CN105884186A - 一种玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，涉及裂纹扩展机理、裂纹扩展控制方法和裂纹扩展加工工艺等技术领域。由传统的玻璃切割方法加工而成的玻璃断面存在细小微裂纹，当玻璃镜片在特殊的大加速度环境中（如玻璃镜片由地球送往太空），细小微裂纹在巨大压力作用下迅速延展扩大，导致镜片完全破碎。因此发明了一种无微裂纹的玻璃镜片切割方法，将发热的热阻丝固定于三轴平动平移台上，需要加工的玻璃镜片固定于平台上，同时使热阻丝与玻璃保持一定距离，使玻璃内部产生稳定变化的热应力，达到切割玻璃镜片的目的，利用运动控制卡来调整加工参数进行玻璃镜片的热阻丝切割，可以得到裂纹直线度高、方向性好且断面无微裂纹的玻璃镜片。
Description
技术领域
本发明涉及裂纹扩展机理、裂纹扩展控制方法和裂纹扩展加工工艺等技术领域，具体涉及一种玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法。
背景技术
随着玻璃切割技术的快速发展，传统的玻璃切割方法（如金刚石切割和激光切割等）加工技术获得了广泛的应用，加工步骤简单，容易实现自动化或半自动化，适合加工断面质量无要求的大批量生产加工，并且可以在工件的特定部位进行限定加工，对于手工难以处理、复杂曲面玻璃的加工，利用激光加工切割有着明显的优势。传统的玻璃切割方法对裂纹的方向控制有着成熟的技术，裂纹拓展的方向性好、切割的速度快等优点，但是缺点与优点并存，断面微裂纹的缺点严重制约了其在某些领域的应用与发展。在切割的过程中，金刚石刀具的接触应力与切削力会在切割中不可避免的产生微小裂纹。虽然激光切割不接触，也没有接触应力与切削力，并且激光热源能量密度极高，但是已有的玻璃热裂法加工技术并不能一次性完全割断玻璃，需要外加力作用或是重复切割，仍然会在切割断面残留少量的微裂纹。细小裂纹在巨大压力作用下会迅速延展扩大，导致玻璃镜片完全破碎。因此本发明将发热的热阻丝固定于三轴平动的平移台上，需要加工的玻璃镜片固定于光学平台上，同时使热阻丝与玻璃保持一定距离，通过运动控制卡来调整加工参数进行玻璃镜片断面无微裂纹的热阻丝切割。由于本发明是通过控制发热的热阻丝在玻璃表面沿一定轨迹运动，使玻璃内部产生稳定变化的热应力，达到切割玻璃镜片的目的，得到裂纹直线度高、方向性好且断面无微裂纹的玻璃镜片。
发明内容
本发明的目的在于提出一种玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，旨在解决玻璃镜片在传统切割加工中玻璃断面存在微裂纹的问题，保持裂纹的方向性和直线度的同时，提高了加工断面的微观平整度。
本发明提出的一种玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，所述加工方法通过加工系统实现，所述加工系统由计算机、运动控制卡、三轴平移台、热阻丝、玻璃镜片、光学平台和基底夹具组成，热阻丝通过夹具固定于三轴平移台的Ｙ轴上，所述玻璃镜片通过基底夹具固定放置于光学平台上，计算机连接运动控制卡，运动控制卡分别连接三轴平移台的Ｘ轴、Ｙ轴和Ｚ轴，三轴平移台、计算机分别连接电源；具体步骤如下：
（1）所述玻璃镜片水平放置于光学平台上；调整热阻丝与玻璃镜片之间的相对位置，并使热阻丝与玻璃镜片边缘间距为20mm；
（2）启动电源，对热阻丝进行预热至500℃-700℃；当玻璃镜片产生1mm长度的穿透性初裂口以后，使三轴平移台带动热阻丝在玻璃镜片表面沿预定轨迹做匀速直线运动；控制热阻丝在玻璃镜片表面保持2mm/s以下的匀速运动，使玻璃镜片内部产生稳定变化的温度，达到切割玻璃镜片的目的；
（3）在加工过程中，通过计算机调整运动控制卡的加工参数，同时控制平移台的X轴、Y轴和Z轴的移动，使热阻丝与玻璃镜片之间的间距保持不变，同时使热阻丝与曲面玻璃不接触，一直保持0.2－１mm的固定垂直距离进行玻璃镜片断面无微裂纹的热阻丝切割；所述无微裂纹为在显微镜下观察，无1μm~10μm宽、10μm~100μm长的微裂纹或缺陷存在。
本发明中，所述热阻丝材料选取镍洛合金，热阻丝预热段向预定轨迹倾斜30°，加热段长度为10mm~30mm，与玻璃镜片最近的部分为40°~60°的尖角。
本发明中，所述玻璃镜片为平板玻璃或曲面玻璃；玻璃镜片通过运动控制卡和相应的基底夹具可以加工弧形或球形曲面玻璃。
本发明中，当玻璃镜片为曲面玻璃时，应保证曲面玻璃完全贴合基底夹具无0.5mm以上的间隙；基底夹具厚度无要求，基底夹具材料选用聚四氟乙烯。
本发明中，所述三轴移动台为Ｘ轴、Ｙ轴和Ｚ轴平动的移动台。
本发明的有益效果在于：本发明提出的一种玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，其特征在于通过控制发热的热阻丝在玻璃表面沿一定轨迹运动，使玻璃内部产生稳定变化的热应力，达到切割玻璃镜片的目的，得到直线度高、方向性好且断面无微裂纹的玻璃镜片。
