玻璃鋼成型技術(shù)論文

　　隨著中國(guó)科技的不斷發(fā)展，玻璃鋼成型技術(shù)也在不斷完善。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的玻璃鋼成型技術(shù)論文，僅供參考!

　　玻璃鋼成型技術(shù)論文篇一

　　光學(xué)玻璃模壓成型技術(shù)

　　摘要 光學(xué)玻璃模壓成型法由于能直接一次成型，因而大大節(jié)省了材輔料、時(shí)間、設(shè)備及人力，且能模壓出不同形狀。在非球面光學(xué)玻璃零件和小型、微型光學(xué)元件制造方面，有著廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)闡述該項(xiàng)綜合技術(shù)所涉及的低熔點(diǎn)玻璃材料的要求與現(xiàn)狀、模具材料與加工、模壓工藝和設(shè)備，詳細(xì)介紹了光學(xué)玻璃模壓成型技術(shù)的概況與關(guān)鍵點(diǎn)，指出我國(guó)應(yīng)繼續(xù)大力發(fā)展該項(xiàng)技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞 光學(xué)玻璃;模壓成型;低熔點(diǎn)玻璃;模具工藝

　　中圖分類(lèi)號(hào)TN205 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708(2012)64-0105-02

　　Abstract Because of directly forming, optical glass molding technology could save the material, time, equipment and manpower, and different shapes could be molded into. It had wide application prospects in manufacturing of aspheric optical glass parts and small, micro optical element. Optical glass molding technology overview and key points were introduced in detail through elaborating the comprehensive technology which involves the low melting point glass material requirements and current situation, the mold material and processing, molding process and equipment. In the end, pointed out that our country should continue to develop molding technology vigorously.

　　Keywords optical glass; molding; low Tg glass; process

　　0 引言

　　光學(xué)玻璃模壓成型技術(shù)，是利用了玻璃從熔融態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程是連續(xù)可逆的熱加工性質(zhì)，在玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg附近，在無(wú)氧條件下，對(duì)玻璃和模具進(jìn)行加溫加壓，一次性將光學(xué)玻璃模壓成達(dá)到使用要求的光學(xué)零件[1]。由于光學(xué)玻璃模壓成型法摒棄了傳統(tǒng)的粗磨、精磨、拋光以及定心磨邊等工序，直接一次成型，大大節(jié)省了材輔料、時(shí)間、設(shè)備及人力，且能模壓出不同形狀，尤其是在非球面光學(xué)玻璃零件和小型、微型光學(xué)元件制造方面，有著廣闊的應(yīng)用前景。光學(xué)玻璃模壓成型技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，需綜合考慮玻璃材料、模具材料、模壓設(shè)備及模壓的工藝參數(shù)等，它所涉及的技術(shù)均為各個(gè)領(lǐng)域的尖端技術(shù)[2]。

　　1 適于精密模壓的光學(xué)玻璃材料及預(yù)成型件

　　理論上講，光學(xué)玻璃都可以模壓。但實(shí)際上，一方面，轉(zhuǎn)變溫度Tg高的玻璃，以及含Ti高于5%的玻璃，在高溫下會(huì)與模具產(chǎn)生反應(yīng)，致使模具的使用壽命很短且零件表面質(zhì)量差;另一方面，含有Pb、As等氧化物的玻璃不符合環(huán)境保護(hù)要求也不能用于模壓。為適應(yīng)玻璃模壓成型技術(shù)的發(fā)展，要求材料廠家開(kāi)發(fā)出轉(zhuǎn)變溫度Tg低(600℃以下)的環(huán)保型光學(xué)玻璃材料。世界各光學(xué)材料生產(chǎn)企業(yè)都投入了很大精力，開(kāi)發(fā)出多種低熔點(diǎn)的適宜于模壓成型的玻璃材料。尤其是最近五年左右時(shí)間，低熔點(diǎn)玻璃從品種數(shù)量的增長(zhǎng)、折射率范圍的擴(kuò)大、Tg值的降低等方面，都有了很大的進(jìn)步。目前，日本和德國(guó)在這方面走在了世界的前列，HOYA(保谷光學(xué))、OHARA(小原光學(xué))、SUMITA(住田光學(xué))和SCHOTT(肖特光學(xué))是其中的佼佼者。由于各個(gè)廠家的材料配方不同，導(dǎo)致光學(xué)常數(shù)相同或相近時(shí)，玻璃的Tg值會(huì)有所不同，且材料具體各項(xiàng)參數(shù)也有差異，因此在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須首先考慮好所使用的光學(xué)玻璃材料的生產(chǎn)廠家。

