PL178155B1 - Sposób cięcia szklanych rur i płyt - Google Patents

Abstract

1. Sposób ciecia szklanych rur i plyt, pole- gajacy na cieplnym zmiekczeniu rury szkla- nej i plyty szklanej w miejscu ciecia, zmniej- szeniu grubosci scianki w zmiekczonym ob- szarze za pomoca rozciagniecia, a nastepnie przecieciu poprzez dalsze podgrzewanie, znamienny tym, ze przy cienkosciennych rurach i plytach o grubosci scianki do 0,2 mm zmiekcza sie szklo na szerokosci wynoszacej do 0,4 mm, zmiekczony obszar doprowadza sie przez rozciaganie do grubosci scianki wy- noszacej do 0,05 mm, po czym przecina sie szklo przez dalsze podgrzewanie w roz- ciagnietym obszarze. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób cięcia szklanych rur i płyt.

W toku obróbki i przetwarzania szklanych rur i płyt najczęstszą operacją jest cięcie szklanych rur i płyt. Najczęściej stosowana metoda cięcia polega na odłupywaniu względnie kruszeniu. Polega to na tym, że za pomocą rysy powierzchniowej wytwarza się w szkle strefę naprężeń i słabe miejsce, w którym przez tworzenie pęknięć może zostać przecięta szklana rura albo płyta. Te metody są bardzo szybkie, mająjednak tę wadę, że pęknięcie przebiega nie zawsze dokładnie wzdłuż wymaganej linii cięcia i przede wszystkim, że miejsce przecięcia ma ostre krawędzie i stwarza niebezpieczeństwo skaleczenia, o ile krawędzie po cięciu nie zostaną zatopione na okrągło. Przy pomocy działania termicznego przy szkle cienkościennym nie można wytworzyć wystarczających naprężeń niszczących. Przy mechanicznym kruszeniu, ewentualnie za pomocą uprzednio wykonanych rys powierzchniowych powstają nietrwałe końce, przy czym pęknięcia mogą przebiegać w kierunku podłużnej osi rury.

Znane jest także cięcie rur szklanych po zmiękczeniu cieplnym, przy czym zmiękcza się szkło w miejscu cięcia, a zmiękczone części poddane dalszemu ogrzewaniu oddala się jedną od drugiej, co dzieje się albo samoczynnie pod wpływem siły ciężkości, albo za pomocą mechanicznego rozciągania. Tego rodzaju metoda jest opisana np. w zgłoszeniu SU-PS 9 66 048. Niekorzystne przy tych metodach jest to, że w miejscu cięcia często pojawia się zgrubienie, którego wymiar jest większy niż grubość ścianki rury. Szczególnie przy rurach szklanych ze ścianką mającą grubość 0,25 mm i cieńszą cięcie ze zmiękczeniem cieplnym bez tworzenia zgrubienia nie było dotąd możliwe. Tworzenie zgrubień jest w wielu przypadkach szczególnie szkodliwe, ponieważ z powodu zgrubienia rura szklana posiada w miejscu cięcia inną średnicę zewnętrzną i wewnętrzną, niż pozostała jej część.

Znane jest również cięcie szkła za pomocą wysokointensywnego promieniowania laserowego. Przy tym sposobie szkło wzdłuż linii cięcia zostaje odparowane za pomocą promieniowania laserowego. Wadami tej metody są wysokie termiczne naprężenia w szkle, skraplanie odparowanego szkła względnie produktów jego rozpadu w pobliżu miejsca cięcia i przez to tworzenie się zgrubienia.

