玻璃劃線下料及刻字工藝

喻澗臨

（湖北新華光信息材料有限公司，湖北襄陽 441057）

0 引言

目前，在國內的玻璃熔煉行業中有很大一部分熔煉產品是以條料形式在線生產。條料的截面尺寸主要集中在160 mm×25 mm的范圍，牌號為K9，ZF類和LaK類等多個品種。當條形料經網帶式退火爐粗退火后再在下料平臺上被截成長度為360 mm的塊料，然后經氣泡，條紋品質檢驗，合格后裝箱。其中劃線下料及刻字是由操作者手工完成的，具體過程：操作者手持金剛石劃刀和樣板塊，先在玻璃條料上劃出一道痕跡，再用沾水的濕毛氈擦拭劃痕處，利用玻璃的熱應力和熱脹冷縮現象，使玻璃塊從劃痕處斷裂，然后再用手持式高速氣動筆在玻璃條料的上端面記錄該產品的相關信息。這種操作方式存在4個弊端。

（1）對玻璃條料本身的溫度有要求。溫度過低，熱應力小，熱脹冷縮現象不顯著，玻璃難于從劃痕處斷裂。溫度過高，操作者手感燙，不便操作。另一方面，溫度過高時玻璃會在劃痕處容易沿條料縱向炸裂，造成產品報廢。

（2）操作誤差。雖然有下料長度比照樣塊，但操作者在操作的過程中手感不一樣，導致下料后玻璃條料的長度存在誤差。

（3）操作者勞動強度大。

（4）由各種原因導致的產品信息記錄錯誤率高。

為克服上述問題而提供一種自動化程度較高，安全可靠，便于維修且適用于多種不同牌號的下料刻字機構勢在必行。

1 系統總體設計

對人工劃線下料及刻字動作過程進行多次觀察分析歸納和模擬，制定出較為合適的技術解決方案，并將該系統歸劃為7個部分，即下料刻字機構包括：①夾緊結構；②托輪結構；③壓緊結構；④信息采集啟動結構；⑤劃線結構；⑥延時點火應力裂解系統；⑦玻璃條料信息記錄系統。系統部分設計示意見圖1。

圖1 系統設計（部分）

2 系統結構解析

（1）玻璃條料劃線、下料及刻字機構夾緊結構。包括平行開合氣爪氣缸、氣缸固定導桿、滑動導套，導桿固定在機架上。由于夾緊結構跟隨著玻璃條料一起運動，其夾緊力不需要很大，根據公式F=PS，其中，P為氣路部分的壓強，S為開合氣爪氣缸的活塞面積。選擇氣爪較寬的氣缸，使用介質為空氣，環境和流體適應溫度（-10～60）℃，當最高使用壓力取值0.6 MPa，最低使用壓力取值0.1 MPa，且缸徑為Φ32 mm時，其夾緊力為228 N，完全滿足工作需求。

（2）玻璃條料劃線、下料及刻字機構托輪結構。包括變頻電機減速器、鏈輪對、鏈條和一組包膠滾輪，包膠滾輪通過軸承座固定在機架上。由于拉制玻璃的厚度不同，因此電機必須進行速度調節，考慮到玻璃在網帶上的重量約為（300～400）kg，網帶及牽引系統的摩擦阻力等，電機功率公式T=955 000N/n，其中，T為綜合扭矩，N為電機功率，n為玻璃條料行走速度。經計算，電機功率為0.7 kW，取1.1 kW，而電機當前轉速n電機=60×f/電機極對數，調整變頻器頻率f，使n電機=n。

（3）玻璃條料劃線、下料及刻字機構壓緊結構。包括增壓氣缸M、增壓氣缸N和增壓氣缸活塞桿端部安裝壓緊滾輪。氣缸施加的壓力亦為F=PS所需的實際壓力，可通過調壓閥適時調整。

（4）玻璃條料劃線、下料及刻字機構信息采集啟動結構。包括光電感應頭及和相應的附件，該部分固定在劃線結構上。該結構的反應時間精度約為0.05 s。

（5）玻璃條料劃線、下料及刻字機構劃線結構。包括行程開關M、行程氣缸M、滑臺氣缸、旋轉氣缸、金剛石劃刀、含水棉球、端部行程開關和二位五通電磁閥M。該劃線結構固定在機架上（圖2）。劃線結構是系統中一個重要環節。由于玻璃條料的寬度為160 mm，考慮到要安裝其他構件，所配滑臺氣缸選為行程400 mm，旋轉氣缸的行程選為0°～90°，行程氣缸的行程為120 mm。

