Способ производства крупногабаритных полированных оптических изделий

Способ производства крупногабаритных полированных оптических изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОЛИРОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ из термостойких стекол , включающий предварительный разлив струи расплава стекла до размеров , близких к размерам готовых изделий, с одновременным регулированйем тепловых условий, подачу дозированного расплава в форму, растекание его по форме, выдержку заготовки в охлаждаемой форме до затвердевания ее поверхностей и отжиг, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества изделий, осуществляют воздействие упругих направленных перпендикулярно к нижней поверхности расплава стекла колебаний при подаче дозированного расплава, растекании его по форме и выдержке в ней, причем при подаче и растекании производят постоянные упругие колебания, а при выдержке амплитуду упругих колебаний изменяют обратно пропорционально изменению вязкости расплава стекла. 2. Способ ПОП.1, отличаю (Л щийся тем, что частоту упругих колебаний для алюмоборосиликатного С стекла изменяют от 10 до 1000 Гц, а амплитуду - от 5 до 1000 мкм. ТЧЭ 4; 4 ГчЭ ы

Q9 (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЯЯ)С 03 В 19 02

1 .-:.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИИ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3413604/29-33 (22) 29. 01. 82 (46) 23. 06.83. Бюл. Р 23 (72) А.К.Мальцева, Ф.Г.Горобец и С.М.БреховсКих (53) 666. 1 .032.5(ÎÛ8. 8) (56) 1. Демкина Л.И. Физико химические основы производства оптического стекла. Л,, "Химия", 1976, с.338.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 398510, кл. С 03 В 11/00, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3288488/29-33> кл. С 03 В 11/08, 1981 (прототип), (54)(57) 1. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА

КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОЛИРОВАННЫХ ОПТИЧКСКИХ ИЗДЕЛИИ из термостойких сте. кол, включающий предварительный раз.лив струи расплава стекла до размеров, близких к размерам готовых иэделий,: с одновременным регулирова йием тепловых условий, подачу дозированного расплава в форму, растекание его по форме, выдержку заготовки в охлаждаемой форме до затвердевания ее поверхностей и отжиг, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества изделий, осуществляют воздействие упругих направленных перпендикулярно к::ижней поверхности расплава стекла колебания при подаче дозированного расплава, растекании его по форме и выдержке в ней, причем при подаче и растекании производят постоянные упругие колебания, а при выдержке амплитуду упругих колебаний изменяют обратно пропорционально изменению вязкости расплава стекла. @

Ф

2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ к и с я тем, что частоту упругих колебаний для алюмобороскликатного стекла изменяют от 10 до 1000 Гц, а амплитуду - от 5 до 1000 мкм.

Ф%

1024427

Изобретение относится к способам изготовления иэделий иэ материалов, находящихся в пластичном состоянии, например из расплавов термостойких стекол оптического качества, и может быть использовано для отливки крупно. габаритных иэделий конструкционнрй оптики в виде пластин или дисков, толщина которых значительно меньше стороны или диаметра.

Известен способ изготовления оп- 10 тическогс стекла, включающий подачу струи расплава стекла из печи периодичеакогс действия фидером в виде обогреваемой трубы в предварительно награтую форму и растекание по ней в виде расходящихся концентрических окружностей, при этом горячая стекломасса наплывает на уже частично остывшую. Причем, чем больше габаритные размеры блока и меньше его толщина, „тем быстрее остывает стекломасса при раотекании от места налива до пределов формы и тем больше термическая неоднородность стекломассы по изделию (1) .

Однако для получения готового изделия с требуемыми размерами и термической однородностью приходится давать большие припуски для последующей механической обработки блоков-заготовок, например распилов" ЗО ки блоков и их обрезки на габариты„ с целью выбора участков с требуемой термической однородностью. Верхняя поверхность иэделия формируется при контакте с воздухом,,коэффициент g5 контактного трения которого с расплавом стекла практически равен нулю, поэтому она получается полированной. Боковие поверхности и нижняя формируются при наличии большого 40 коэффициента контактного трения между расплавом стекла и формой, что является причиной таких пороков как свили, термическая неоднородность стекломассы по изделню, грубые, непрозрачные, неровные поверхности, Поэтому для получения полированных поверхностей требуется шлифование, полированиз. Отсюда большие потери стекломассы в брак, малый выход годных изделий и высокая стоимость 50 иэделий конструкционной оптики.

Известен также способ изготовле« ния стеклоизделий путем прессования„ в котором с целью снижения контактного трения, на границе стекло- Я масса — формующие детали последним сообщают колебания частотой 1005000 Гц, изменяя амплитуду колеба" ния обратнс пропорционально йзменению вяэкостй стекломассы в пределах

50-500 йкм(2).