Przedmiotem wynalazku jest opracowanie sposobu cięcia szklanych rur i płyt, przy którym w miejscu cięcia nie ulega zmianie średnica rur tzn. nie powstaje ani większa średnica

178 155 zewnętrzna ani mniejsza średnica wewnętrzna, niż miała je pierwotnie rura, względnie przy której nie powstaje zgrubienie, które jest grubsze niż ścianka płyty szklanej. Zadanie to zostało rozwiązane za pomocą sposobu cięcia szklanych rur i płyt, który według wynalazku charakteryzuje się tym, że przy cienkościennych rurach i płytach o grubości ścianki do 0,2 mm zmiękcza się szkło na szerokości wynoszącej do 0,4 mm, zmiękczony obszar doprowadza się przez rozciąganie do grubości ścianki wynoszącej do 0,05 mm, po czym przecina się szkło przez dalsze podgrzewanie w rozciągniętym obszarze.

Korzystnie, w sposobie według wynalazku zmiękcza się szkło na szerokości wynoszącej do 0,3 mm. Rozciąga się zmiękczony obszar do grubości ścianki wynoszącej do 0,03 mm.

W sposobie według wynalazku zmiękcza się szkło i przecina za pomocą promienia laserowego.

Cieplne zmiękczenie płyty wzdłuż żądanej linii cięcia względnie rury wzdłuż linii cięcia przebiegającej na ogół prostopadle do osi rury powinno następować na szerokości do 0,4 mm. Jeśli ta szerokość wzrośnie ponad 0,4 mm, staje się bardziej prawdopodobnie niebezpieczeństwo tworzenia się zgrubienia ze średnicą większą niż średnica zewnętrzna rury względnie z grubością większą niż normalna grubość płyty. Korzystne jest, jeśli rura zostaje zmiękczona w strefie o szerokości najwyżej 0,3 mm a najlepiej 0,2 mm. Gdy tylko rura względnie płyta jest zmiękczona wzdłuż linii cięcia, zostają odciągnięte jedna od drugiej dwie części rury albo płyty, tak że osiąga się grubość ścianki do 0,05 mm, przy czym najkorzystniej jest rozciągnąć do grubości ścianki 0,03 mm. Rozciąganie może być zrealizowane mechanicznie w sposób sztywny, w którym rury i płyty po wystarczającym podgrzaniu zostają poddane ruchowi rozdzielającemu. Jest również możliwe zrealizowanie rozciągania w sposób elastyczny, w którym działająca osiowo siła zostaje przyłożona do rury względnie płyty na przykład za pośrednictwem sprężyny lub obciążnika. Pod działaniem tej siły rura lub płyta po osiągnięciu odpowiedniej lepkości odpowiadającej ciągliwości rozgrzanego materiału zostaje rozciągnięta. W takim wypadku można oczywiście odcinek, o który zostanie rozciągnięta rura i płyta, ograniczyć mechanicznie na przykład za pomocą zderzaka.

Szczególnie korzystne jest rozciąganie pod napięciem wstępnym zrealizowanym za pomocą sprężyny lub obciążnika, ponieważ rozciąganie po osiągnięciu pasującej lepkości przebiega potem w sposób samoregulujący się co umożliwia szybszą produkcję. Odcinek, o który zostają rozciągnięte obie części rury lub płyty, aby uzyskać wymaganą grubość ścianki wynosi od pięciokrotności do pięćdziesięciokrotności grubości ścianki rury szklanej. Oczywiście długość rozciągnięcia zależy także od tego, na jakiej szerokości strefy szkło zostanie zmiękczone. Im węższy jest obszar rozgrzany, tym można uzyskać krótszą długość rozciągnięcia. Podczas rozciągania do grubości ścianki do 0,05 mm, a najkorzystniej do 0,03 mm, jest kontynuowane podgrzewanie miejsca cięcia na szerokość strefy wynoszącej do 0,4 mm, aż masa szklana przerwie się wzdłuż rozgrzanej linii cięcia. W celu uformowania krawędzi cięcia i rozładowania naprężeń termicznych jest korzystnie wyłączyć źródło ciepła po zakończeniu procesu cięcia, najlepiej po około 0,2 - 0,5 sek.