（6）玻璃條料劃線、下料及刻字機構延時點火應力裂解系統。包括行程氣缸N、燃氣管、延時點火控制系統、行程開關N及二位五通電磁閥N。該結構固定在機架上，這是系統中的又一個重要環節。其中的延時點火控制系統，輸入電壓為1.5 V，而輸出電壓則達到12 kV。所以在輸入端只須采用市面上常見的干電池，即可在輸出尖端得到一個很大的放電電壓，達到點火的目的。點火動作是在劃線結構中滑臺氣缸上的滑塊碰到其端部行程開關后開始的，并且點火動作延時（10～20）s。延時點火應力裂解系統原理如圖3所示。

圖2 劃線結構

（7）玻璃條料劃線、下料及刻字機構中玻璃條料信息記錄系統主要由CO2激光雕刻器和控制電腦組成。目前市場上針對客戶要求能夠尋求到比較理想的技術支持。

圖3 延時點火應力裂解系統原理

3 系統工作原理

（1）根據拉制的玻璃條料的厚度設定變頻電機的工作頻率值，接通電源，啟動變頻電機，經變頻電機→主動鏈輪→鏈條→從動鏈輪→包膠輪組等運動系使玻璃條料沿圖1中移動方向，在托輪結構上行走至夾緊結構。

（2）由夾緊結構中的平行開合氣爪氣缸夾緊玻璃條料，在一定行程范圍內，夾緊裝置通過滑動導套在固定桿上和玻璃條料一起向前移動。當玻璃條料斷裂后，該系統又回到起始位置。平行開合氣爪氣缸的壓力通過壓力閥調整。

（3）啟動增壓氣缸，使之向下壓著玻璃條料，增壓氣缸端部的滾輪在玻璃條料的上端面作純滾動。增壓氣缸N的作用是不讓玻璃向上抬起，增壓氣缸M的作用是促進玻璃的斷裂，該氣缸系統的壓力是可以調的。

（4）在玻璃條料上預設標示物，啟動光電感應頭，光電感應頭讀取標示物時，啟動電磁閥M，使劃線結構向下移動，當行程開關M觸到玻璃條料時，滑臺氣缸的滑塊帶著旋轉氣缸及固聯在其上的金剛石劃刀一起從滑臺氣缸的一端快速滑到另一端，從而實現劃線動作。

（5）當滑臺氣缸的滑塊滑到另一端時，觸動了安裝在固定架上的端部行程開關，進而啟動電磁閥N，驅動行程氣缸N帶著延時點火裂解系統向下動作。當行程開關N觸碰到玻璃條料時，啟動延時點火控制系統工作，尖端放電，點燃天然氣，氣嘴對著劃痕。由于燃氣管的氣孔很小，所以燃氣燃燒時產生的熱量大部分都集中在劃痕處，這一過程延時（10～20）s。

（6）當上述延時動作完成后，電磁閥N再次動作，行程氣缸N反向運動并帶著延時點火裂解系統向上動作，離開玻璃條料。

（7）此時劃線結構上旋轉氣缸，旋轉角度β使含水棉球處于原來金剛石劃刀的位置，同時滑臺氣缸上的滑塊帶著旋轉氣缸及固聯在其上的金剛石劃刀以及含水棉球快速沿反劃線方向移動，從而讓水分沿灼熱的劃痕浸潤。

（8）此時存在著熱應力的劃痕處，在冷水的浸潤下，劃痕兩邊的玻璃會劇烈收縮，這樣玻璃會在劃痕處迅速斷裂。

（9）在玻璃劃痕兩端的增壓氣缸M和增壓氣缸N施加著一定的預壓力，對玻璃條料的斷裂也起著加速作用。其中預壓力的大小是根據玻璃條料厚度適當調整。

（10）斷裂后的玻璃條料塊在托輪結構的帶動下，迅速與緩慢行走的后續玻璃條料分離，從而不影響下一個劃線，下料動作的循環程序。

（11）在托輪結構的帶動下，斷裂后的玻璃條料塊被送至玻璃條料信息記錄系統處，該系統在電腦的控制下，具有強大的記憶及儲存功能，從而可自動編輯條料玻璃產品的出爐號、爐口號和出產時間（包括年、月、日及出產當日的具體時間）。給產品的信息化歸檔，核實，查找以及質量分析和產品再生產提供了優越無比的數據資源。

4 結束語

提出一種玻璃條料劃線下料及刻字的方法，利用機、電、氣一體化結構協同動作，可以實現無人化操作，有效地提高生產良品率，減輕操作者勞動強度，降低生產成本。再結合CO2激光雕刻器和電腦控制，消除了產品信息記錄誤差，從而使產品的形象更規范和標準化。