附图说明
图1是加工系统图。
图2是热阻丝的外形参数和与平板玻璃相对位置示意图。
图3是热阻丝切割平板玻璃的原理示意图。
图4是热阻丝切割曲面玻璃的原理示意图。
图中标号：1是电源，2是计算机，3是运动控制卡，4是三轴平移台，5是夹具，6是热阻丝，7是玻璃镜片，8是光学平台，9是曲面玻璃，10是基底夹具。
具体实施方式
本发明的目的在于提出一种玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，下面通过实施例并结合附图进一步说明发明。对于本发明的一般步骤是：玻璃镜片预处理，合适加工平台的搭建，调整加工参数，玻璃镜片的热阻丝切割和后处理。其中调整加工参数和玻璃镜片的热阻丝切割是本发明的核心内容。
实施例1：在进行热阻丝切割之前，需要对玻璃镜片进行预处理，包括清洗、标记切割路径等，为切割一定形状的玻璃做准备。
如图1所示，首先热阻丝6用专用的夹具5固定于三轴平移台4上，需要加工的玻璃镜片7放于光学平台8上。
如图2所示，手动调整热阻丝６与玻璃镜片的７相对位置，使热阻丝６靠近玻璃镜片７边缘20mm处，同时使热阻丝６与玻璃镜片7保持0.2mm的垂直间隙不接触，然后用防火胶布固定玻璃镜片7。
如图3所示，启动电源1，对热阻丝6进行预热至500℃。当玻璃镜片7产生初裂口以后，使三轴平移台4带动热阻丝6在玻璃镜片7表面沿设定好的路线做2mm/s的匀速直线运动。
在加工过程中，通过计算机2调整运动控制卡3的加工参数，同时控制三轴平移台的XYZ三轴的移动，保证热阻丝6与玻璃镜片7之间的间隙保持不变，进行玻璃镜片7断面无微裂纹的热阻丝切割。
本发明通过控制发热的热阻丝在玻璃镜片表面保持匀速运动，使玻璃内部产生稳定变化的温度场。温度差使玻璃在内部产生的热应力而产生突然的断裂，工件与刀具之间并没有接触，因此没有传统加工方法的宏观接触应力与切削力，从而解决玻璃镜片在传统切割加工中玻璃断面存在微裂纹的问题，保持裂纹的方向性和直线度的同时，提高了加工断面的微观平整度。如图4所示，具体操作加工时，玻璃不只限于平板玻璃，通过运动控制卡和相应的基底夹具10可以加工弧形、球形等曲面玻璃9。
Claims (5)
1.一种玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，其特征在于所述加工方法通过加工系统实现，所述加工系统由计算机、运动控制卡、三轴平移台、热阻丝、玻璃镜片、光学平台和基底夹具组成，热阻丝通过夹具固定于三轴平移台的Ｙ轴上，所述玻璃镜片通过基底夹具固定放置于光学平台上，计算机连接运动控制卡，运动控制卡分别连接三轴平移台的Ｘ轴、Ｙ轴和Ｚ轴，三轴平移台、计算机分别连接电源；具体步骤如下：
（1）所述玻璃镜片水平放置于光学平台上；调整热阻丝与玻璃镜片之间的相对位置，并使热阻丝与玻璃镜片边缘水平间距为20mm；
（2）启动电源，对热阻丝进行预热至500℃-700℃；当玻璃镜片产生1mm长度的穿透性初裂口以后，使三轴平移台带动热阻丝在玻璃镜片表面沿预定轨迹做匀速直线运动；控制热阻丝在玻璃镜片表面保持2mm/s以下的匀速运动，使玻璃镜片内部产生稳定变化的温度，达到切割玻璃镜片的目的；
（3）在加工过程中，通过计算机调整运动控制卡的加工参数，同时控制平移台的X轴、Y轴和Z轴的移动，使热阻丝与玻璃镜片之间的间距保持不变，同时使热阻丝与曲面玻璃不接触，一直保持0.2－１mm的固定垂直距离进行玻璃镜片断面无微裂纹的热阻丝切割；所述无微裂纹为在显微镜下观察，无1μm~10μm宽、10μm~100μm长的微裂纹或缺陷存在。
2.根据权利要求1所述的玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，其特征在于：所述热阻丝材料选取镍洛合金，热阻丝预热段向预定轨迹倾斜30°，加热段长度为10mm~30mm，与玻璃镜片最近的部分为40°~60°的尖角。
3.根据权利要求1所述的玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，其特征在于：所述玻璃镜片为平板玻璃或曲面玻璃；玻璃镜片通过运动控制卡和相应的基底夹具可以加工弧形或球形曲面玻璃。
4.根据权利要求1所述的玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，其特征在于：当玻璃镜片为曲面玻璃时，应保证曲面玻璃完全贴合基底夹具无0.5mm以上的间隙；基底夹具厚度无要求，基底夹具材料选用聚四氟乙烯。
5.根据权利要求1所述的玻璃镜片的无微裂纹热阻丝切割加工方法，其特征在于：所述三轴移动台为Ｘ轴、Ｙ轴和Ｚ轴平动的移动台。
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