光学玻璃棒圆度校正方法及生产线与流程

1.本发明属于玻璃加工技术领域，具体涉及一种光学玻璃棒圆度校正方法及生产线。


背景技术：

2.随着光学终端市场的不断变化，光学玻璃的形状由之前单一的条料形式逐步向多种形态转化，光学玻璃棒是其中的一种；常用的光学玻璃棒规格为直径40～50mm、长度800～1200mm，一般称之为母棒；根据产品形态的多样化发展，用母棒拉制成直径3～10mm的小直径玻璃棒，一般称之为子棒，这个拉制过程为二次拉棒。用于二次拉棒的母棒，对其外圆的圆度有一定的精度要求，当圆度超过对应的精度后，二次拉制出的子棒的外圆形状会发生很大变化，超出要求的公差范围，这部分产品就会成为废品。因光学玻璃生产工艺的特殊性及不同牌号之间的性能差异，不能确保一次生产的所有母棒的外圆精度均满足二次拉棒的要求；初步统计，约有50％左右的母棒需要进行校正，使圆度达到精度要求后再用于二次拉棒。
3.然而，现有的校正方法是通过车床设备采用金刚石碗型磨轮对母棒的外圆进行研磨，使其圆度达到二次拉棒的精度要求。具体为将母棒装夹到车床上，启动车床并用金刚石碗型磨轮作用于母棒的表面，对圆度超差的位置进行磨削，磨轮与母棒为线接触，加工过程中整个外圆同时被磨削；例如：母棒的直径超差1mm，加工掉这1mm后，玻璃棒的直径会减少2mm，若母棒的外圆直径超差更大，则加工损耗相应增大；由于研磨掉的部分已经成为了玻璃粉，是不能回收再利用的，根据近几年的加工统计，研磨加工损耗率通常在12％～15％，这使得母棒的材料利用率大大降低，严重压缩了二次拉棒产品的利润空间。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种光学玻璃棒圆度校正方法，旨在解决现有的校正方法对材料的利用率较低的问题。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：光学玻璃棒圆度校正方法，包括下列步骤：
6.步骤一，软化：将待校正的光学玻璃棒加热至tg 180～220℃，并保温使光学玻璃棒表面形成表面软化层，且将表面软化层的厚度控制在光学玻璃棒直径的1/10～1/8；tg为所述光学玻璃棒的玻璃化转变温度；
7.步骤二，圆度校正：软化后，采用棒料圆度校正设备对光学玻璃棒进行圆度校正，将光学玻璃棒的圆度控制在0.4mm以下；
8.步骤三，冷却：圆度校正后，将光学玻璃棒转运至退火设备中进行退火降温，将光学玻璃棒冷却至室温。
9.进一步的是，步骤一中，先将待校正的光学玻璃棒放入陶瓷盒中，再将装有光学玻璃棒的陶瓷盒放入软化炉中加热。
10.进一步的是，将光学玻璃棒放入陶瓷盒中之前，在陶瓷盒的内壁面上涂抹脱模剂。
11.进一步的是，待校正的光学玻璃棒的直径为40～50mm、圆度精度为1～2mm；步骤一中，光学玻璃棒加热至tg 180～220℃后，先保温3～4分钟，再将光学玻璃棒翻转180
°
并保温1.5～2分钟。
12.进一步的是，步骤二中，采用搓棒机作为棒料圆度校正设备，先将搓棒机的滚压部位加热，再将软化后的光学玻璃棒转运至搓棒机的滚压部位上，并滚搓35～40秒进行圆度校正。
13.进一步的是，步骤二中，加热使滚压部位的温度与光学玻璃棒的温度相差不超过10℃，之后再转运光学玻璃棒。
14.进一步的是，步骤二中，采用氢氧火焰装置对搓棒机的滚压部位加热。
15.进一步的是，该方法还包括步骤四和步骤五；
16.步骤四，抛光：冷却后，对光学玻璃棒进行抛光处理，使其表面粗糙ra≤0.05μm；
17.步骤五，清洗：抛光后，将光学玻璃棒表面残留的辅料清洗掉。
18.进一步的是，步骤四中，采用环抛机对光学玻璃棒进行抛光；步骤五中，采用超声波清洗机对光学玻璃棒进行清洗。