Grzanie powinno być przeprowadzone możliwie jak najszybciej, aby zminimalizować niepożądaną dyfuzję ciepła wzdłuż rury, nie powinno być jednak za krótkie, żeby szkło mogło dostatecznie zmięknąć. Ponadto, grzanie nie powinno być tak szybkie i intensywne, żeby część masy szklanej odparowała i osadziła się w postaci szkodliwego osadu na rurze względnie płycie. Fachowiec może za pomocą krótkich prób ustalić właściwe warunki grzania dla danej masy szklanej i danej grubości ścianki rury lub płytiy.

Jako punkt wyjścia można przyjąć, że w zwykłych warunkach proces cięcia za pomocą zmiękczenia cieplnego zamyka się w przedziale mniejszym niż 1 sekunda. Przy za wolnym grzaniu szerokość strefy, w której szkło jest zmiękczone, jest za duża. Chcąc ograniczyć strefy zmiękczenia do wymaganej szerokości najwyżej 0,4 mm, nie należy przekraczać czasu grzania do zmiękczenia szkła równego 1 sekundzie. Wymieniona górna granica może się jednak nieznacznie wahać zależnie od grubości ścianki szklanej i hamowania przepływu ciepła przez masę szklaną.

178 155

Do zmiękczenia i przecięcia rury szklanej oraz płyty szklanej może być użyte każde źródło ciepła, które umożliwia uzyskanie wystarczająco małej szerokości strefy ogrzewanej. Uprzywilejowane są źródła promieniowania podczerwonego mocno skupionego w jednym miejscu oraz promieniowanie laserowe.

Aby zagwarantować wymaganą małą szerokość strefy ogrzewania, szerokość promieniowania poprzeczna do linii cięcia nie powinna być większa niż około 0,2 mm, a najkorzystniej nie większa niż około 0,1 mm. Jako laser mogą znaleźć zastosowanie wszystkie lasery, z których absorbuje się wystarczająco wysoką gęstość mocy, tzn. które pozwalają wytworzyć promieniowanie nadające się do grzania wzdłuż linii cięcia. Ogrzewanie linii cięcia za pomocą promieniowania laserowego może następować nie tylko przez dostatecznie szybkie przesuwanie promienia laserowego przeważnie zogniskowanego w formie punktu lub elipsy, lecz także przez użycie promienia laserowego uformowanego odpowiednio do linii cięcia. Przy większych grubościach ścianki może być także korzystne napromieniowanie linii cięcia z obu stron. Gęstość mocy powinna leżeć w czasowej średniej (np. przy laserach pulsacyjnych) i w przestrzennej średniej (np. przy nierównomiernym rozkładzie energii w ognisku) między 0,3 i 1 kW x cm'². Przy przekroczeniu tej gęstości mocy może wystąpić odparowanie szkła. Jeśli gęstość mocy będzie za niska, grzanie będzie trwało tak długo, że nagrzanie szkła z powodu przewodnictwa cieplnego nie będzie mogło być ograniczone do wymaganej małej szerokości strefy. Gęstość mocy zależy także od tłumienia absorpcji promieniowania w szkle.

Uprzywilejowanym źródłem światła laserowego jest z powodu swojej wysokiej sprawności laser gazowy, w którym czynnikiem roboczym jest CO2. Zmiękczanie szkła i cięcie mogą występować bezpośrednio jedno po drugim. Skoro tylko szkło zostanie wystarczająco zmiękczone, zostaje rozciągnięte i rozdzielone w uzyskanym cieńszym miejscu. Źródło energii, co jest wyróżniające, nie zostaje włączone podczas całego przebiegu zmiękczania i cięcia. W celu przyspieszenia procesu i zmniejszenia naprężeń termicznych można zastosować dodatkowo w procesie wcześniej podgrzaną formę dla przecinanej szklanej rury lub płyty. Temperatury, do których szkło zostaje podgrzane, nie mogą być oczywiście tak wysokie, by wystąpiło już zmiękczenie szkła, tzn. temperatury muszą leżeć poniżej temperatury przemiany szkła. Stosując w procesie cięcia wstępne podgrzewania szkła, trzeba jeszcze doprowadzić do szkła na stanowisku cięcia energię, która jest konieczna, aby podgrzane szkło doprowadzić do temperatury wymaganej do rozciągnięcia. Ponieważ ta energia jest mniejsza, niż kiedy musiałoby się podgrzać szkło wychodząc od temperatury pokojowej, można albo przy takim samym cyklu pracy zastosować słabsze źródło energii, albo przy tak samo silnym źródle energii skrócić cykl pracy cięcia w porównaniu do procesu bez wstępnego podgrzewania szkła.

