一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，涉及裂紋擴展機理、裂紋擴展控制方法和裂紋擴展加工工藝等技術(shù)領(lǐng)域。由傳統(tǒng)的玻璃切割方法加工而成的玻璃斷面存在細小微裂紋，當玻璃鏡片在特殊的大加速度環(huán)境中（如玻璃鏡片由地球送往太空），細小微裂紋在巨大壓力作用下迅速延展擴大，導(dǎo)致鏡片完全破碎。因此發(fā)明了一種無微裂紋的玻璃鏡片切割方法，將發(fā)熱的熱阻絲固定于三軸平動平移臺上，需要加工的玻璃鏡片固定于平臺上，同時使熱阻絲與玻璃保持一定距離，使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定變化的熱應(yīng)力，達到切割玻璃鏡片的目的，利用運動控制卡來調(diào)整加工參數(shù)進行玻璃鏡片的熱阻絲切割，可以得到裂紋直線度高、方向性好且斷面無微裂紋的玻璃鏡片。
【專利說明】
一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及裂紋擴展機理、裂紋擴展控制方法和裂紋擴展加工工藝等技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著玻璃切割技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的玻璃切割方法(如金剛石切割和激光切割等)加工技術(shù)獲得了廣泛的應(yīng)用，加工步驟簡單，容易實現(xiàn)自動化或半自動化，適合加工斷面質(zhì)量無要求的大批量生產(chǎn)加工，并且可以在工件的特定部位進行限定加工，對于手工難以處理、復(fù)雜曲面玻璃的加工，利用激光加工切割有著明顯的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的玻璃切割方法對裂紋的方向控制有著成熟的技術(shù)，裂紋拓展的方向性好、切割的速度快等優(yōu)點，但是缺點與優(yōu)點并存，斷面微裂紋的缺點嚴重制約了其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展。在切割的過程中，金剛石刀具的接觸應(yīng)力與切削力會在切割中不可避免的產(chǎn)生微小裂紋。雖然激光切割不接觸，也沒有接觸應(yīng)力與切削力，并且激光熱源能量密度極高，但是已有的玻璃熱裂法加工技術(shù)并不能一次性完全割斷玻璃，需要外加力作用或是重復(fù)切割，仍然會在切割斷面殘留少量的微裂紋。細小裂紋在巨大壓力作用下會迅速延展擴大，導(dǎo)致玻璃鏡片完全破碎。因此本發(fā)明將發(fā)熱的熱阻絲固定于三軸平動的平移臺上，需要加工的玻璃鏡片固定于光學(xué)平臺上，同時使熱阻絲與玻璃保持一定距離，通過運動控制卡來調(diào)整加工參數(shù)進行玻璃鏡片斷面無微裂紋的熱阻絲切割。由于本發(fā)明是通過控制發(fā)熱的熱阻絲在玻璃表面沿一定軌跡運動，使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定變化的熱應(yīng)力，達到切割玻璃鏡片的目的，得到裂紋直線度高、方向性好且斷面無微裂紋的玻璃鏡片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，旨在解決玻璃鏡片在傳統(tǒng)切割加工中玻璃斷面存在微裂紋的問題，保持裂紋的方向性和直線度的同時，提高了加工斷面的微觀平整度。
[0004]本發(fā)明提出的一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，所述加工方法通過加工系統(tǒng)實現(xiàn)，所述加工系統(tǒng)由計算機、運動控制卡、三軸平移臺、熱阻絲、玻璃鏡片、光學(xué)平臺和基底夾具組成，熱阻絲通過夾具固定于三軸平移臺的Y軸上，所述玻璃鏡片通過基底夾具固定放置于光學(xué)平臺上，計算機連接運動控制卡，運動控制卡分別連接三軸平移臺的X軸、Y軸和Z軸，三軸平移臺、計算機分別連接電源;具體步驟如下:
