CN116444137B - 扁平玻璃管的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种扁平玻璃管的成型方法，属于玻璃管成型技术领域。其中的成型装置包括沿管坯输送方向顺次设置的送料单元、内部加压单元、加热单元及牵引单元。其中的成型方法基于扁平玻璃管的成型装置实现。本申请没有使用模具，通改变管坯内部的气压即可实现管坯尺寸的调整，不存在模具划伤成型玻璃管表面的问题，成品合格率得到有效提升；能实现对管坯的连续成型，在连续成型过程中，通过改变管坯的内部气压，即可实现成型玻璃管尺寸的调整，即在一次连续的生产过程中，能连续产出不同尺寸的成型玻璃管，生产规格可以灵活调整，有利于降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于玻璃管成型技术领域，具体涉及一种扁平玻璃管的成型方法。
背景技术
扁平玻璃管为一种异型玻璃管材，一般具有两个相对的平直长边及两个相对的弧形短边，扁平玻璃管可应用于电热元件、光学元件等领域，是一种重要的玻璃元器件。现有的扁平玻璃管一般采用拉制成型工艺，即喂料装置通过铂套管和玻璃窑炉配合，将熔融的石英玻璃拉制成石英圆管，未硬化的石英圆管经过拉模，在拉模的挤压作用下，石英玻璃圆管变成具有一定厚度的扁平管，成型的扁平管在牵引轮的作用下持续向下移动，实现连续拉制。拉模的型腔上半部分为圆形截面，下半部分为扁平状截面，腔体的变化是逐渐过渡的最后石英玻璃管离开模具，在模具的作用下，石英玻璃管成型的形状即为扁平状，通过改变模具腔体下半部分的截面形状及尺寸，即可实现调整扁平管的尺寸规格。
这种拉制成型方式通过控制模具控制石英玻璃管的形状及尺寸，在生产过程中不能进行规格调整；另外，石英玻璃管的外表面和模具接触，石英玻璃管的表面容易被模具划伤，产生沟棱等缺陷，影响产品合格率。
发明内容
本发明实施例提供一种扁平玻璃管的成型装置及扁平玻璃管的成型方法，旨在解决现有的扁平玻璃管拉制成型工艺存在玻璃管生产规格调整灵活性较低，且容易使玻璃管表面产生损伤的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
第一方面，提供一种种扁平玻璃管的成型装置，包括：
沿管坯输送方向顺次设置的送料单元、内部加压单元、加热单元及牵引单元；
所述加热单元呈筒状，其内侧壁形成所述加热区域；
所述牵引单元位于所述加热单元的出料端并牵拉成型玻璃管，以通过所述成型玻璃管同步牵拉管坯。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述牵引单元为牵引轮组，所述牵引轮组中的两组牵引轮分别与所述成型玻璃管的两个长边侧面滚动贴合。
结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述内部加压单元具有加压管件，所述加压管件与所述管坯的内部空间连通，以向所述管坯的内部通气。
本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，构成简单，使用方便，不存在模具划伤成型玻璃管表面的问题，成品合格率得到有效提升，同时能连续产出不同尺寸的成型玻璃管，生产规格可以灵活调整，有利于降低生产成本。
第二方面，本发明实施例还提供一种扁平玻璃管的成型方法，基于上述的扁平玻璃管的成型装置实现，包括如下步骤：
在扁平状的管坯的外周形成连续分布的加热区域，所述加热区域的内壁与所述管坯间隔设置；
使所述管坯内部气压为P1；
在所述管坯受热时，以预设速度V牵拉所述管坯，以形成成型玻璃管；
定义所述管坯的长边与所述加热区域对应侧的间距为A，所述管坯的短边与所述加热区域对应侧的间距为B，所述A与所述B之间的关系满足：A>B；