19.本发明还提供了一种光学玻璃棒圆度校正生产线，用于实施上述的光学玻璃棒圆度校正方法；其包括依次衔接的软化炉、搓棒机、退火炉、环抛机和超声波清洗机。
20.本发明的有益效果是：该方法通过将待校正的光学玻璃棒加热至特定温度并保温，以确保在光学玻璃棒表面形成适当厚度的表面软化层，进而能够利用棒料圆度校正设备对软化后的光学玻璃棒进行圆度校正，并确保可将其圆度控制在0.4mm以内，满足二次拉棒对光学玻璃棒圆度精度的要求；最后，通过退火设备对圆度校正后的光学玻璃棒进行退火降温，能够有效避免高温光学玻璃棒炸裂，保证了生产的有效性和可靠性；整个过程，几乎不会对光学玻璃棒造成加工损耗，也基本没有炸裂废品产生，因此有效保证了对材料的利用率。
附图说明
21.图1是本发明方法的工艺流程图；
22.图2是本发明生产线的设备衔接示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
24.结合图1所示，光学玻璃棒圆度校正方法，包括下列步骤：
25.步骤一，软化：将待校正的光学玻璃棒加热至tg 180～220℃，并保温使光学玻璃棒表面形成表面软化层，且将表面软化层的厚度控制在光学玻璃棒直径的1/10～1/8；tg为所述光学玻璃棒的玻璃化转变温度，玻璃化转变温度是指由玻璃态转变为高弹态所对应的温度；该步骤通常采用玻璃加热设备将光学玻璃棒加热软化，优选采用软化炉作为玻璃加热设备；光学玻璃棒直径1/10～1/8厚度的表面软化层，既利于棒料圆度校正设备对光学玻璃棒进行圆度校正，又不至于浪费能源、降低滚搓效率、增加加工难度；
26.步骤二，圆度校正：软化后，采用棒料圆度校正设备对光学玻璃棒进行圆度校正，
将光学玻璃棒的圆度控制在0.4mm以下；该步骤中所采用的棒料圆度校正设备可以为多种，例如：棒料滚圆机、搓棒机等；
27.步骤三，冷却：圆度校正后，将光学玻璃棒转运至退火设备中进行退火降温，将光学玻璃棒冷却至室温；退火设备主要用于将光学玻璃棒有效冷却，避免高温的光学玻璃棒炸裂；具体采用的退火降温工艺参数通常根据该光学玻璃棒的牌号及热力学性能设置，一般采用其常规退火工艺进行确定即可；光学玻璃棒可在退火设备中直接冷却至室温，也可以在达到出炉温度后，从退火设备中取出再冷却至室温；室温通常为20～25℃；退火设备可以为多种，优选为退火炉。
28.该方法通过将待校正的光学玻璃棒加热至特定温度并保温，以确保在光学玻璃棒表面形成适当厚度的表面软化层，进而能够利用棒料圆度校正设备对软化后的光学玻璃棒进行圆度校正，并确保可将其圆度控制在0.4mm以内；最后，通过退火设备对圆度校正后的光学玻璃棒进行退火降温，能够有效避免高温光学玻璃棒炸裂，保证了生产的有效性和可靠性；通过多次试验验证，采用该方法校正直径为40～50mm、长度为800～1200mm、圆度精度为1～2mm的光学玻璃棒，能够将其圆度精度可控制在0.4mm以内，完全满足二次拉棒对光学玻璃棒的圆度精度要求。而且整个校正过程，几乎不会对光学玻璃棒造成加工损耗，也基本没有炸裂废品产生，因此有效保证了对材料的利用率。
29.优选的，步骤一中，先将待校正的光学玻璃棒放入陶瓷盒中，再将装有光学玻璃棒的陶瓷盒放入软化炉中加热。陶瓷盒主要用于光学玻璃棒在软化炉中软化时对其进行保护，防止光学玻璃棒外径软化后与软化炉粘连在一起；通常采用与光学玻璃棒的形状及长度相似的陶瓷盒来装放待校正的光学玻璃棒。为了避免光学玻璃棒外径软化后与陶瓷盒粘连在一起，以方便将光学玻璃棒从陶瓷盒中取出，或在陶瓷盒中翻面，将光学玻璃棒放入陶瓷盒中之前，通常在陶瓷盒的内壁面上涂抹脱模剂。