(1)所述玻璃鏡片水平放置于光學(xué)平臺上;調(diào)整熱阻絲與玻璃鏡片之間的相對位置，并使熱阻絲與玻璃鏡片邊緣間距為20mm;
(2)啟動電源，對熱阻絲進行預(yù)熱至5000C-7000C；當玻璃鏡片產(chǎn)生Imm長度的穿透性初裂口以后，使三軸平移臺帶動熱阻絲在玻璃鏡片表面沿預(yù)定軌跡做勻速直線運動;控制熱阻絲在玻璃鏡片表面保持2mm/s以下的勻速運動，使玻璃鏡片內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定變化的溫度，達到切割玻璃鏡片的目的； (3)在加工過程中，通過計算機調(diào)整運動控制卡的加工參數(shù)，同時控制平移臺的X軸、Y軸和Z軸的移動，使熱阻絲與玻璃鏡片之間的間距保持不變，同時使熱阻絲與曲面玻璃不接觸，一直保持0.2 — Imm的固定垂直距離進行玻璃鏡片斷面無微裂紋的熱阻絲切割;所述無微裂紋為在顯微鏡下觀察，無?Μ?~10μπι寬、10μπι~100μπι長的微裂紋或缺陷存在。
[0005]本發(fā)明中，所述熱阻絲材料選取鎳洛合金，熱阻絲預(yù)熱段向預(yù)定軌跡傾斜30°，加熱段長度為1mm?30mm，與玻璃鏡片最近的部分為40°?60°的尖角。
[0006]本發(fā)明中，所述玻璃鏡片為平板玻璃或曲面玻璃;玻璃鏡片通過運動控制卡和相應(yīng)的基底夾具可以加工弧形或球形曲面玻璃。
[0007]本發(fā)明中，當玻璃鏡片為曲面玻璃時，應(yīng)保證曲面玻璃完全貼合基底夾具無0.5mm以上的間隙;基底夾具厚度無要求，基底夾具材料選用聚四氟乙烯。
[0008]本發(fā)明中，所述三軸移動臺為X軸、Y軸和Z軸平動的移動臺。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，其特征在于通過控制發(fā)熱的熱阻絲在玻璃表面沿一定軌跡運動，使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定變化的熱應(yīng)力，達到切割玻璃鏡片的目的，得到直線度高、方向性好且斷面無微裂紋的玻璃鏡片。
【附圖說明】
[0010]圖1是加工系統(tǒng)圖。
[0011 ]圖2是熱阻絲的外形參數(shù)和與平板玻璃相對位置示意圖。
[0012]圖3是熱阻絲切割平板玻璃的原理示意圖。
[0013]圖4是熱阻絲切割曲面玻璃的原理示意圖。
[0014]圖中標號:I是電源，2是計算機，3是運動控制卡，4是二軸平移臺，5是夾具，6是熱阻絲，7是玻璃鏡片，8是光學(xué)平臺，9是曲面玻璃，10是基底夾具。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明的目的在于提出一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，下面通過實施例并結(jié)合附圖進一步說明發(fā)明。對于本發(fā)明的一般步驟是:玻璃鏡片預(yù)處理，合適加工平臺的搭建，調(diào)整加工參數(shù)，玻璃鏡片的熱阻絲切割和后處理。其中調(diào)整加工參數(shù)和玻璃鏡片的熱阻絲切割是本發(fā)明的核心內(nèi)容。
[0016]實施例1:在進行熱阻絲切割之前，需要對玻璃鏡片進行預(yù)處理，包括清洗、標記切割路徑等，為切割一定形狀的玻璃做準備。
[0017]如圖1所示，首先熱阻絲6用專用的夾具5固定于三軸平移臺4上，需要加工的玻璃鏡片7放于光學(xué)平臺8上。
[0018]如圖2所示，手動調(diào)整熱阻絲6與玻璃鏡片的7相對位置，使熱阻絲6靠近玻璃鏡片7邊緣20mm處，同時使熱阻絲6與玻璃鏡片7保持0.2mm的垂直間隙不接觸，然后用防火膠布固定玻璃鏡片7。
[0019]如圖3所示，啟動電源I，對熱阻絲6進行預(yù)熱至500°C。當玻璃鏡片7產(chǎn)生初裂口以后，使三軸平移臺4帶動熱阻絲6在玻璃鏡片7表面沿設(shè)定好的路線做2mm/s的勻速直線運動。
