Моллирование и прессование заготовок

Заготовки серийных оптических деталей — линз, призм, плас­тин изготавливают горячим формованием стекла, нагретого до температуры пластической деформации.

По конфигурации заготовки повторяют форму детали с припусками для дальнейшей механической обработки. Припуски и предельные отклонения размеров заготовок регламентированы ГОСТ 13240—67 «Заготовки оптического бесцветного стекла».

В производстве оптических заготовок применяют следующие технологические процессы горячего формообразования: свободное и принудительное моллирование, прессование и вытягивание штабиков.

При свободном моллировании (рис. 34) бесформенные куски стекла 3, разогретые до состояния текучести, растекаясь под действием силы тяжести, принимают размеры формы, в которую они загружены. Объем кускового стекла 5 должен соответствовать объему заготовки 4. Форма 1 для моллирования — металлическая, футерованная легковесной керамикой 2, на металлические части формы наносят обмазку для уменьшения прилипания стекла к форме. Перед моллированием куски стекла контролируются на отсутствие внутренних дефектов: камней, свилей, крупных пузырей. Острые углы и ребра на кусковой заготовке притупляются во избежание заворачивания наружных загрязненных поверхно­стей внутрь заготовки.

Свободное моллирование производят в камерных печах или в туннельных печах непрерывного действия.

Экономически целесообразно моллировать заготовки массой более 1 кг и размерами в плане более 100x100 мм.

Принудительное моллирование в металлических формах (рис. 35) в отличие от свободного моллирования осуществляют под действием вакуума, создаваемого при откачке насосом воздуха из-под находящейся в форме 2 плоской заготовки 3. Если процесс происходит при температурах, соответствующих началу пластической деформации стекла при достаточно больших значениях вязкости, то микронеровности формы не отпечатываются на полированной поверхности заготовки 1. Это позволяет получать для осветительных и светособирающих устройств приборов заготовки неответственных оптических деталей типа сферических и асферических зеркал с полированными поверхностями, не требующими дальнейшей механической обработки.

Формы для принудительного моллирования полированных заготовок изготовляют из жаропрочного чугуна, рабочую поверхность форм обрабатывают по шаблону, соответствующего расчетной образующей кривой с отступлениями не более 0,01—11,02 мм.

Моллирование выполняют на полуавтоматических установках, состоящих из кольцевой печи нагрева и туннельной печи отжиги-охлаждения, соединенных между собой горячей камерой. Смоллированные заготовки вынимаются из формы перестановщиком с вакуум-присосом и укладываются на транспортер туннельной печи отжига.

Принудительным моллированием изготавливают заготовки диаметром до 600 мм и толщиной до 8 мм.

Прессованием в металлической закрытой форме изготовляют из нарезок заготовки оптических деталей массой до 0,5 кг.

Нарезки — это прямоугольные куски стекла, полученные путем раскалывания плитки сырьевого стекла и имеющие массу, равную массе прессовки. Подгонку массы выполняют калыванием углов нарезки молоточком или обтачиванием на алмазных кругах. Нарезки обкатываются в галтовочных барабанах с свободным абразивом для притупления острых кромок и углов.

Для прессования нарезки разогревают в электрических или газовых печах до температуры размягчения, соответствующей вязкости стекла 10⁴—10⁶ Па·с.

Во избежание прилипания стекла на под печи посыпают мелкодисперсный порошок обожженного каолина или глинозема. Разогретая порция стекла переносится из печи в нагретую до температуры 400—600° С пресс-форму гидравлического или пневматического пресса.

Формующие элементы пресс-формы: пуансон 1, кольцо-матрица 2 и поддон-выталкиватель 3 (рис. 36) изготовляют из жаропрочной стали или чугуна. Нарезку укладывают в форму таким образом, чтобы сторона ее, находящаяся на поду печи, легла вниз на поддон 3. Отпрессованную заготовку после выталкивания из пресс-формы выдерживают некоторое время на поддоне, пока стекло не остынет до состояния, исключающего деформацию поверхностей заготовки при переносе ее в откладочную камеру печи грубого отжига.