30.在上述基础上，为了能够更佳均匀有效地加热光学玻璃棒，以使光学玻璃棒表面形成适当厚度的表面软化层，需要根据光学玻璃棒的直径及外圆需校正的尺寸确定软化时间；优选的，待校正的光学玻璃棒的直径为40～50mm、圆度精度为1～2mm；步骤一中，光学玻璃棒加热至tg 180～220℃后，先保温3～4分钟，再将光学玻璃棒翻转180
°
并保温1.5～2分钟。一般采用专用夹持装置夹持光学玻璃棒进行翻转，该专用夹持装置需要具备耐高温性能，且与光学玻璃棒需要足够大的夹持接触面，避免将光学玻璃棒夹变形。翻转的目的在于确保光学玻璃棒各部位软化的一致性。
31.优选的，步骤二中，采用搓棒机作为棒料圆度校正设备，先将搓棒机的滚压部位加热，再将软化后的光学玻璃棒转运至搓棒机的滚压部位处，并滚搓35～40秒进行圆度校正。搓棒机主要用于对光学玻璃棒进行滚搓，使其表面软化层被滚圆，从而使光学玻璃棒的圆度达到需要的精度；对搓棒机的滚压部位加热的目的在于，考虑到搓棒机的滚压部位初始为常温状态，为避免其与光学玻璃棒的温差过大而导致光学玻璃棒炸裂，因此转运光学玻璃棒前需加热滚压部位；35～40秒的滚搓时间，能够有效保证光学玻璃棒的圆度达到需要的精度，又不至于过度加工，降低生产效率。搓棒机的辊子一般根据光学玻璃棒的加工长度制作，通常利用耐高温的硬质合金制作，表面做了特殊工艺处理，确保在高温状态下不易腐蚀氧化且不易在圆度校正过程中与光学玻璃棒发生粘连。一般采用专用夹持装置对光学玻璃棒进行转运。考虑到光学玻璃棒因软化及搓滚后，其直径会略微变化，长度会适当延展，
为保证光学玻璃棒两端面平整规则，通常在搓棒机滚压部位的两端加装防护装置，以与光学玻璃棒的端部抵接将之修平。
32.为了使滚压部位达到最佳加热温度，提高其滚搓效率和效果，并避免光学玻璃棒炸裂，再优选的，步骤二中，加热使滚压部位的温度与光学玻璃棒的温度相差不超过10℃，之后再转运光学玻璃棒。
33.步骤二中，加热滚压部位的设备可以为多种，优选采用氢氧火焰装置对搓棒机的滚压部位加热。氢氧火焰装置是利用氢气和氧气的充分燃烧产生的火焰，其具有加热效率高、加热均匀性好等优点；再优选的，滚搓过程中持续对滚压部位进行加热，以使光学玻璃棒表面的温度一致，避免光学玻璃棒温度不均导致圆度校正异常。
34.作为本发明的一种优选方案，再如图1所示，该光学玻璃棒圆度校正方法还包括步骤四和步骤五；
35.步骤四，抛光：冷却后，对光学玻璃棒进行抛光处理，使其表面粗糙ra≤0.05μm；
36.步骤五，清洗：抛光后，将光学玻璃棒表面残留的辅料清洗掉。
37.具体的，步骤四中，采用环抛机对光学玻璃棒进行抛光；步骤五中，采用超声波清洗机对光学玻璃棒进行清洗。
38.如图2所示，本发明还提供了一种光学玻璃棒圆度校正生产线，用于实施上述的光学玻璃棒圆度校正方法；其包括依次衔接的软化炉、搓棒机、退火炉、环抛机和超声波清洗机。采用依次衔接的软化炉、搓棒机、退火炉、环抛机和超声波清洗机构成一个完整的流水生产线，能够有效地衔接各加工工序对光学玻璃棒进行圆度校正，极大的提高了加工效率。
39.实施例1
40.对牌号为h-zfxx的某光学玻璃棒进行圆度校正，该光学玻璃棒的性能在光学玻璃材料中属于硬度较小，质地较软的一款产品，其规格为φ50
×
1000mm，其玻璃化转变温度tg为625℃，校正前的玻璃棒圆度为1.5mm，若利用现有的研磨校正方法处理，材料损耗率在15％左右。
41.采用本发明提供的光学玻璃棒圆度校正方法对其校正，过程如下：
42.首先，将h-zfxx光学玻璃棒放入尺寸为φ55
×
1100mm的半圆形陶瓷盒内，陶瓷盒内壁涂抹有脱模剂，将装有光学玻璃棒的陶瓷盒放入软化炉中，对软化炉进行加热升温，升温至825℃后，保温3分钟，再用专用夹持装置将该光学玻璃棒翻转180
°
，并保温1.5分钟，使其表面软化层厚度达到其直径的1/10，即5mm；