Однако методом прессования с сообщением или без сообщения колебаний нельзя получить крупногабаритные иэ делия конструкционной оптики в виде пластин или дисков, толщина которых значительно меньше стороны или диаметра, иэ термостойких стекол оптического качества с малым содержанием окислов щелочных металлов или без них, так как они имеют большую площадь поверхности, контактирующую с формующими деталями, что при малой их толщине приводит к быстрой отдаче тепла стекломассой формирующим деталям, а это, в свою очередь, Приводит к термоудару из-эа большого перепара температур между стекломассой (1350-1400 C ) и формовым комплектом (450-500 ). Термоудар приводит к разрушению иэделия. Для предотвращения разрушения изделия нужны большие скорости прессования (мгновенные) и высокие давления (сотни тонн, что требует применения мощных и высокоскоростных прессов. Отсюда необходимость в значительных производственных площадях, а это ведет к удорожанию изделий. Кратковременность прессовки делает не эффективным применение колебаний формующих деталей так как стекломасса находится в жест. ком контакте с последними.

Наиболее близким к изобретению по техничес <ой сущности и достигаемому результату является способ производства крупногабаритных полированных оптических изделий иэ термостойких стекол, включающий предварительный разлив струи расплава стекла в накопитель до размеров, близких к размерам готовых изделий, с одновременным регулированием тепловых условий, переворот накопителя для подачи дозированного расплава в форму, растекание его по форме, прессование, выдержку заготовки в охлаждаемой форме до затвердевания ее поверхности и отжиг готового изделия(3 .

Однако изделия, получаемые известным способом, имеют полированную только одну поверхность, которая не соприкасается с формой, хотя имеют высокую термическую однородность по всей массе. Для получения второй полированной поверхности необходимо исключить контакт расплава стекла с поверхностью формы.

Цель изобретения — улучше ние качества иэделий.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу производства крупногабаритных полированных оптических изделий иэ термостойких стекол, включающему предварительный разлив струи расплава стекла до размеров, близких к размерам готовых иэделий, с одновременным регулированием тепловых условий, подачу дозированного расплава в форму, растекание его no форме, выдержку заготовки в охлаждаемой форме до затвердевания ее поверхностей и отжиг, осуществляют воз1024427 действие упругих направленных перпендикулярно к нижней поверхности расплава стекла колебаний при подаче дозированного расплава, растекании его по форме и выдержке в ней, причем при подаче и растекании производят постоянные упругие колебания, а при выдержке амплитуду упругих колебаний изменяют обратно пропорционально изменению вязкости расплава стекла.

Кроме того, частоту упругих коле- 10 баний для алюмоборосиликатных стекол изменяют от 10 до 1000 Гц, а амплитуду — от 5 до 1000 мкм.

Параметры упругих колебаний выбираются экспериментально в каждом кон - 15 кретном случае в зависимости от формуемого материала, веса и габаритов изделий, требований к состоянию поверхностей и по однородности материала по изделию в пределах по частоте от 0,5 до 5000 Гц, а по амплитуде - от 5 до 2000 мкм. Для термостойких алюмоборосиликатных стекол ,оптического качества частота упругих колебаний составляет от 10 до

1000 Гц, а их амплитуда - от 5 до

1000 мкм.

Способ осуществляется следующим образом.

Струю расплава стекла, вытекающую из питателя печи для варки тер- мостойкого стекла оптического качества с малым содержанием окислов щелочных металлов или без них, выполненного в виде обогреваемой трубы иэ жаростойкого материала, например платины, предварительно, перед подачей в форму, разливают до ширины,, равной или близкой стороне или диаметру отливаемого круп- 4(} ногабаритного изделия конструкционной оптики. Предварительный разлив целесообразно проводить в регулируемых тепловых условиях путем нагрева при помощи, например, нагревателей. 4 для сохранения температуры выработки расплава стекла и, как результат, его текучести и термической однородности, и при необходимости охлаждения, например, холодильником перед подачей в форму разлитого потока рас.плава стекла. Затем расплав стекла подается на край или середину формы.

При подаче разлитого потока расплава стекла стекломасса растекается по форме только в прямолинейном направлении, либо от одной стенки к другой в случае подачи потока на край формы, когда предъявляются менее жесткие требования по термической однородности, либо от середины фор- бО мы к ее противоположным стенкам в случае подачи потока на середину формы, когда предъявляются более жесткие требования к термической однородности стекломассы по иэделию.