Охлажденные заготовки разбраковывают по внешним дефектам, деформации поверхностей, другим признакам и передают на тонкий отжиг.

Каждую партию заготовок сопровождают паспортом, в котором указывают оптические константы стекла и показатели качества заготовок.

Другим методом получения прессовок является прессование из жидкой стекломассы, отрезаемой автоматически ножами от струи стекла, вытекающей из фидерного устройства данной печи. Прессование осуществляют на многопозиционных роторных прес­сах производительностью от 40 до 80 ударов в минуту. Из штабиков изготовляют заготовки линз микрооптики диаметром до 18 мм из некристаллизующихся стекол марок К8; ТФЗ—ТФ5; ТФ7; Ф1,6;БК4, БК6, БК8 и др.

Штабик — это стеклянный пруток круглого сечения с поверх­ностью огневой полировки.

Полуфабрикатом для вытягивания штабиком являются стекло-блоки прямоугольной формы размерами 200x200 мм в сечении и длиной до 400 мм. По бессвильности и пузырности сырьевое стекло для штабиков должно соответствовать требованиям, ука­занным в технических условиях на заготовки.

Установка для вытягивания штабиков (рис. 37) состоит из печи 1 с нагревателями 3 и тигля 2 с дойным патрубком. Кусок стекла 7 загружают в тигель и разогревают до температуры размягчения, в результате чего стекло заполняет тигель и донный патрубок, но не вытекает из него ввиду большой вязкости и образования пристуженной пробки. При включении нагревателя 4 донного патрубка пробка разогревается и стекло медленно вытекает из тигля вниз, струя 5 стекла оттягивается и заправляется в ролики 6 вытяжного устройства. При вращении роликов происходит непрерывное вытягивание штабика, диаметр его d регулируется температурой патрубка и частотой вращения роликов. Допуск на диаметр ±0,2 мм.

Затем мерные штабики наклеивают на плоские подложки и разрезают пакетом дисковых алмазных пил на цилиндрические таблетки-заготовки.

Тонкий отжиг является последней операцией технологического процесса изготовления заготовок оптических деталей. Цель его — получить высокую оптическую однородность стекла каждой заготовки с едиными для всей партии показателями преломления и дисперсии.

Электрические камерные печи (рис. 38) для тонкого отжига имеют хорошую тепловую изоляцию 3 и систему нагревателей 4, обеспечивающих равномерный нагрев и принудительное сниже­ние температуры в подколпачном пространстве печи 2 во время выдержки и ответственного охлаждения заготовок. Заготовки 5 укладывают в металлические коробки, поддоны или кассеты 1 с массивными стенками, способствующими уменьшению градиентов температуры в печи.

Управление процессом нагрева и охлаждения заготовок производится автоматически по температурному графику (рис. 39). Нагревают заготовки до верхней температуры отжига Т_В с возможно большей скоростью, исключающей разрушение заготовок от возникающих термических напряжений. За время выдержки происходит релаксация — исчезновение остаточных напряжений в стекле. Ответственное охлаждение в интервале температур от Т_В до Т_Н производится с постоянной скоростью по линейному участку графика.

Скорость ответственного охлаждения зависит от размеров заготовок и требований к ним по двойному лучепреломлению, показателю преломления и дисперсии и выбирается в пределах от 0,05 до 20° С в час. После ответственного участка интенсивность охлаждения увеличивается, для чего колпак печи постепенно приподнимается.

Изменяя скорость охлаждения в интервале ответственного охлаждения, можно в определенных пределах скорректировать значения коэффициента преломления и дисперсии стекла для данной партии заготовок.

Отожженные заготовки контролируют и упаковывают для отправки в оптические цеха оптико-механических заводов.