一种高效高精度的石英玻璃管成形工艺制造技术

一种高效高精度的石英玻璃管成形工艺，包括如下步骤：（1）喂料：将石英玻璃把棒的上端通过密封固定装置（1）固定在喂料装置（2）上，所述石英玻璃把棒的下端固定在空心的圆柱体石英玻璃坯料上端，控制系统（3）驱动喂料装置（1）以3‑4mm/min的速度垂直向下运动并且驱动气泵（4）通过石英玻璃把棒向圆柱体石英玻璃坯料管内持续通入气体以来调节圆柱体石英玻璃坯料管的管内气压；（2）加热：所述加热装置（5）在控制系统（3）控制保持温度设置在2000‑2100℃；（3）拉管。本发明专利技术所述的高效高精度的石英玻璃管成形工艺，操作弹性大，有效地提高了石英玻璃管成形效率及质量，提高了石英玻璃管的几何参数及其精度，应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种高效高精度的石英玻璃管成形工艺
本专利技术属于石英玻璃管成形
，具体涉及一种高效高精度的石英玻璃管成形工艺。
技术介绍
石英玻璃是由纯天然水晶、硅石和富含石英的岩提取的高纯石英或人工合成原料经过高温熔化而制得，该材料在现代技术中应用十分广泛，为光纤通信、电光源、载人航天等重要领域提供了各种各样的关键材料，在激光、半导体工业等高科技领域也广泛使用。石英玻璃是玻璃材料中性能最好的材料，有“玻璃之王"的美誉。石英玻璃管成型技术在工业革命后就有了雏形，最初只是通过电阻丝加热钼坩埚融化石英粉料，然后在模具的作用下形成各种管材、棒材。自20世纪末，石英玻璃制造技术得到了迅猛的发展，国际上各大石英玻璃公司纷纷开发新的工艺技术。目前国内各工艺生产的石英玻璃管几何精度明显落后于国外产品，主要是由于工艺技术水平落后，工艺设备精度差。当前国内连融熔制工艺的设备和技术相当于国外90年代水平，窑炉内的保温材料参差不齐，温度控制不理想，缺少现代测控技术，主要靠模具和人员经验来保证产品精度。因此，需要研发出一种适用于高效高精度的石英玻璃管成形工艺，提高石英玻璃管成形的效率、精度，具有良好的应用前景。中国专利申请号为CN201820282947.X公开了一种石英玻璃管成型装置，通过在机体内设置水桶，以及冷却腔内水泵的配合设置，从而能够通过水泵运作将水从导水管内抽至排水管内，通过在冷却腔内设置上卡块与下卡块，从而能够有效固定降温水帘位于冷却腔内的位置，没有对石英玻璃管成形工艺进行改进，也没有提高石英玻璃管成形的效率和精度。<br>
技术实现思路
专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种高效高精度的石英玻璃管成形工艺，工艺简单，操作弹性大，采用PLC作为控制核心，控制精度高，控制精度达到±0.1%，反应灵敏，响应速度快，运行稳定，有利于石英玻璃管成形质量，成本更低，生产效率更高，应用前景广泛。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高效高精度的石英玻璃管成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：包括如下步骤：（1）喂料：将石英玻璃把棒的上端通过密封固定装置固定在喂料装置上，所述石英玻璃把棒的下端固定在空心的圆柱体石英玻璃坯料上端，控制系统驱动喂料装置以3-4mm/min的速度垂直向下运动并且驱动气泵通过石英玻璃把棒向圆柱体石英玻璃坯料管内持续通入气体以来调节圆柱体石英玻璃坯料管的管内气压；（2）加热：所述圆柱体石英玻璃坯料置于加热装置内加热直至熔融状态，所述加热装置在控制系统控制保持温度设置在2000-2100℃；所述加热装置为感应加热炉，所述感应加热炉的加热材料上设置有若干个温度传感器，所述温度传感器与控制系统连接；（3）拉管：所述圆柱体石英玻璃坯料在重力作用下流出加热装置并且迅速固化，此时由控制系统驱动牵引轮夹住所述圆柱体石英玻璃坯料的料头，所述牵引轮匀速旋转，所述圆柱体石英玻璃坯料在牵引轮的作用下，持续从加热装置内成型得到成形后的石英玻璃管。