石英玻璃把棒密封與固定裝置的改進

劉曉光，薛志剛，王文玉

（久智光電子材料科技有限公司，河北 廊坊 065001）

1 背景

無接觸拉管工藝是高精度石英玻璃管成型工藝的一種，是將一根空心的圓柱體石英玻璃坯料垂直固定在喂料裝置上，使石英玻璃坯料通過加熱爐加熱直至熔融狀態，石英玻璃坯料在重力作用下流出加熱爐，流出加熱爐的石英玻璃迅速固化，控制系統按照設定的程序勻速旋轉，使石英玻璃有序的在加熱爐內流出，控制系統按照設定程序驅動喂料裝置垂直向下運動，同時通過氣泵調節管內氣壓控制石英玻璃管幾何參數。由于喂料系統持續將石英玻璃毛坯送入加熱爐內，這使石英玻璃管持續的成型，通過測量儀在線測量石英玻璃管的外徑和壁厚，適時調整牽引速度及管內壓力，以保證產品的尺寸公差符合要求，工作原理見圖1。

在石英玻璃管成型過程中需要持續的將石英玻璃坯料送入加熱爐，所以為了確保耐溫和對產品純度的影響，通常是通過一個石英玻璃把棒的一端固定在石英玻璃毛坯上，另一端固定在喂料裝置上。同時管內需要持續通入氣體，通過控制管內氣體壓力，來控制成型玻璃管的外徑，石英玻璃把棒與喂料裝置需要一個密封和固定裝置。

圖1 無接觸拉管工藝原理圖

2 原有裝置工作原理以及存在問題

原有的固定和密封裝置是由固定銷、密封圈、密封環、固定環等部件組成，通過固定銷和螺栓將固定環與機架連接后就可以將石英把棒固定，由于石英把棒內通入了氣體，所以要求連接處是密閉的。如圖2所示。現有的固定和密封裝置是將固定銷6穿過石英把棒8之后，通過螺栓2將固定環7和機架1相連接，在機架和固定環之間通過密封環4和O型橡膠圈3進行密封，固定銷6和固定環7之間的縫隙通常通過塞入石英棉5進行密封。

從圖2中可以清楚的看出，該裝置存在一定的缺陷，這些缺陷在實際生產中也確實發生，直接影響了產品質量，主要缺陷有以下幾點：（1）石英棉5通常是通過專用工具塞入到固定銷8和固定環7之間的縫隙內，在實際生產過程中，不同的操作人員塞入石英棉的松緊程度不一致，經常存在漏氣現象。（2）石英玻璃毛坯通過把棒8內部通入了氣體，在石英玻璃管成型過程中，在氣壓的作用下，石英棉5存在脫落現象，導致石英毛坯內的氣壓不穩定，從而影響產品質量。（3）脫落的石英棉5在重力作用下直接墜落在石英毛坯上或成型的產品上，影響產品質量，同時吸入石英棉纖維對人體有害。（4）最后，石英棉是一次性的消耗品，價格較高，導致產品成本增加。

圖2 原有密封和固定裝置的工作原理

3 改進后裝置的工作原理與應用

根據原有裝置存在的缺陷，對其結構進行了梳理，在不改變石英把棒結構的前提下，重新設計了本裝置，在改進本裝置的過程中利用了TRIZ理論來解決問題，缺陷主要關鍵點是石英棉。考慮到如果取消石英棉，用其他方式替代密封，就可以杜絕這些缺陷，最終通過改進結構將石英棉取消。

改進后的石英把棒密封和固定裝置由固定銷、密封環、固定環、O型橡膠圈及螺栓組成。該裝置工作原理如圖3所示。

圖3 改進后的裝置的工作原理

從圖3可以看出改進后的工作原理，該裝置是由O型密封圈2、螺栓3、密封環4、固定銷5、固定環6、O型密封圈7、密封環8組成；安裝時是將石英把棒9穿過密封環8、O型密封圈7、固定環6后，將固定銷5插入到石英把棒9的預制孔內，緩慢向下移動石英把棒9，直到固定銷5與固定環6接觸，然后分別將密封環4、密封圈2安裝在石英把棒9上部，通過螺栓將固定環6和機架1連接在一起，同時通過螺栓將密封環8與固定環6連接在一起。在密封環4與石英把棒9之間有O型密封圈，可以實現密封；在密封環8、固定環6和石英把棒9之間有O型密封圈，可以實現密封；密封環4和固定環6之間為精加工表面，可以實現機械密封。固定銷5將石英把棒9固定在固定環6的凹槽內，可以實現石英把棒9的固定。這樣石英把棒就能可靠的實現密封和固定。

改進后的裝置有效的改善了原裝置存在的缺點，并有以下優點：（1）石英把棒的密封是通過上下兩個O型圈和密封環機械密封實現的，由螺栓進行緊固，使用過程中不會出現漏氣現象。（2）因取消了石英棉填充物，在使用過程也就不會出現填充物脫落現象，確保了產品質量。（3）密封件成本低、可以重復使用。（4）安裝便捷，提高工作效率。

裝置改進后為確保裝置上部件與石英把棒之間有效密封，裝置上的部件與石英把棒之間空隙較小，因此當石英把棒上的預制孔位置偏差較大時，存在無法正常安裝現象。經過多次試驗，將固定銷5的外徑減小后，問題得到解決。目前已經在生產線上推廣使用，得到了操作人員的認可。