43.其次，软化完成后的光学玻璃棒，用专用夹持装置转运至已经调整好的搓棒机的滚压部位处，转运前已采用氢氧火焰装置持续对滚压部位进行加热；通过搓棒机将光学玻璃棒滚搓35秒，即可完成圆度校正；
44.最后，用专用夹持装置夹持光学玻璃棒的两端，将圆度校正后的光学玻璃棒转运至退火炉中进行降温，根据h-zfxx玻璃的退火工艺将光学玻璃棒降至室温后，将光学玻璃棒取出，用圆度检测装置测得校正后的光学玻璃棒规格为φ46.2
×
1171mm，校正后的光学玻璃棒圆度为0.35mm，完全满足h-zfxx的二次拉棒的精度需求。用此方法有效解决磨削校正造成的加工损耗，材料损耗率几乎为零。
45.对比例1
46.选取与实施例1同样的光学玻璃棒和设备，采用以下工艺对光学玻璃进行圆度校
正：
47.先将光学玻璃棒加热至855℃，保温3分钟，再翻转180
°
后，并保温1.5分钟，表面软化层厚度为6.5mm；转运至搓棒机滚搓35秒后退火，退火工艺同实施例1；最终测得校正后的光学玻璃棒规格为φ46.2
×
1171mm，圆度为0.35mm，但是其用于二次拉棒出现了严重析晶问题，导致产品报废。
48.对比例2
49.选取与实施例1同样的光学玻璃棒和设备，采用以下工艺对光学玻璃进行圆度校正：
50.先将光学玻璃棒加热至825℃，保温10分钟，再翻转180
°
后，并保温5分钟，整个光学玻璃棒直径的一半以上已经软化，转运时专用夹持装置不好夹持，且在滚搓过程中因软化厚度较厚，不易快速滚压成型，不利于生产，且由于加热时间较长，产品内在出现析晶问题。
51.实施例2
52.对牌号为d-zkxx的某光学玻璃棒进行圆度校正，该光学玻璃棒的性能在光学玻璃材料中属于硬度较大，质地较硬的一款产品，其规格为φ49
×
1100mm，其玻璃化转变温度tg为510℃，校正前的玻璃棒圆度为1.8mm，若利用现有的研磨校正方法处理，材料损耗率在20％左右。
53.采用本发明提供的光学玻璃棒圆度校正方法对其校正，过程如下：
54.首先，将d-zkxx光学玻璃棒放入尺寸为φ55
×
1100mm的半圆形陶瓷盒内，陶瓷盒内壁涂抹有脱模剂，将装有光学玻璃棒的陶瓷盒放入软化炉中，对软化炉进行加热升温，升温至710℃后，保温4分钟，再用专用夹持装置将该光学玻璃棒翻转180
°
，并保温2分钟，使其表面软化层厚度达到6.2mm；
55.其次，软化完成后的光学玻璃棒，用专用夹持装置转运至已经调整好的搓棒机的滚压部位处，转运前已采用氢氧火焰装置持续对滚压部位进行加热；通过搓棒机将光学玻璃棒滚搓40秒，即可完成圆度校正；
56.最后，用专用夹持装置夹持光学玻璃棒的两端将圆度校正后的光学玻璃棒转运至退火炉中进行降温，根据d-zkxx玻璃的退火工艺将光学玻璃棒降至室温后，将光学玻璃棒取出，用圆度检测装置测得校正后的光学玻璃棒规格为φ46
×
1248mm，校正后的光学玻璃棒圆度为0.3mm，材料损耗率几乎为零，完全满足d-zkxx的二次拉棒的精度需求。
57.对比例3
58.选取与实施例2同样的光学玻璃棒和设备，采用以下工艺对光学玻璃进行圆度校正：
59.先将光学玻璃棒加热至750℃，保温4分钟，再翻转180
°
后，并保温2分钟，表面软化层厚度为7mm；转运至搓棒机滚搓60秒后退火，退火工艺同实施例2；最终测得校正后的光学玻璃棒规格为φ46
×
1248mm，圆度为0.3mm，因软化温度升高，表面软化厚度加深，使得滚搓时间较长，生产效率较低。
60.对比例4
61.选取与实施例2同样的光学玻璃棒和设备，采用以下工艺对光学玻璃进行圆度校正：
62.先将光学玻璃棒加热至710℃，保温10分钟，再翻转180
°
后，并保温5分钟，整个光学玻璃棒直径的一半以上已经软化，转运时专用夹持装置不好夹持，且在滚搓过程中因软化厚度较厚，不易快速滚压成型，不利于生产。