本专利技术所述的高效高精度的石英玻璃管成形工艺，工艺简单，操作弹性大，有效地提高了石英玻璃管成形效率及质量。石英玻璃管的光学指标是由石英玻璃本身的性质和原材料决定，而石英玻璃管的几何参数及其精度完全取决成形工艺过程，几何参数主要受工艺参数和设备精度的影响，工艺参数包括温度、管内气体压力、喂料速度、牵引速度等，本专利技术研究了温度、喂料速度参数交互作用下的最佳范围，但管内气体压力和牵引速度的最佳范围取决于对石英玻璃管想要得到的外径和壁厚，可以向控制系统输入石英玻璃管想要得到的外径和壁厚智能计算出最佳范围，通过控制系统来统精准控制喂料装置、气泵、加热装置、牵引轮，智能化程度高，提高了石英玻璃管的几何参数及其精度。进一步的，上述的高效高精度的石英玻璃管成形工艺，所述密封固定装置的安装，包括如下步骤：所述密封固定装置包括固定销、两个密封环、固定环、两个O型橡胶圈；将石英玻璃把棒从下至上穿过密封环O型橡胶圈、固定环后，将固定销插入到石英玻璃把棒的预制孔内，缓慢向下移动石英玻璃把棒直到固定销与固定环接触，然后分别再将另一个密封环、另一个O型橡胶圈从下至上安装在石英玻璃把棒上部，通过螺栓将固定环和喂料装置连接在一起，同时通过螺栓将密封环与固定环连接在一起。为了确保耐温和对石英玻璃管纯度的影响，本专利技术将空心的圆柱体石英玻璃坯料通过石英玻璃把棒垂直固定在喂料装置上。除了连接的稳定性、牢度，由于要通入气体，必须要确保石英玻璃把棒与喂料装置以及圆柱体石英玻璃坯料连接处具有优良的密闭性。进一步的，上述的高效高精度的石英玻璃管成形工艺，所述控制系统包括喂料控制机构、气体压力控制机构、温度控制机构、牵引控制机构、PLC，所述PLC分别与喂料控制机构、气体压力控制机构、温度控制机构、牵引控制机构连接；所述喂料控制机构与喂料装置连接；所述气体压力控制机构与气泵连接；所述温度控制机构分别与加热装置、温度传感器连接；所述牵引控制机构与牵引轮连接。本专利技术采用PLC作为控制核心，控制精度高，控制精度达到±0.1%，反应灵敏，响应速度快，运行稳定，有利于石英玻璃管成形质量，成本更低，生产效率更高。将温度的最佳范围、喂料速度的最佳范围和管内气体压力和牵引速度与需要成型石英玻璃管的几何尺寸关系模型通过计算机编入到PLC程序中，替代原有的人共控制，通过PLC自动进行工艺参数调整，PLC会根据设定的目标值自行调整，确定工艺参数调整的优先级，根据关系模型中各个工艺参数对几何参数影响的大小设置先后排序，优先级确定为管内气体压力、牵引速度、喂料速度、温度，将此优先级机制编入PLC中，通过PLC的算法由程序自行判定在成型过程中优先顺序，从而调整石英玻璃管的几何参数。进一步的，上述的高效高精度的石英玻璃管成形工艺，所述喂料控制机构包括光栅尺位移传感器、喂料伺服控制器、马达；所述位移传感器设置在喂料装置一侧并且实时测量喂料装置的位置，所述位移传感器将位置信息传递给PLC，经过PLC计算瞬时速度后与设定速度进行比较，PLC通过比较后的结果再进行调整通过喂料伺服控制器输入马达的转速，驱动喂料装置按照设计的速度运行。传统的喂料装置是将马达与减速机构连接后，利用调整马达的输入频率来调整马达的转速，也就是变频调速，这种结构成本低，但由于负载的重量是变化的，这种方式速度波动较大，喂料精度低。本专利技术所述喂料控制机构，采用喂料伺服控制器、光栅尺位移传感器、PLC的闭环控制，解决了上述技术问题，提高了喂料装置的精度。进一步的，上述的高效高精度的石英玻璃管成形工艺，所述气体压力控制机构包括扩散硅压力传感器、稳压罐、电磁阀、变频器；所述扩散硅压力传感器分别设置在气泵出口处、石英玻璃把棒与圆柱体石英玻璃坯料连接处，气泵出口处的所述扩散硅压力传感器通过稳压罐与PLC连接，石英玻璃把棒与圆柱体石英玻璃坯料连接处的所述扩散硅压力传感器与PLC连接；所述PLC、变频器、气泵依次连接，所述PLC、电磁阀、气泵阀门依次连接。