1-3：As40Se60硫系光学玻璃，其转变温度190，软化温度215℃，比重：4.63g/cm3；实施例1板料规格（mm）90×90×10；实施例2板料规格（mm）90×90×15；实施例3板料规格（mm）90×90×20。
将实施例1-3的As40Se60玻璃板料分别放入首位载物板9方形凹槽中，设置高温控温区软化温度为300℃，低温控温区退火温度175℃，打开控温电源。待玻璃板料软化后，启动纵向推杆气缸3，驱动带有主刀6的纵向推杆5下移，第一次切割首位载物板9中的As40Se60待切玻璃板料11。启动横向推杆气缸2，驱动横向推杆4推动首位载物板9沿导向轨道8移动到下一个工位。再次启动纵向推杆气缸3，驱动带有副刀7的纵向推杆5下移，第二次切割首位载物板9中的As40Se60待切玻璃板料11。再次启动横向推杆气缸2，驱动横向推杆4推动切割完成的载物板9进入低温控温区13进行退火。放入新的待切玻璃板料11，重复以上动作，完成连续切割，从出料口14取出玻璃。
比较例1-2：As40Se60硫系光学玻璃，其转变温度190，软化温度215℃，比重：4.63g/cm3；比较例1板料规格（mm）90×90×10；比较例2板料规格（mm）90×90×20。采用多线切割，线径0.3mm。
本发明选用了三种不同规格的As40Se60硫系光学玻璃板料作为切割实施例1~3，同时也选用了两种不同规格的As40Se60硫系光学玻璃板料多线切割（线径0.3mm）作为对比例1~2。实施例1~3和对比例1~2的切割数据如表1所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
从表1可以看出，本发明提供的切割装置及切割方法具有很低的材料损耗，切割效率也有所提升。从对比例1~2可以看出，切割尺寸越小，切割的刀数越多，损耗越大。但是，从实施例1~3看出，切割尺寸的大小对切割损耗影响不大。

Claims (9)

1.一种硫系光学玻璃切割装置，用于硫系光学玻璃板料切割，其特征在于：包含待切玻璃板料运送结构、驱动结构和控温结构；所述驱动结构由横向推杆气缸（2）、两个纵向推杆气缸（3）、横向推杆（4）和两根纵向推杆（5）组成；所述待切玻璃板料运送结构由导向轨道（8）和载物板（9）组成，所述横向推杆（4）连接在横向推杆气缸（2）与载物板（9）之间，所述两根纵向推杆（5）的一端分别与两个纵向推杆气缸（3）连接，另一端分别连接有主刀（6）和副刀（7）；所述控温结构包含加热系统和温控区，加热系统由沿导向轨道（8）设置的多个加热板（10）构成，用于分段加热，温控区包括位于导向轨道（8）上与主刀（6）和副刀（7）对应、用于待切玻璃板料（11）粘弹态转变的高温控温区（12），位于导向轨道（8）上高温控温区（12）之后、用于退火的低温控温区（13）。
2.根据权利要求1所述的一种硫系光学玻璃切割装置，其特征在于：所述的主刀（6）和副刀（7）的刀片相互垂直。
3.根据权利要求1或2所述的一种硫系光学玻璃切割装置，其特征在于：还包括装置架体（1）；所述的导向轨道（8）水平设置；所述横向推杆气缸（2）设置在导向轨道（8）的一端，导向轨道（8）另一端的装置架体（1）上设有出料口（14）；所述两个纵向推杆气缸（3）设置在导向轨道（8）上方的装置架体（1）上。
4.根据权利要求1或2所述的一种硫系光学玻璃切割装置，其特征在于：所述的载物板（9）形状为矩形，矩形中部加工有内凹方孔，方孔深度高于待切玻璃板料（11）厚度3~10mm，材质为球铁或模具钢。
5.根据权利要求1或2所述的一种硫系光学玻璃切割装置，其特征在于：所述的导向轨道（8）为U型槽形状，槽的深度是载物板（9）高度的1/2~1/3，且设有定位卡销。
6.根据权利要求1或2所述的一种硫系光学玻璃切割装置，其特征在于：所述的主刀（6）和副刀（7）为多刀片均布排列，且刀片材质为硬质合金，厚度0.3~1mm。
7.根据权利要求1或2所述的一种硫系光学玻璃切割装置，其特征在于：所述的加热板（10）由电阻丝和铜板组成，分段独立控温，控温温度600℃以上。
8.根据权利要求1或2所述的一种硫系光学玻璃切割装置，其特征在于：所述的横向推杆气缸（2）和两个纵向推杆气缸（3）为压缩空气驱动，气缸压力在0.5~1MPa；所述横向推杆（4）和纵向推杆（5）的直径Φ15~30mm。
9.一种采用权利要求1-8中任一项所述的切割装置切割硫系光学玻璃的方法，其特征在于含下列步骤：
a、将待切硫系光学玻璃板料放入装置中的载物板（9）方槽内，处于高温控温区（12）；
b、设置玻璃软化温度Tg+80℃≤T≤Tg+120℃，退火温度Tg-20℃≤T≤Tg+20℃，通过电阻丝控制加热板（10）温度，加热板（10）温度经过载物板（9）缓慢传递到待切玻璃板料（11），使待切玻璃板料（11）变软，达到粘弹态；
c、待玻璃板料（11）完全软化，设置横向推杆气缸（2）和两个纵向推杆气缸（3）连续动作参数，启动气缸开关，首先纵向推杆气缸（3）先推动带有主刀（6）的纵向推杆（5）向下移动完成第一个方向的切割，然后横向推杆气缸（2）将载物板（9）沿导向轨道（8）推向第二个位置，带有副刀（7）的纵向推杆（5）下移，完成第二个方向的切割；
d、所有方向切割完成后，横向推杆气缸（2）继续工作，将玻璃切割完成的载物板（9）推进低温控温区（13）退火；
e、重复a~d步骤，完成连续切割，切割好的玻璃颗粒依次从出料口（14）取出。
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