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

　　玻璃鋼成型技術論文篇一

　　光學玻璃模壓成型技術

　　摘要 光學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、時間、設備及人力，且能模壓出不同形狀。在非球面光學玻璃零件和小型、微型光學元件制造方面，有著廣闊的應用前景。通過闡述該項綜合技術所涉及的低熔點玻璃材料的要求與現(xiàn)狀、模具材料與加工、模壓工藝和設備，詳細介紹了光學玻璃模壓成型技術的概況與關鍵點，指出我國應繼續(xù)大力發(fā)展該項技術。

　　關鍵詞 光學玻璃;模壓成型;低熔點玻璃;模具工藝

　　中圖分類號TN205 文獻標識碼A 文章編號 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

　　光學玻璃模壓成型技術，是利用了玻璃從熔融態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)化的過程是連續(xù)可逆的熱加工性質(zhì)，在玻璃的轉(zhuǎn)變溫度Tg附近，在無氧條件下，對玻璃和模具進行加溫加壓，一次性將光學玻璃模壓成達到使用要求的光學零件[1]。由于光學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、時間、設備及人力，且能模壓出不同形狀，尤其是在非球面光學玻璃零件和小型、微型光學元件制造方面，有著廣闊的應用前景。光學玻璃模壓成型技術是一項綜合技術，需綜合考慮玻璃材料、模具材料、模壓設備及模壓的工藝參數(shù)等，它所涉及的技術均為各個領域的尖端技術[2]。

　　1 適于精密模壓的光學玻璃材料及預成型件

　　理論上講，光學玻璃都可以模壓。但實際上，一方面，轉(zhuǎn)變溫度Tg高的玻璃，以及含Ti高于5%的玻璃，在高溫下會與模具產(chǎn)生反應，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)境保護要求也不能用于模壓。為適應玻璃模壓成型技術的發(fā)展，要求材料廠家開發(fā)出轉(zhuǎn)變溫度Tg低(600℃以下)的環(huán)保型光學玻璃材料。世界各光學材料生產(chǎn)企業(yè)都投入了很大精力，開發(fā)出多種低熔點的適宜于模壓成型的玻璃材料。尤其是最近五年左右時間，低熔點玻璃從品種數(shù)量的增長、折射率范圍的擴大、Tg值的降低等方面，都有了很大的進步。目前，日本和德國在這方面走在了世界的前列，HOYA(保谷光學)、OHARA(小原光學)、SUMITA(住田光學)和SCHOTT(肖特光學)是其中的佼佼者。由于各個廠家的材料配方不同，導致光學常數(shù)相同或相近時，玻璃的Tg值會有所不同，且材料具體各項參數(shù)也有差異，因此在進行系統(tǒng)設計時必須首先考慮好所使用的光學玻璃材料的生產(chǎn)廠家。

　　由于模壓成型技術是光學玻璃材料直接一次性成型，出模后不再進行拋光，因此，對用于模壓的毛坯相應提出了更高的要求。通常，毛坯會預加工成球形、橢球形或平面、平凸、雙凸形[3-4]，也稱之為預成型件。預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滴料直接成型，而其它幾種形式的預成型件及直徑超出滴料范圍的預成型件必須先用傳統(tǒng)的研磨拋光方法制造出來。各廠家滴料成型的預成型件一般每批次最小訂單量為30 000件。

　　對預成型件的要求：因為模壓不可能消除毛坯表面及內(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進行精密控制。

　　為進一步防止高溫時玻璃與模具發(fā)生粘連，HOYA、OHARA、SCHOTT等廠家現(xiàn)已開發(fā)出在預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程中玻璃和成型面之間的潤滑性。薄膜的種類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。

　　2 模壓模具的材料選擇及加工技術

　　在光學玻璃模壓成型技術中，高精度的鏡片和特殊的工藝過程要求模壓成型的模具應達到以下要求：1)加工后的模具表面應達到光學鏡面的表面粗糙度，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)模壓過程中不與玻璃起反應或發(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、強度，能耐冷熱反復沖擊。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綜合考慮以上要求。