气泵、圆柱体石英玻璃坯料的气体压力利用扩散硅压力传感器进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效高精度的石英玻璃管成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）喂料：将石英玻璃把棒的上端通过密封固定装置（1）固定在喂料装置（2）上，所述石英玻璃把棒的下端固定在空心的圆柱体石英玻璃坯料上端，控制系统（3）驱动喂料装置（1）以3-4mm/min的速度垂直向下运动并且驱动气泵（4）通过石英玻璃把棒向圆柱体石英玻璃坯料管内持续通入气体以来调节圆柱体石英玻璃坯料管的管内气压；/n（2）加热：所述圆柱体石英玻璃坯料置于加热装置（5）内加热直至熔融状态，所述加热装置（5）在控制系统（3）控制保持温度设置在2000-2100℃； 所述加热装置（5）为感应加热炉，所述感应加热炉的加热材料上设置有若干个温度传感器（51），所述温度传感器（51）与控制系统（3）连接；/n（3）拉管：所述圆柱体石英玻璃坯料在重力作用下流出加热装置（5）并且迅速固化，此时由控制系统（3）驱动牵引轮（6）夹住所述圆柱体石英玻璃坯料的料头，所述牵引轮（6）匀速旋转，所述圆柱体石英玻璃坯料在牵引轮（6）的作用下，持续从加热装置（5）内成型得到成形后的石英玻璃管。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效高精度的石英玻璃管成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）喂料：将石英玻璃把棒的上端通过密封固定装置（1）固定在喂料装置（2）上，所述石英玻璃把棒的下端固定在空心的圆柱体石英玻璃坯料上端，控制系统（3）驱动喂料装置（1）以3-4mm/min的速度垂直向下运动并且驱动气泵（4）通过石英玻璃把棒向圆柱体石英玻璃坯料管内持续通入气体以来调节圆柱体石英玻璃坯料管的管内气压；
（2）加热：所述圆柱体石英玻璃坯料置于加热装置（5）内加热直至熔融状态，所述加热装置（5）在控制系统（3）控制保持温度设置在2000-2100℃；所述加热装置（5）为感应加热炉，所述感应加热炉的加热材料上设置有若干个温度传感器（51），所述温度传感器（51）与控制系统（3）连接；
（3）拉管：所述圆柱体石英玻璃坯料在重力作用下流出加热装置（5）并且迅速固化，此时由控制系统（3）驱动牵引轮（6）夹住所述圆柱体石英玻璃坯料的料头，所述牵引轮（6）匀速旋转，所述圆柱体石英玻璃坯料在牵引轮（6）的作用下，持续从加热装置（5）内成型得到成形后的石英玻璃管。


2.根据权利要求1所述的高效高精度的石英玻璃管成形工艺，其特征在于，所述密封固定装置（1）的安装，包括如下步骤：所述密封固定装置（1）包括固定销（11）、两个密封环（12）、固定环（13）、两个O型橡胶圈（14）；将石英玻璃把棒从下至上穿过密封环（12）、O型橡胶圈（14）、固定环（13）后，将固定销（11）插入到石英玻璃把棒的预制孔内，缓慢向下移动石英玻璃把棒直到固定销（11）与固定环（13）接触，然后分别再将另一个密封环（12）、另一个O型橡胶圈（14）从下至上安装在石英玻璃把棒上部，通过螺栓（15）将固定环（13）和喂料装置（2）连接在一起，同时通过螺栓（15）将密封环（12）与固定环（13）连接在一起。


3.根据权利要求1所述的高效高精度的石英玻璃管成形工艺，其特征在于，所述控制系统（3）包括喂料控制机构（31）、气体压力控制机构（32）、温度控制机构（33）、牵引控制机构（34）、PLC（35），所述PLC（35）分别与喂料控制机构（31）...

【专利技术属性】
技术研发人员：万沂江，
申请(专利权)人：新沂市东方石英玻璃有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32