　　由于模壓成型技術(shù)是光學(xué)玻璃材料直接一次性成型，出模后不再進(jìn)行拋光，因此，對(duì)用于模壓的毛坯相應(yīng)提出了更高的要求。通常，毛坯會(huì)預(yù)加工成球形、橢球形或平面、平凸、雙凸形[3-4]，也稱(chēng)之為預(yù)成型件。預(yù)成型件有熱加工和冷加工兩種方式，其中，小直徑球形和橢球形可通過(guò)滴料直接成型，而其它幾種形式的預(yù)成型件及直徑超出滴料范圍的預(yù)成型件必須先用傳統(tǒng)的研磨拋光方法制造出來(lái)。各廠家滴料成型的預(yù)成型件一般每批次最小訂單量為30 000件。

　　對(duì)預(yù)成型件的要求：因?yàn)槟翰豢赡芟鞅砻婕皟?nèi)部的缺陷，因此毛坯在壓型前的表面清潔度、表面粗糙度及材料內(nèi)部質(zhì)量均不得低于完工后的要求;由于要精密控制壓型后的尺寸，毛坯的尺寸和重量也應(yīng)進(jìn)行精密控制。

　　為進(jìn)一步防止高溫時(shí)玻璃與模具發(fā)生粘連，HOYA、OHARA、SCHOTT等廠家現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出在預(yù)成型件表面鍍防粘薄膜的方法，一方面可防止粘附，另一方面還可提高模壓過(guò)程中玻璃和成型面之間的潤(rùn)滑性。薄膜的種類(lèi)可為含碳薄膜或氮化物薄膜、貴金屬膜等，優(yōu)選使用含碳薄膜，尤其是模具材料為SiC、ZrO2時(shí)。

　　2 模壓模具的材料選擇及加工技術(shù)

　　在光學(xué)玻璃模壓成型技術(shù)中，高精度的鏡片和特殊的工藝過(guò)程要求模壓成型的模具應(yīng)達(dá)到以下要求：1)加工后的模具表面應(yīng)達(dá)到光學(xué)鏡面的表面粗糙度，在高溫環(huán)境下能保持表面質(zhì)量包括面形精度和表面疵病、表面粗糙度不變;2)模壓過(guò)程中不與玻璃起反應(yīng)或發(fā)生粘連現(xiàn)象，脫模性能良好;3)在高溫環(huán)境具有很高的剛性、硬度、強(qiáng)度，能耐冷熱反復(fù)沖擊。模具材料的選擇、模具的加工與研磨拋光、模具的表面處理等應(yīng)綜合考慮以上要求。

　　以HOYA為例，已開(kāi)發(fā)出多種有關(guān)模具材料的專(zhuān)利。主要的模具材料包括SiC、Si3N4、WC超硬合金和金屬陶瓷，并在模具基體的成型表面上加鍍脫模膜。以WC等超硬合金為基體時(shí)，表面加鍍貴金屬膜或氮化物膜;以SiC為基體時(shí)，表面加鍍硬質(zhì)碳膜;膜層厚度控制在10nm~50nm左右。