Sposób według wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat cięcia płyty szklanej.

Korzyści osiągalne przy użyciu sposobu według wynalazku w porównaniu do tradycyjnych metod cięcia po zmiękczeniu cieplnym polegają na tym, że również rury i płyty z bardzo cienką ścianką mogą zostać przecięte bez szkodliwego zgrubienia. W przeciwieństwie do sposobów, w których rura względnie płyta jest kruszona, powstaje przetopione miejsce cięcia, które zwykle jest mechanicznie bardziej wytrzymałe niż przełom, i które w przeciwieństwie do przełomu nie ma skłonności do odprysków i nie stwarza przy obsłudze niebezpieczeństwa skaleczenia o ostrą krawędź. Szkodliwe skutki cięcia za pomocą promieniowania laserowego takiego jak występowanie naprężeń cieplnych, zgrubień i osadu z odparowania zostają uniknięte. Sposób jest zasadniczo korzystny zwłaszcza w przypadku, gdzie trzeba przeciąć rurkę lub szkło płaskie o małej grubości ścianki i gdzie metody alternatywne jak odłupywanie, topnienie, kruszenie po wykonaniu rysy albo skrawanie dają szkodliwe skutki.

Przykład wykonania. Rura szklana o średnicy zewnętrznej 7 mm i grubości ścianki 0,1 mm została umocowana obydwoma końcami w tokarce do szkła i była obracana z prędkością 360 obr./min. Rura była napromieniowywana skupionym eliptycznie promieniowaniem lasera gazowego o mocy 20 Watt, w którym czynnikiem roboczym jest CO2.

178 155

Eliptyczny promień laserowy miał w miejscu padania na szkło długości 0,1 i 1 mm. Przez ten obrót rury powstała linia cięcia o szerokości 0,3 mm. Po czasie 0,7 sekundy szkło było wystarczająco zmiękczone i obie połówki szkła zostały rozciągnięte względem siebie o 0,5 mm, przez co uzyskano na linii cięcia grubość ścianki szkła około 0,05 mm. Napromieniowywanie było kontynuowane przez dalsze 0,25 sekundy, po czym szkło przerwało się wzdłuż linii cięcia. Zgrubienie istniejące na linii cięcia ani nie zmniejszyło prześwitu rury, ani nie przekroczyło średnicy zewnętrznej rury.

178 155

C02^-Laser

grzanie rozciąganie

rozłączenie przegrzanie

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób cięcia szklanych rur i płyt, polegający na cieplnym zmiękczeniu rury szklanej i płyty szklanej w miejscu cięcia, zmniejszeniu grubości ścianki w zmiękczonym obszarze za pomocą rozciągnięcia, a następnie przecięciu poprzez dalsze podgrzewanie, znamienny tym, że przy cienkościennych rurach i płytach o grubości ścianki do 0,2 mm zmiękcza się szkło na szerokości wynoszącej do 0,4 mm, zmiękczony obszar doprowadza się przez rozciąganie do grubości ścianki wynoszącej do 0,05 mm, po czym przecina się szkło przez dalsze podgrzewanie w rozciągniętym obszarze.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zmiękcza się szkło na szerokości wynoszącej do 0,3 mm.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że rozciąga się zmiękczony obszar do grubości ścianki wynoszącej do 0,03 mm.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zmiękcza się szkło i przecina za pomocą promienia laserowego.