RU1784596C

RU1784596C - Способ резки стекл нных трубок и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: RU1784596C
Application number: SU894756706A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Ганюченко; Светлана Георгиевна Вологдина
Original assignee: Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова
Priority date: 1989-11-09
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1992-12-30

Abstract

Сущность изобретени . Способ резки стекл нных трубок включает нанесение риски , нагрев полосы вдоль по окружности трубок лазерным лучом с одновременным вращением трубок и их перемещением относительно лазерного луча и последующее резкое охлаждение линии реза. Нанесение риски производ т лазерным излучением в режиме скрайбировани после нагрева полосы вдоль окружности трубок. Устройство дл резки стекл нных трубок включает лазер , блок позиционировани и перемещени трубок, узел охлаждени и оптическую систему преобразовани лазерного пучка в полосу. Устройство также снабжено блоком разделени пучка на два канала и оптической системой преобразовани лазерного пучка в п тно малых размеров. Оптические оси двух оптических систем располагают в одной плоскости, совпадающей с плоскостью предполагаемого разделени трубок 2 с.п.ф-лы, 1 ил, (/ С

Description

Изобретение относитс к обработке стекла, в частности к способам разделени стекл нных трубок малого диаметра, и может быть использовано в стекольной, светотехнической , электротехнической, электронной и радиотехнической промышленности .

Известен способ резки стекл нных трубок , включающий механическое нанесение дефекта на поверхность трубки (риски) по линии реза и последующий нагрев полосы реза лазерным лучом.

Однако этот способ наиболее пригоден дл разделени трубок диаметром свыше 10 мм и характеризуетс низкой производительностью , обусловленной необходимостью использовани малых мощностей пучка дл исключени разм гчени стекла,

а также наличием большого количества подготовительных операций перед непосредственным разделением каждой трубки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению вл етс способ лазерной резки стекл нных трубок малого диаметра, включающий нанесение риски механическим пу-тем , нагрев полосы лазерным лучом при вращении трубок относительно лазерного луча с одновременным перемещением вдоль него и последующим охлаждением линии реза. Благодар применению такого приема, как одновременный нагрев нескольких трубок малого диаметра стало возможным повысить производительность

процесса разделени стекл нных трубок.

XI 00

Ј

сл ю о

Однако способ резки стекл нных трубок малого диаметра с предварительным механическим нанесением риски на холодную поверхность трубок не обеспечивает гарантированного качества разделени . Механическое нанесение риски требует применени дорогосто щего особопрочно- го режущего инструмента (чаще всего алмазного ). В процессе обработки трубок неизбежно происходит затупление инструмента . Трудность фиксации момента затуп- инструмента приводит4 к выпуску бракованной продукции. Замена режущего инструмента новым снижает производительность процесса и увеличивает затраты рабочего времени

Таким образом, основным недостатком известного с пособа резки стекл нных трубок вл етс негарантированное качество реза и, следовательно, снижение выхода годной продукции

Целью изобретени вл етс увеличение выхода годной продукции и улучшение качества.

На чертеже показан общий вид устройства дл резки стекл нных трубок.

В состав устройства входит лазер 1, оптическа система 2 разделени пучка на два канала 3 и 4 - оптические элементы преобразовани одного из полученных разделением пучков в полосовой пучок (например, сферическа и цилиндрическа линза) 5 - элемент фокусировки второго полученного пучка (например, сферическа фокусирующа линза), основание б, на котором перемещаютс обрабатываемые трубки 7, 8 и 9 - два лазерных сфокусированных пучка, предназначенных дл нагревани узкой полосы по направлению реза 8 и нанесени риски 9 и узел 10 охлаждени трубок, например влажна губка

Способ осуществл етс следующим образом .

Трубки малого диаметра 7 перемещают с одновременным вращением по основанию 6 таким образом что они попадают в зону действи лазерного пучка 8, нагревающего полосу вдоль линии разделени , а затем в .зону второго, сфокусированного в п тно малых размеров лазерного пучка 9 Здесь лазерный луч разрушает часть толщи трубки с поверхности и наносит риску. Разрушение материала производитс в режиме непрерывной устойчивой деструкции (скрайбировани ) Дл этого скорость перемещени трубки под лучом должна быть близка к скорости деструкции материала Преимущественный характер разрушени материала - деструкци за счет испарени материала. После нанесени риски происходит разделение трубки путем охлаждени нагретой зоны в узле 10 Температурное поле вблизи образовавшейс риски, полученной при лазерном воздействии

непосредственно перед охлаждением, создает в ходе охлаждени добавочные по сравнению с прототипом термические напр жени раст жени , локализованные непосредственно в самом ослабленном месте

трубки Эти добавочные напр жени гарантируют надежное разделение по линии риски

Пример. Исходным параметром дл расчетов роторной установки тремораскола

вл етс технологическа производительность установки разделени , котора принималась равной шт/с Эта производительность обеспечивает, с учетом потерь времени на загрузку и соответствуюидем коэффициенте использовани установки по времени ki 0,2, сменную производительность N 5 6 105 шт Врем цикла нагрева-охлаждени кольцевой зоны принимаем равным Тц 1 с С учетом коэффициенга заполн ен и окружности ротора барабана, по которой перемещаютс и вращаютс трубки, k2 0,5 диаметр барабана D 2Rin(k2T4 л) мм дл трубок диаметром 2Ri 3 мм Дл обеспечени равномерности нагрева кольцевой зоны скорость вращени трубок вокруг своей оси принимаем равной 300 об/мин Зона охлаждени и позиционировани трубок при этом должна составл ть не менее кз тпа 0,2

части окружности барабана или не менее 72° по ее окружности. Врем нагрева кольцевой зоны при этом т тц (1-кз) 0,8 с.