Наличие воздействия упругих колебаний в процессе свободного растекания расплава стекла по форме и затвердевания его в форме, направленных строго перпендикулярно к нижней поверхности отливаемого иэделия, изменяет условия как растекания расплава стекла, так и формирования нижней и боковых поверхностей готового изделия в процессе затвердевания. При воздействии упругих колебаний, направленных строго перпендикулярно к нижней поверхности отливаемого изделия, в процессе свободного растекания расплава стекла по форме, а затем и затвердевания иэделия в охлаждаемой форме форма вместе со стекломассой совершает вертикальные перемещения вверх — вниз. При этом форма жестко закреплена на источнике упругих колебаний, а расплав стекла, а затем и затвердевающее изделие свободно лежит в форме. Поэтому при вертикальном перемещении формы с расплавом стекла или затвердевающим изделием движение последних несколько запаздывает от движения формы и при этом в верхней точке движения они как бы зависают на мгновение (состояние "невесомости"), а затем соударяются с формой в нижнем положении при уже начавшемся движении формы вверх ("дополнительное давлениЕ"7.

В момент запаздывания, зависания, между формой и стекломассой возникает зазор, который заполняется воз духом, вытесняемым иэ формы в процессе соударения, при этом сам процесс соударения амортизируется эа счет вытесняемой воздушной прослойки. При этом формирование поверхностей изделия производится в основном подвижным вверх-вниз воздушным слоем по боковым поверхностям и воздушной прослойкой по нижней поверхности, так как последняя с дном формы имеет кратковременный импульсный контакт, который на формировании поверхности не сказывается. В результате поверхноС" ти, как нижняя, так и боковые, получаются полированными или близкими к ним, так как коэффициент контактного трения практически приближается к нулю, как и в случае формирования верхнеи поверхности изделия при контакте с воздухом.

Состояние "невесомость" -"дополнительное давление" в сочетании с импульсным контактом порции расплава стекла с формой положительно сказываются на сохранении термической однородности за счет более равномерного распределения температуры по изделию (эффект "перемешивания") и уменьшения теплопотерь при импульсном контакте с формой.

В результате расплав стекла свободно и с большей скоростью, т.е.

1024427

Т а б л и ц а 1

Стекло

Параметры

ТМС-504 "К"

TCM-527

1350

1300

Вязкость, П

1000

1100

1 30х10

1300

Вязкость, П

1,9х10 и за меньшее время, равномерно заполняет форму.

Частота импульсного контакта, т.е, частота и .амплитуда упругих колебаний при наливе в форму и растекании расплава стекла по форме, остается постоянной, так как расплав стек ла в это время имеет постоянные параметры — температуру, вязкость.

Когда отлитое изделие выдерживается в охлаждаемой форме до затвердевания 10 его поверхностей, расплав стекла изменяет свои параметры (температуру, вязкость), поэтому амплитуда упругих колебаний при нарастании вязкости стекла его затвердевании) должна изменяться обратно пропорционально вязкости последнего, чтобы избежать сколов уже затвердевшего иэделия. Упругие колебания должнй быть направлены строго перпендикулярно к нижней поверхности отливаемого иэделия, так как при отклонении от вертикального направления колебаний возникают дополнительные хаотические силы, которые могут закручивать образец,что нежелательно при получении пластин, т.е. изделий, имеющих форму,,отличную от круглой (дисков).

Для получения качества поверхности 12-14 класса чистоты, т.е. полированТемпература выработки, С

Температура предварительного разлива, С

Температура расплава стекла при подаче в форму,о С

i

Расплав термостойкого алюмоборо- gp силикатного стекла оптического каче.ства струей, вытекающей из питателя в виде ббогреваемой трубы иэ платины; подают на обогреваемый поток для предварительного разлива его до ширины на 50 мм меньше требуемых габаритов изделия дри температуре рабочего пространства 1000-1100 С. Пе ред подачей расплава в форму, жестко закрепленную на источнике упругих колебаний, последней сообщают упру- 6О ной или близкой к ней, не требуется высокого качества обработки формующих поверхностей формы, так как влияние дефектов новерхности формы на качество поверхностей изделий ослабляется при импульсном контакте через воздушную прослойку и тем больше, чем больше частота упругих колебаний и чем меньше их амплитуда.

Только сочетание свободного перемещения расплава стекла, а затем и эатвердевающего изделия в форме, жестко закрепленной на источнике упругих колебаний, с наличием подвижного воздушного слоя в процессе упругих колебаний создает наилучшие условия и позволяет получать такой эффект по достижению термической однородности (10 - 106)и полированных как боковых, так и нижней поверхностей (12-14 класс чистоты

Пример. Предлагаемым способом производилось формование крупногабаритных изделий конструкционной оптики в виде пластин с размерами: диаметр 150х20, бООхбООх30 и 1000х х1000х30 мм из расплава термостойкого алюмоборосиликатного стекла типа ТСМ-504 "К" и ТСМ-527.