　　以HOYA為例，已開發(fā)出多種有關模具材料的專利。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，表面加鍍貴金屬膜或氮化物膜;以SiC為基體時，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，在加工過程中容易產(chǎn)生裂紋，影響工件的使用性能，因此對模具加工中所使用的刀具和加工方法提出了很高的要求。模具基體加工的機床都是超精密數(shù)控加工機床，與金剛石微分砂輪和高精度的在線檢測補償系統(tǒng)相配合。加工方法包括納米磨削技術和PCD刀具微細銑削技術，后又發(fā)展出將ELID(Electrolytic In.Process Dressing)鏡面磨削技術[4]與納米磨削技術結合，應用到非球面透鏡模具的加工上。

　　為達到更好的表面精度，模具表面還需進行研磨拋光?？捎糜谀＞邟伖獾募夹g有磁流變拋光(MRF)技術[5]、磁射流拋光(MJP)技術及超聲波研磨技術。

　　3 模壓工藝及設備

　　光學玻璃模壓成型專用機床的制造技術主要掌握在日本、美國、德國和荷蘭等國，如日本東芝、SYS，美國曼徹斯特精密光學公司、康寧公司，德國蔡司，荷蘭飛利浦等[6]。

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

　　異溫成型是先加熱預成型件，使其軟化，再將其導入到已預熱的模壓成型模具中進行精密模壓成型的方法。簡單地講，等溫成型就是將模具和預成型件同時加熱和冷卻，同時取出;異溫成型就是將預成型件單獨加熱后成型單獨冷卻和取出，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時間，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 結論

　　光學玻璃模壓成型技術現(xiàn)已廣泛用于各類球面和非球面光學零件的制造中，尤其是在小型和微型光學元件及非球面制造方面具有傳統(tǒng)光學零件不可比擬的優(yōu)越性。目前，包括低熔點玻璃的熔煉、模具加工與鍍膜、模壓設備及工藝等關鍵技術主要掌握在國外廠家手中，我國尚處于起步階段，很多方面還受制于國外技術壁壘，因此，繼續(xù)深入開展光學玻璃模壓成型技術方面的研究十分迫切，具有重要的現(xiàn)實意義。

　　參考文獻

　　[1][日]谷田部善雄著.非球面透鏡加工.張立士，譯.

　　[2]陳�，王偉.低熔點玻璃精密模壓技術概況[J].市場周刊，2010，9：109-110.

　　[3]舒朝濂，田愛玲，等.現(xiàn)代光學制造技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008：317-322.

　　[4]關佳亮，等. ELID精密鏡面磨削技術的開發(fā)應用[J].航空精密制造技術，2002，38(2)：5-7.

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

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

　　玻璃鋼成型技術論文篇二

　　大型纏繞成型玻璃鋼容器的優(yōu)化設計

　　摘 要：介紹了玻璃鋼材料的優(yōu)缺點，并針對其強度好剛度不足的問題，對立式纏繞成型玻璃鋼罐進行了結構優(yōu)化，現(xiàn)場使用達到了預期的效果。

　　關鍵詞：玻璃鋼罐 結構優(yōu)化 剛度 耐溫性

　　中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2014)02(a)-0135-02

　　玻璃鋼[1](也稱玻璃纖維增強塑料，國際公認的縮寫符號為GFRP或FRP)是一種品種繁多，性能用途廣泛的復合材料。它是由合成樹脂和玻璃纖維經(jīng)復合工藝，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

　　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，具有強度高，性能好，節(jié)約能源，產(chǎn)品設計自由度大，以及產(chǎn)品使用適應性廣等特點。因此，在一定意義上說，玻璃鋼材料是一種應用范圍極廣，開發(fā)前景極大的材料品種之一。