[0020]在加工過程中，通過計算機2調(diào)整運動控制卡3的加工參數(shù)，同時控制三軸平移臺的XYZ三軸的移動，保證熱阻絲6與玻璃鏡片7之間的間隙保持不變，進行玻璃鏡片7斷面無微裂紋的熱阻絲切割。
[0021]本發(fā)明通過控制發(fā)熱的熱阻絲在玻璃鏡片表面保持勻速運動，使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定變化的溫度場。溫度差使玻璃在內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力而產(chǎn)生突然的斷裂，工件與刀具之間并沒有接觸，因此沒有傳統(tǒng)加工方法的宏觀接觸應(yīng)力與切削力，從而解決玻璃鏡片在傳統(tǒng)切割加工中玻璃斷面存在微裂紋的問題，保持裂紋的方向性和直線度的同時，提高了加工斷面的微觀平整度。如圖4所示，具體操作加工時，玻璃不只限于平板玻璃，通過運動控制卡和相應(yīng)的基底夾具10可以加工弧形、球形等曲面玻璃9。
【主權(quán)項】
1.一種玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，其特征在于所述加工方法通過加工系統(tǒng)實現(xiàn)，所述加工系統(tǒng)由計算機、運動控制卡、三軸平移臺、熱阻絲、玻璃鏡片、光學(xué)平臺和基底夾具組成，熱阻絲通過夾具固定于三軸平移臺的Y軸上，所述玻璃鏡片通過基底夾具固定放置于光學(xué)平臺上，計算機連接運動控制卡，運動控制卡分別連接三軸平移臺的X軸、Y軸和Z軸，三軸平移臺、計算機分別連接電源;具體步驟如下: (I)所述玻璃鏡片水平放置于光學(xué)平臺上;調(diào)整熱阻絲與玻璃鏡片之間的相對位置，并使熱阻絲與玻璃鏡片邊緣水平間距為20mm; (2 )啟動電源，對熱阻絲進行預(yù)熱至500 °C -700 °C ;當玻璃鏡片產(chǎn)生Imm長度的穿透性初裂口以后，使三軸平移臺帶動熱阻絲在玻璃鏡片表面沿預(yù)定軌跡做勻速直線運動;控制熱阻絲在玻璃鏡片表面保持2mm/s以下的勻速運動，使玻璃鏡片內(nèi)部產(chǎn)生穩(wěn)定變化的溫度，達到切割玻璃鏡片的目的； (3)在加工過程中，通過計算機調(diào)整運動控制卡的加工參數(shù)，同時控制平移臺的X軸、Y軸和Z軸的移動，使熱阻絲與玻璃鏡片之間的間距保持不變，同時使熱阻絲與曲面玻璃不接觸，一直保持0.2 — Imm的固定垂直距離進行玻璃鏡片斷面無微裂紋的熱阻絲切割;所述無微裂紋為在顯微鏡下觀察，無?Μ?~10μπι寬、10μπι~100μπι長的微裂紋或缺陷存在。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，其特征在于:所述熱阻絲材料選取鎳洛合金，熱阻絲預(yù)熱段向預(yù)定軌跡傾斜30°，加熱段長度為1mm?30mm，與玻璃鏡片最近的部分為40°?60°的尖角。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，其特征在于:所述玻璃鏡片為平板玻璃或曲面玻璃;玻璃鏡片通過運動控制卡和相應(yīng)的基底夾具可以加工弧形或球形曲面玻璃。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，其特征在于:當玻璃鏡片為曲面玻璃時，應(yīng)保證曲面玻璃完全貼合基底夾具無0.5mm以上的間隙;基底夾具厚度無要求，基底夾具材料選用聚四氟乙烯。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃鏡片的無微裂紋熱阻絲切割加工方法，其特征在于:所述三軸移動臺為X軸、Y軸和Z軸平動的移動臺。
【文檔編號】C03B33/09GK105884186SQ201610245434
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】王昆, 孔令明, 王占山, 張眾
【申請人】同濟大學(xué)