定义所述成型玻璃管断面的长度为a，所述成型玻璃管断面的宽度为b，其中，的数值与所述P1呈反比；
定义所述成型玻璃管的壁厚为t，其中，所述t与所述V呈反比。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，定义大气压为P0，所述管坯与所述加热区域之间的气压为P2，所述P2与所述P0之间的关系满足：P2>P0。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述a的数值与所述V呈反比，所述b的数值与所述V呈反比。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，定义所述加热区域的加热温度为T，所述的数值与所述T呈反比。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述加热区域的断面呈圆环状。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，定义所述成型玻璃管的壁厚为t，其中，所述t与所述V呈反比。
结合第二方面，在一种可能的实现方式中，所述加热区域在自身周向上的温度相同。
本申请实施例所示的方案，与现有技术相比，在管坯进入加热区域之后，由于管坯的管坯长边(直边)与加热区域对应侧的间距大于管坯的管坯短边(弧形边)与加热区域对应侧的间距，两者与热源的距离不同，故而，管坯长边的受热程度低于管坯短边的受热程度，受热程度的不同影响对应区域的黏度，具体来说，就是受热程度高的区域相对较软，受热程度低的区域相对较硬，在内部气压均衡的前提下，管坯内部单位面积内受到压力相同。基于此，由于管坯长边的总体面积相对于管坯短边的总体面积更大，故而在垂直于管坯长边的方向上受到的合力F1大于在平行于管坯长边的方向上受到的合力F2，再结合管坯短边较软的特征，当管坯内气压发生改变时，管坯短边更容易变形，而管坯长边的变形程度较低，对的数值影响相对较小。具体来说：在加热温度和牵引速度均不变的情况下，当气压变大时，管坯短边沿管坯断面宽度方向的拉伸速率高于沿管坯长度方向的拉伸速率，使得管坯整体在宽度方向上增大的更快，/>的数值减小；在加热温度和牵引速度均不变的情况下，气压变小也是类似的原理，管坯短边沿管坯宽度方向的收缩速率高于沿管坯长度方向的收缩速率，使得管坯整体在宽度方向上减小的更快，/>的数值增大。综合来说，本申请的成型方法并没有使用模具，通改变管坯内部的气压即可实现管坯尺寸的调整，属于无接触成型，不存在模具划伤成型玻璃管表面的问题，成品合格率得到有效提升；另外，本申请对管坯形成牵拉作用，成型玻璃管被拉出加热区域的同时，后续的管坯持续进入到加热区域内，能实现对管坯的连续成型，在连续成型过程中，通过改变管坯的内部气压，即可实现成型玻璃管尺寸的调整，即在一次连续的生产过程中，能连续产出不同尺寸的成型玻璃管，生产规格可以灵活调整，有利于降低生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的扁平玻璃管的成型装置的使用状态图；
图2为采用本发明实施例提供的扁平玻璃管的成型方法制备的成型玻璃管的断面图；
图3为本发明实施例提供的扁平玻璃管的成型方法中加热区域与管坯适配的断面图；
图4位本发明实施例的管坯的母料转变成成型玻璃管的示意图。
附图标记说明：
1、管坯；110、管坯长边；120、管坯短边；
2、加热区域；
3、成型玻璃管；310、成型长边；320、成型短边；
4、送料单元；410、送料导轨；
5、内部加压单元；510、加压管件；
6、加热单元；
7、牵引单元；710、牵引轮；