　　由于所使用的模具材料硬度大，一般具有硬脆性，在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋，影響工件的使用性能，因此對(duì)模具加工中所使用的刀具和加工方法提出了很高的要求。模具基體加工的機(jī)床都是超精密數(shù)控加工機(jī)床，與金剛石微分砂輪和高精度的在線檢測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng)相配合。加工方法包括納米磨削技術(shù)和PCD刀具微細(xì)銑削技術(shù)，后又發(fā)展出將ELID(Electrolytic In.Process Dressing)鏡面磨削技術(shù)[4]與納米磨削技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用到非球面透鏡模具的加工上。

　　為達(dá)到更好的表面精度，模具表面還需進(jìn)行研磨拋光。可用于模具拋光的技術(shù)有磁流變拋光(MRF)技術(shù)[5]、磁射流拋光(MJP)技術(shù)及超聲波研磨技術(shù)。

　　3 模壓工藝及設(shè)備

　　光學(xué)玻璃模壓成型專(zhuān)用機(jī)床的制造技術(shù)主要掌握在日本、美國(guó)、德國(guó)和荷蘭等國(guó)，如日本東芝、SYS，美國(guó)曼徹斯特精密光學(xué)公司、康寧公司，德國(guó)蔡司，荷蘭飛利浦等[6]。

　　模壓成型的具體工藝過(guò)程和工藝參數(shù)，隨設(shè)備不同而有所區(qū)別，但加熱與模壓工序都要求是在無(wú)氧化氣氛下進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，光學(xué)玻璃模壓成型可以分為等溫成型和異溫成型兩種方式。等溫成型是將預(yù)成型件導(dǎo)入到模壓成形模具中，并將該成型模具與玻璃一起進(jìn)行加熱來(lái)進(jìn)行零件加工的方法。

　　異溫成型是先加熱預(yù)成型件，使其軟化，再將其導(dǎo)入到已預(yù)熱的模壓成型模具中進(jìn)行精密模壓成型的方法。簡(jiǎn)單地講，等溫成型就是將模具和預(yù)成型件同時(shí)加熱和冷卻，同時(shí)取出;異溫成型就是將預(yù)成型件單獨(dú)加熱后成型單獨(dú)冷卻和取出，模具溫度保持不變。等溫成型方式加熱升溫和冷卻降溫都需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此生產(chǎn)速度較慢，在面形精度、中心偏差要求較高的情況下，推薦使用等溫成型方式;在重視生產(chǎn)率提高的情況下推薦使用異溫成型方式。

　　4 結(jié)論

　　光學(xué)玻璃模壓成型技術(shù)現(xiàn)已廣泛用于各類(lèi)球面和非球面光學(xué)零件的制造中，尤其是在小型和微型光學(xué)元件及非球面制造方面具有傳統(tǒng)光學(xué)零件不可比擬的優(yōu)越性。目前，包括低熔點(diǎn)玻璃的熔煉、模具加工與鍍膜、模壓設(shè)備及工藝等關(guān)鍵技術(shù)主要掌握在國(guó)外廠家手中，我國(guó)尚處于起步階段，很多方面還受制于國(guó)外技術(shù)壁壘，因此，繼續(xù)深入開(kāi)展光學(xué)玻璃模壓成型技術(shù)方面的研究十分迫切，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1][日]谷田部善雄著.非球面透鏡加工.張立士，譯.

　　[2]陳�，王偉.低熔點(diǎn)玻璃精密模壓技術(shù)概況[J].市場(chǎng)周刊，2010，9：109-110.

　　[3]舒朝濂，田愛(ài)玲，等.現(xiàn)代光學(xué)制造技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008：317-322.

　　[4]關(guān)佳亮，等. ELID精密鏡面磨削技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J].航空精密制造技術(shù)，2002，38(2)：5-7.

　　[5]康桂文.磁流變拋光技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].機(jī)床與液壓，2008，36(3)：173-176.

　　[6]張坤領(lǐng)，等.非球面加工現(xiàn)狀[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2007(5)：1-6.