В табл.1 приведены технологические параметры выработки этих стекол. гие колебания, параметры которых при наливе расплава стекла в форму и его растекании по форме остаются постоянными, а при выдержке изделия

B охлаждаемой форме амплитуду упругих колебаний изменяют обратно пропорционально изменению вязкости расплава стекла. Упругие колебания направлены перпендикулярно к нижней поверхности отливаемого изделия.

В табл.2 приведены сравнительные результаты отливок.

1024427

Т а б л и ц а 2

Параметры упругих колебаний

Размеры, мм

Способ

Готового изде Загото лия

Частота, Гц Амплитуда, мкм

Стекло TCM-50 4 пKH

Ф150х20

ФЗООх100

Известный

600хбООхЗО 1000х1000х х200 1000х1000х х30

1500х1500х х250

Предлагаемый

100-5 при подаче на край формы

600х600х30

600х600х30

300-350

/ при подаче на середину формы

600-10

Стекло TCM-527

Известный

Предлагаемый при подаче на. край формы

Ф150х20

600хбООхЗО

IP 150x20

600хбООхЗО

20-70

400-450

110-5

600-15

1000-20

4 150х20 ф150х20 10-50

1000х1000х30 1000х1000хЗО 500-600

Ф 150х20 ф150х20 10-50

600хбООх30 . 600хбООх30 300-350

1000x1000õ30 1000х1000х30 500-600 ф150х20 4300x100 .

600хбООхЗО 1000х1000х200

1000х1000хЗО 1600х1600х30

1000х1000хЗО 1000х100х36 900-1000 при подаче на ф.150х20 ф150х20 20-70 середину формы

600хбООхЗО 600хбООхЗО 400-450

1000х1000хЗО 1000х1000хЗО 900-1000

500-10

600-10

100-5

500-10

110-5

600-15

1000-20

1024427

Продолжение табл.2

Время,.с

Температура расте кания по форме, С

Способ

Стеипо ТСМ-504 иКЙ

90 400 490 10

600 1200 L800 10

800 1300 2100 10

Известный

1200

1250

1150

1250

Предлагаемый

80 400 480 10 12/14

100 900 1000 10 13/14

120 1 000 1120 1 О 13/14 при подаче на край форьы 1250

1250

1250

1250

1250

1250

465 10 13/14

65 400

1250

1250 при подаче на сеоедину формы

80 900 980 10 13/14

100 1000 1100 10 6 13/14

1150

1250

1250

1250 Стекло ТСИ-527 Известный

45G

1300

1250 140

1200 700

130G 2000 10

1300

10 12/14

1300

900 1500 2400

1150

1300

1300

10 13/14

«Б

10 -10 13/14

1300

1300

150 1300 1450

1300

1300

1400 1600

10- 13/14

10 13/14

1300

1.3 00

П редла га емый

450 525

1300 1400

1300

1300

100 при подаче на край формы

150 1400 1550 10" 13/14

1300

1300 при подаче на середину формы

60 с отклонением показателя преломле-

-.5 б ния 10 - 10 и ниже получаются при частотах упругих колебаний от 10 до 600 Гц и амплитудах от 5 до 600мкм, а иэ термостойкого алюмоборосиликат65 ного стекла оптического качества

Иэ табл.2 видно, что из термостойкого алюмоборосиликатного стекла оптического качества ТСИ-504 К кв

6 н . чественные иэделия с полированными поверхностями .12-14 класса чистоты и термически однородные по изделию

1 ° расте- эавер всеания дева- го о фор- ния е

Отклонение покаэателя преломления

Качество поверхнос тей бо I ковых/нижней, класс чистоты

1024427

Составитель В.Юдина

Редактор О.Юрковецкая Техред T.Ìàòî÷êà Корректор С.Шекмар

Заказ 4324/21 Тираж 486 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 М сква Ж-35 Р о,, аушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

+СМ-527 качественные иэделия получаются при частотах от 10 до 1000 Гц и амплитудах от 5 до 1000 мкм.

Применение предлагаемого способа позволит использовать высоковязкие термостойкие стекла оптического качества с вязкостью более 1(Я1 и плот ностью менее 3,5-6 кг/см, -получить ,:прецизионные крупногабаритные изде-! лия конструкционной оптики с поли1 ованными или близкими к ним поверхнрстями и с термической однороднос- тью по стекломассе не нижу 10-2 10, устрани Eb или значительно уменьшить припуски на механическую обработ ку шлифование, полирование), удешевить процесс производства крупногабаритных изделий конструкционной оптики за счет упрощения используе;мого оборудования и сэкономить произ-,, водственные площади, электроэнергию, снизить себестоимость готовых изделий.