8、设备机架；810、加热单元支架。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”、“高”、“低”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
请一并参阅图2至图3，现对本发明提供的扁平玻璃管的装置进行说明。参阅图1，所述扁平玻璃管的成型装置包括沿管坯输送方向顺次设置的送料单元4、内部加压单元5、加热单元6及牵引单元7；加热单元6呈筒状，其内侧壁形成加热区域2；牵引单元7位于加热单元6的出料端并牵拉成型玻璃管3，以通过成型玻璃管3同步牵拉管坯1。
本实施例中，通过送料单元4将管坯1(即截面为扁平形状的玻璃管毛坯)送入加热单元6内，在加热单元6的加热下，管坯1熔融拉长，在牵引单元7的牵引作用下，熔融的管坯母料被持续的拉出，此时成型的玻璃管(即成型玻璃管3)形状即为扁平状。
本实施例中，内部加压单元5与压力控制装置连接，内部加压单元5伸入管坯1之内的部分设有气压传感器，气压传感器与压力控制装置通讯连接，通过向压力控制装置反馈管坯1内部气压，来控制送入管坯1内部的气体流量，进而将管坯1的内部气压控制在合理的范围之内。
本实施例中，管坯输送方向可选为从上到下的方向(如图1中箭头所示方向)，管坯1和成型玻璃管3依靠自重下落，同时还不易在垂直于管坯输送方向的方向上产生位移，避免熔融的玻璃体变形。
本实施例中，送料单元4的具体工作方式可参照现有的玻璃管成型送料结构，其可沿送料导轨410移动，送料导轨410平行于管坯输送方向，具体结构在此不再赘述。
本实施例提供的扁平玻璃管的成型装置，与现有技术相比，构成简单，使用方便，不存在模具划伤成型玻璃管表面的问题，成品合格率得到有效提升，同时能能连续产出不同尺寸的成型玻璃管，生产规格可以灵活调整，有利于降低生产成本。
在一些实施例中，牵引单元7为牵引轮组，如图1所示，牵引轮组中的两组牵引轮710分别与成型玻璃管3的两个长边侧面滚动贴合。牵引轮710与成型玻璃管3之间为滚动配合，不会出现划伤玻璃管表面的问题，同时还能提供可靠的牵引作用。另外，由于牵引轮710需要与成型玻璃管3之间保持一定挤压作用才能实现滚动牵引，故而采用与长边侧面配合的方式，滚动接触面积大，能有效避免成型玻璃管3受压过大变形或碎裂的问题。
在一些实施例中，为了实现对管坯1内部气压的调控，内部加压单元5具有加压管件510，以向管坯1的内部通气，如图1所示。具体实施时，加压管件510不伸入管坯1之内，避免管件受热损坏。
在一些实施例中，加热单元6内的加热体为电加热构件，例如盘绕设置的加热丝等。加热体环绕管坯1设置，在周向上需保持温度一致，在轴向(即管坯输送方向)上，加热区域分隔成竖向分布的多个环形的加热单位，每个加热单位的功率保持一致即可，对于单元6在竖向上的加热温度可不做必须保持一致的要求，允许各个加热单位之间存在一定的温度差，但仍以上下温度一致为宜。
在上述实施例的基础上，参见图1及图3，加热单元6为断面呈圆筒状的加热炉。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种扁平玻璃管的成型方法。所述扁平玻璃管的成型方法，基于上述的扁平玻璃管的成型装置实现，包括如下步骤：
在扁平状的管坯1的外周形成连续分布的加热区域2，加热区域2的内壁与管坯1间隔设置；
使管坯1内部气压为P1；
在管坯1受热时，以预设速度V牵拉管坯1，以形成成型玻璃管3；
定义管坯1的管坯长边110与加热区域2对应侧的间距为A，管坯1的管坯短边120与加热区域2对应侧的间距为B，A与B之间的关系满足：A>B；
定义成型玻璃管3断面的长度为a，成型玻璃管3断面的宽度为b，其中，的数值与P1呈反比。