　　玻璃鋼(FRP)的優(yōu)點之一是輕質(zhì)高強[2]。相對密度在1.5～2.0之間，只有碳鋼的1/4～1/5，可是拉伸強度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強度可以與高級合金鋼相比。但同時玻璃鋼(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)品結構中常感到剛性不足，容易變形?？梢宰龀杀そY構、夾層結構，也可通過高模量纖維或者做加強筋等形式來彌補。

　　2 立式纏繞成型玻璃鋼罐的優(yōu)化設計

　　立式纏繞成型玻璃鋼罐的設計過程中需要充分考慮到玻璃鋼材料剛性不足、容易變形的問題。因此，在華北局紅河油田聯(lián)合站200 m3玻璃鋼儲罐的設計過程中，對玻璃鋼罐進行了罐壁優(yōu)化設計、儲罐連接優(yōu)化、罐底轉(zhuǎn)角設計優(yōu)化、接管結構優(yōu)化以及過熱接管夾層結構的設計優(yōu)化。

　　2.1 玻璃鋼罐罐壁的設計

　　立式儲罐在滿足使用壽命的前提下，對壁厚采用自下而上的減薄設計。

　　(1)罐壁厚度按下式計算：

　　罐體剛度按下式計算壁厚：

　　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

　　結構層的厚度附加量(C)：當計算厚度小于5 mm時，厚度附加量為3 mm;當計算厚度大于或等于5 mm<10 mm時，厚度附加量為2 mm;當計算厚度大于或等于10 mm<15 mm時，厚度附加量為1 mm;當計算厚度大于或等于15 mm時，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，計算結果見表1。

　　(2)罐壁設計外壓計算。

　　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算：

　　;其中;

　　按上式計算結果見表2。

　　(4)罐壁的穩(wěn)定校核應滿足下式要求：

　　上述計算知：

　　故該罐壁校核合格，不需設加強圈。

　　2.2 玻璃鋼儲罐的連接優(yōu)化

　　玻璃鋼儲罐的封頭與筒體間的連接形式采用對接連接。對接時可借助導向板完成，接縫處應平整、嚴實，接縫間隙不超過板厚或者10 mm，且無明顯錯位傾斜。內(nèi)外層分別采用400 mm的聚酯材料進行粘貼加固。

　　2.3 玻璃鋼轉(zhuǎn)角設計優(yōu)化

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

　　2.4 接管結構優(yōu)化

　　法蘭與容器組裝形式見圖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。接管開孔處應能承受液柱壓力，要在以開口中心線為中心的周邊面積進行補強。常壓容器的接管開孔補強按照公式(1)進行計算[4]。

　　Tt=PDK/2Sa (1)

　　式中：

　　Tt為開孔補強厚度，單位為毫米(mm);K為系數(shù)，接管直徑≥150 mm時，K=1.0;接管直徑<150 mm時，K=1.0d/(dr-d);d為接管公稱直徑，單位為毫米(mm);dr為補強圈直徑，單位為毫米(mm);接管直徑≥150 mm時，dr=2d，接管直徑<150 mm時，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為許用拉伸應力，單位為兆帕(MPa)。

　　2.5 過熱接管夾層結構的設計優(yōu)化

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

　　3 結論

　　(1)紅河油田聯(lián)合站、轉(zhuǎn)油站、廢液處理站內(nèi)，建造玻璃鋼罐時進行了結構優(yōu)化，共建造玻璃鋼罐數(shù)量達到9座。(2)從玻璃鋼罐的檢測結果和現(xiàn)場運行情況標明，玻璃鋼罐的結構優(yōu)化是合理的，罐的剛度不足的問題得到了解決，滿足了生產(chǎn)的需要。

　　參考文獻

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

　　[2] 雷文，凌志達.纏繞玻璃鋼管罐的技術特點及在我國的應用現(xiàn)狀[J].工廠塑料應用，2000，28(6)：24-26.

　　[3] CD130A19-85，手煳法玻璃鋼設備設計技術條件[S].

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

　　[5] HG/T 20696-1999，玻璃鋼化工設備設計規(guī)定[S].