　　玻璃鋼成型技術(shù)論文篇二

　　大型纏繞成型玻璃鋼容器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　摘 要：介紹了玻璃鋼材料的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)其強(qiáng)度好剛度不足的問(wèn)題，對(duì)立式纏繞成型玻璃鋼罐進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)使用達(dá)到了預(yù)期的效果。

　　關(guān)鍵詞：玻璃鋼罐 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 剛度 耐溫性

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2014)02(a)-0135-02

　　玻璃鋼[1](也稱(chēng)玻璃纖維增強(qiáng)塑料，國(guó)際公認(rèn)的縮寫(xiě)符號(hào)為GFRP或FRP)是一種品種繁多，性能用途廣泛的復(fù)合材料。它是由合成樹(shù)脂和玻璃纖維經(jīng)復(fù)合工藝，制作而成的一種功能型的新型材料。

　　1 玻璃鋼材料的優(yōu)缺點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)的金屬材料及非金屬材料相比，玻璃鋼材料及其制品，具有強(qiáng)度高，性能好，節(jié)約能源，產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度大，以及產(chǎn)品使用適應(yīng)性廣等特點(diǎn)。因此，在一定意義上說(shuō)，玻璃鋼材料是一種應(yīng)用范圍極廣，開(kāi)發(fā)前景極大的材料品種之一。

　　玻璃鋼(FRP)的優(yōu)點(diǎn)之一是輕質(zhì)高強(qiáng)[2]。相對(duì)密度在1.5～2.0之間，只有碳鋼的1/4～1/5，可是拉伸強(qiáng)度卻接近，甚至超過(guò)碳素鋼，而比強(qiáng)度可以與高級(jí)合金鋼相比。但同時(shí)玻璃鋼(FRP)的彈性模量低，玻璃鋼(FRP)的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼(E=2.1×106)小10倍，因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中常感到剛性不足，容易變形?？梢宰龀杀そY(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)，也可通過(guò)高模量纖維或者做加強(qiáng)筋等形式來(lái)彌補(bǔ)。

　　2 立式纏繞成型玻璃鋼罐的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　立式纏繞成型玻璃鋼罐的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要充分考慮到玻璃鋼材料剛性不足、容易變形的問(wèn)題。因此，在華北局紅河油田聯(lián)合站200 m3玻璃鋼儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)玻璃鋼罐進(jìn)行了罐壁優(yōu)化設(shè)計(jì)、儲(chǔ)罐連接優(yōu)化、罐底轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)優(yōu)化、接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及過(guò)熱接管夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

　　2.1 玻璃鋼罐罐壁的設(shè)計(jì)

　　立式儲(chǔ)罐在滿足使用壽命的前提下，對(duì)壁厚采用自下而上的減薄設(shè)計(jì)。

　　(1)罐壁厚度按下式計(jì)算：

　　罐體剛度按下式計(jì)算壁厚：

　　式中：D=6.5 m;H=6.5 m;φ=1.0;n=10;γ=1000 kg/m3;Hi按2.87、5.74、6.5取值。

　　玻璃鋼：σb=150MPa;[ε]=0.1%;E= 1.1×104 MPa

　　結(jié)構(gòu)層的厚度附加量(C)：當(dāng)計(jì)算厚度小于5 mm時(shí)，厚度附加量為3 mm;當(dāng)計(jì)算厚度大于或等于5 mm<10 mm時(shí)，厚度附加量為2 mm;當(dāng)計(jì)算厚度大于或等于10 mm<15 mm時(shí)，厚度附加量為1 mm;當(dāng)計(jì)算厚度大于或等于15 mm時(shí)，不需要厚度附加量。內(nèi)層厚度取2.5 mm，外層厚度取1.5 mm。

　　將已知數(shù)代入上式，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

　　(2)罐壁設(shè)計(jì)外壓計(jì)算。

　　其中：K1=1.0 ;q0=350 Pa;K2=1.2;P=0 Pa

　　(3)罐壁的許用臨界壓力按下式計(jì)算：

　　;其中;