本实施例的成型方法主要适用于石英玻璃，石英玻璃成分为纯二氧化硅，更加适合本实施例的成型方法。
本实施例中，送入管坯1内部的气体包括但不限于氮气、空气、惰性气体。
本实施例中，P1取值范围为-1000pa～1000pa(例如-200p、10pa、700pa)，定义管坯1与加热区域2之间的气压(即管坯1的外部气压)为P2，若P1>P2，则管坯1具有向外膨胀扩张使尺寸(包括管坯1的长度和宽度)变大的趋势，若若P1＜P2，则管坯1具有向内收缩使尺寸(包括管坯1的长度和宽度)变小的趋势。具体来说，管坯1尺寸的变化与管坯1内外的压差有关，一般情况下，将管坯1的外部气压控制在与大气压接近的程度即可。
本实施例提供的扁平玻璃管的成型方法，与现有技术相比，在管坯1进入加热区域2之后，由于管坯1的管坯长边110(直边)与加热区域2对应侧的间距大于管坯1的管坯短边120(弧形边)与加热区域2对应侧的间距，两者与热源的距离不同，故而，管坯长边110的受热程度低于管坯短边120的受热程度，受热程度的不同影响对应区域的黏度，具体来说，就是受热程度高的区域相对较软，受热程度低的区域相对较硬，在内部气压均衡的前提下，管坯1内部单位面积内受到压力相同。基于此，由于管坯长边110的总体面积相对于管坯短边120的总体面积更大，故而在垂直于管坯长边110的方向上受到的合力F1大于在平行于管坯长边110的方向上受到的合力F2，再结合管坯短边120较软的特征，当管坯1内气压发生改变时，管坯短边120更容易变形，而管坯长边110的变形程度较低，对的数值影响相对较小。具体来说：在加热温度和牵引速度均不变的情况下，当气压变大时，管坯短边120沿管坯1断面宽度方向的拉伸速率高于沿管坯1长度方向的拉伸速率，使得管坯1整体在宽度方向上增大的更快，/>的数值减小；在加热温度和牵引速度均不变的情况下，气压变小也是类似的原理，管坯短边120沿管坯宽度方向的收缩速率高于沿管坯1长度方向的收缩速率，使得管坯1整体在宽度方向上减小的更快，/>的数值增大。
综合来说，本实施例的成型方法并没有使用模具，通改变管坯1内部的气压即可实现管坯1尺寸的调整，属于无接触成型，不存在模具划伤成型玻璃管3表面的问题，玻璃管表面无质量缺陷，成品合格率得到有效提升；另外，本实施例对管坯1形成牵拉作用，成型玻璃管3被拉出加热区域2的同时，后续的管坯1持续进入到加热区域2内，能实现对管坯1的连续成型，在连续成型过程中，通过改变气管坯1的内部气压，即可实现成型玻璃管3尺寸的调整，气压可随时进行调整，即在一次连续的生产过程中，能连续产出不同尺寸的成型玻璃管3，生产规格可以灵活调整，有利于降低生产成本。
在一些实施例中，定义大气压为P0，管坯1与加热区域2之间的气压为P2，P2与P0之间的关系满足：P2>P0。本实施例通过控制通入加热区域2内的气体流量，以在管坯1外部形成微正压的状态，通入的气体可选为氮气、氩气等气体，以防止空气进入加热区域2，对加热元件产生不良影响。
在一些实施例中，a的数值与V呈反比，b的数值与V呈反比。在相同时间内，在内部气压为P1和加热温度为T均不变的情况下，牵引速度V越大则管体的被拉长度越大，定义V较大时成型玻璃管3的长度为a1，宽度为b1，定义V较小时成型玻璃管3的长度为a2，宽度为b2，由于管坯1体积不变，可知a1＜a2，且b1＜b2。其中，由于管坯短边120在管坯1断面的长度方向上更易变形，故而牵引速度V对数值a的影响更大。
在一些实施例中，定义加热区域2的加热温度为T，的数值与T呈反比。加热温度T越高，管坯1整体被加热的更软，更容易变形；加热温度T越低，管坯1整体被硬度增大，变形较为困难；但由于管坯长边110和管坯短边120加热距离的限制，仍然是管坯1的宽度变化的更多，其变化原理与前述内部气压为P1对管坯1形变的影响原理相似，在此不再赘述。具体实施时，加热温度T可选为1700℃～2000℃。