Нагрев кольцевой зоны должен обеспечить достижение высокой температуры поверхности трубки Однако дл предотвращени релаксации полезных в данном случае термических напр жений температура разм гчени не должна достигатьс в зоне нагрева Температура начала разм гчени

стекла определ етс маркой стекла и в нашем случае она может быть прин та равной Тр 650°С Максимально допустимую температуру стекла принимаем равной Тт 300°С Это требование и полагаем в основу

расчета процесса обработки и выбора лазера дл нагрева Учтем высокую скорость вращени трубок вокруг собственной оси, малое врем нагрева г и относительно большую толщину стенки трубки &R 0,5«м«

5 Va г 0 5 мм, где .0034 см2/с - температуропроводность стекла Тогда задача нагрева полупространства поверхностным источником в виде полосы заданной ширины 2Ь Оценку минимальной ширины полосы 2Ь получим в предположении использовани фокусирующей системы в виде совме- щенных на общей оптической оси фокусирующего объектива и конического отражательного зеркала. Дл фокусного рассто ни объектива + 100 мм 200 мм, ширина перет жки (ширина полосы сфокусированного излучени ) в такой системе 2Ь 0,5 мм. Средн поглощательна способность на поверхности облученной трубки при нормальном падении излучени составл ет rf 0,8 и средн интенсивность поглощени мощности на каждой трубке равна

q Рл г)/( 4 Db),

где Рл - мощность лазерного пучка.

Здесь учтено, что облучение трубки происходит с одной стороны. Распределение температурного пол на поверхности полупространства Z SO в момент времени г при нагреве его поверхностным полосовым источником с удельной мощностью q даетс выражением:

T LbjЈ. L2b(r)-l ( г )

,Е, Г 1Ь+хЈ-|b x

. L 4b2r J 2Ь( т )

,Е,г.1ЦхЈ-|.

L 4 b2 T J

где Я- коэффициент теплопроводности материала;

Ei(y) - интегральна показательна функци ;

Ф (у) - функци ошибок;

r/b - безразмерное врем .

Использу закономерность изменени температуры поверхности полупространства при линейном потоке тепла на поверхность

t

Ti 2q(ar/7r)/A.

получаем плотность мощности q дл заданного времени т и дл максимальной температуры (на середине полосы), равной Tm. a затем определ етс мощность лазера. Расчеты проводились при следующих теплофи- зических параметрах стекла коэффициент

теплопроводности Я 0,74 Вт/м- (рад, удельна теплоемкость С 0,88 10 Дж/кгтрад, плотность р 2,5-Ю3 кг/м3 температуропроводность а 3,36 м2/с 5 Дл длительности цикла нагреза ,8 с мощность лазера составл ет менее 68 Вт Таким образом, в качестве источника лазерного излучени в установке дл прецизионного разделени стекл нных трубок

0 выбираем С02 - лазер типа 1/1ЛГН-709 с номинальной мощностью Рл 80 Вт

Пример. Производ т разделение стекл нных трубок (2-4 мм) на макете установки , состо щем из лазера ИЛГН-709, бло5 ка разделени пучка, блока фокусировки излучени и механического устройства дл обеспечени одновременного поступательного перемещени и вращени -стекл нных заготовок вокруг оси. Образцы подвергают

0 действию лазерного излучени с полосовым разделением интенсивности по окружности трубок. Интенсивность излучени в полосовом п тне излучени при этом составл ла 22 Вт/см при длительности нагрева трубок,

5 равной 0,6 1 с. Фокусировку излучени лазера дл нанесени риски производ т лин1- зой из KCI с фокусным рассто нием 200 мм. Отбор требуемой дл нанесени риски части мощности пучка провод т путем использо0 вани плоского поворотного зеркала диаметром 0,46 см. Уровень отводимой мощности измер ют на измерителе ИМО- 2Н и составил 12 Вт от общих 80 Вт. При скорости вращени заготовок 5 об/с и ско5 рости поступательного перемещени заготовок 600 мм/с на поверхности трубок образуют риски длиной 2,5-3 мм, шириной 0,СЗ мм и глубиной 0,04 мм. Дальнейший контакт трубок со смачиваемым шнуром из

0 асбестового волокна проводили к спонтанному разделению трубок по линии риски без образовани сколов и трещин на торцах трубок . Производительность процесса 100 шт/с

5 Использование способа лазерной резки стекл нных трубок малого диаметра позвол ет улучшить качество получаемой поверхности и повысить производительность процесса за счет увеличени выхода годной

Claims

0 продукции. Экономический эффект определ етс увеличением выхода годной продукции с 80. .85% до 95...98% и исключением расхода режущего (алмазного) инструмента Формула изобретени

51, Способ резки стекл нных трубок,

включающий нанесение риски, нагрев полосы вдоль по окружности трубок лазерным лучом с одновременным вращением трубок и их перемещением относительно лазерного луча и последующее резкое охлаждение линии реза, отличающийс тем, что, с целью увеличени выхода годной продукции и улучшени качества, нанесение риски производ т лазерным излучением в режиме скрайбировани после нагрева полосы вдоль окружности трубок.
2. Устройство дл резки стекл нных трубок , включающее лазер, блок позиционировани и перемещени трубок, узел

0

охлаждени и оптическую систему преобразовани лазерного пучка в полосу, отличающеес тем, что. с целью увеличени выхода годной продукции и улучшени качества , оно снабжено блоком разделени пучка на два канала и оптической системой преобразовани лазерного пучка в п тно малых размеров, причем оптические оси двух оптических систем располагают в одной плоскости, совпадающей с плоскостью предполагаемого разделени трубок.

экран