　　按上式計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

　　(4)罐壁的穩(wěn)定校核應(yīng)滿足下式要求：

　　上述計(jì)算知：

　　故該罐壁校核合格，不需設(shè)加強(qiáng)圈。

　　2.2 玻璃鋼儲(chǔ)罐的連接優(yōu)化

　　玻璃鋼儲(chǔ)罐的封頭與筒體間的連接形式采用對(duì)接連接。對(duì)接時(shí)可借助導(dǎo)向板完成，接縫處應(yīng)平整、嚴(yán)實(shí)，接縫間隙不超過(guò)板厚或者10 mm，且無(wú)明顯錯(cuò)位傾斜。內(nèi)外層分別采用400 mm的聚酯材料進(jìn)行粘貼加固。

　　2.3 玻璃鋼轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)優(yōu)化

　　筒體與罐底用承插內(nèi)外增強(qiáng)糊制法粘接[3]，內(nèi)部糊制的拐角半徑r不小于50 mm，增強(qiáng)糊制的寬度不小于200 mm。拐角糊制增厚應(yīng)遞減，圓滑過(guò)渡并與底部和側(cè)壁相切。

　　2.4 接管結(jié)構(gòu)優(yōu)化

　　法蘭與容器組裝形式見(jiàn)圖1。其適合于直徑大于100 mm的接管。直徑不大于100 mm的接管需要角撐板支撐。接管開(kāi)孔處應(yīng)能承受液柱壓力，要在以開(kāi)口中心線為中心的周邊面積進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。常壓容器的接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)按照公式(1)進(jìn)行計(jì)算[4]。

　　Tt=PDK/2Sa (1)

　　式中：

　　Tt為開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)厚度，單位為毫米(mm);K為系數(shù)，接管直徑≥150 mm時(shí)，K=1.0;接管直徑<150 mm時(shí)，K=1.0d/(dr-d);d為接管公稱(chēng)直徑，單位為毫米(mm);dr為補(bǔ)強(qiáng)圈直徑，單位為毫米(mm);接管直徑≥150 mm時(shí)，dr=2d，接管直徑<150 mm時(shí)，dr=d+150;P為接管所在部位的液柱壓力，單位為兆帕(MPa);D為容器內(nèi)徑，單位為毫米(mm);Sa為許用拉伸應(yīng)力，單位為兆帕(MPa)。

　　2.5 過(guò)熱接管夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

　　由于玻璃鋼長(zhǎng)期耐溫性差，長(zhǎng)期使用時(shí)通用聚酯FRP在50 ℃以上強(qiáng)度就明顯下降[5]。因此，對(duì)于內(nèi)部有碳鋼加熱盤(pán)管的玻璃鋼大罐，其罐壁可以采用套管式的夾層結(jié)構(gòu)，以防止內(nèi)部碳鋼加熱盤(pán)管與玻璃鋼罐壁直接接觸。

　　3 結(jié)論

　　(1)紅河油田聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站、廢液處理站內(nèi)，建造玻璃鋼罐時(shí)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，共建造玻璃鋼罐數(shù)量達(dá)到9座。(2)從玻璃鋼罐的檢測(cè)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況標(biāo)明，玻璃鋼罐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是合理的，罐的剛度不足的問(wèn)題得到了解決，滿足了生產(chǎn)的需要。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 陳博.發(fā)展中的我國(guó)玻璃鋼工業(yè)[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，1997(6)：15.

　　[2] 雷文，凌志達(dá).纏繞玻璃鋼管罐的技術(shù)特點(diǎn)及在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀[J].工廠塑料應(yīng)用，2000，28(6)：24-26.

　　[3] CD130A19-85，手煳法玻璃鋼設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)條件[S].

　　[4] HG/T 3983-2007，耐化學(xué)腐蝕現(xiàn)場(chǎng)纏繞玻璃鋼大型容器[S].

　　[5] HG/T 20696-1999，玻璃鋼化工設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)定[S].