在一些实施例中，加热区域2的断面可以是椭圆形、矩形等形状，能满足前述对A与B之间关系的限定即可，在此不做唯一限定。
在一些变形实施例中，加热区域2的断面呈圆环状。圆环状的加热区域能在加热区域2所围合的空间之内产生较为均匀的温度场，避免管坯1出现加热不到位的问题。基于此，为了进一步提升对管坯1加热的可靠性，管坯1断面的中心点与加热区域2的圆心重叠，即管坯1于加热区域2内居中设置。
在一些实施例中，定义成型玻璃管3的壁厚为t，其中，t与V呈反比。牵引速度V除了影响前述a和b的数值之外，其更重要的影响是对成型玻璃管3壁厚的影响，具体来说，相同时间内管坯1被拉长的长度，在管坯1体积不变的情况下，V越大，相同时间内管坯1被拉长的长度越大，故而V较大时成型玻璃管3的壁厚为越薄。
在一些实施例中，为了保证加热的可靠性，加热区域2在自身周向上的温度相同。
需要理解的是，内部气压为P1、加热温度为T和牵引速度V均对尺寸有影响，实际使用时，可通过合理设置三者的参数，将三者有机结合，来灵活改变成型玻璃管3的外部尺寸和壁厚，具体调控方式在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种扁平玻璃管的成型方法，基于扁平玻璃管的成型装置实现，其特征在于，所述扁平玻璃管的成型装置包括沿管坯输送方向顺次设置的送料单元、内部加压单元、加热单元及牵引单元；所述加热单元呈筒状，其内侧壁形成加热区域；所述牵引单元位于所述加热单元的出料端并牵拉成型玻璃管，以通过所述成型玻璃管同步牵拉管坯；
所述扁平玻璃管的成型方法包括如下步骤：
在扁平状的管坯的外周形成连续分布的加热区域，所述加热区域的内壁与所述管坯间隔设置；
使所述管坯内部气压为P1；
在所述管坯受热时，以预设速度V牵拉所述管坯，以形成成型玻璃管；
定义所述管坯的长边与所述加热区域对应侧的间距为A，所述管坯的短边与所述加热区域对应侧的间距为B，所述A与所述B之间的关系满足：A>B；
定义所述成型玻璃管断面的长度为a，所述成型玻璃管断面的宽度为b，其中，的数值与所述P1呈反比，通过改变所述管坯内部的气压即可实现所述管坯尺寸的调整；
所述加热区域在自身周向上的温度相同。
2.如权利要求1所述的扁平玻璃管的成型方法，其特征在于，定义大气压为P0，所述管坯与所述加热区域之间的气压为P2，所述P2与所述P0之间的关系满足：P2>P0。
3.如权利要求1所述的扁平玻璃管的成型方法，其特征在于，所述a的数值与所述V呈反比，所述b的数值与所述V呈反比。
4.如权利要求1所述的扁平玻璃管的成型方法，其特征在于，定义所述加热区域的加热温度为T，所述的数值与所述T呈反比。
5.如权利要求1所述的扁平玻璃管的成型方法，其特征在于，所述加热区域的断面呈圆环状。
6.如权利要求1所述的扁平玻璃管的成型方法，其特征在于，定义所述成型玻璃管的壁厚为t，其中，所述t与所述V呈反比。
7.如权利要求1所述的扁平玻璃管的成型方法，其特征在于，所述牵引单元为牵引轮组，所述牵引轮组中的两组牵引轮分别与所述成型玻璃管的两个长边侧面滚动贴合。
8.如权利要求1所述的扁平玻璃管的成型方法，其特征在于，所述内部加压单元具有加压管件，所述加压管件与所述管坯的内部空间连通，以向所述管坯的内部通气。
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2023
- 2023-04-28 CN CN202310484924.2A patent/CN116444137B/zh active Active
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