国内外玻璃冷加工的具体内容

细分课题总结报告——国内外玻璃冷加工的具体内容冷加工即在不加热的情况下，通过机械的方法来改变玻璃制品的外形和表面状态的过程。通常包括切割、研磨、抛光、车刻、钻孔、磨砂等。一、切割切割是玻璃生产和加工过程中必不可少的基本工序。其质量要求为：尺寸准确、断面平整垂直，无崩边掉角。这对于玻璃后续的加工至关重要。伴随着玻璃工业的发展，传统切割技术延用至今，基本满足了大多数玻璃产品的切割要求。近10多年来，随着科学技术的迅猛发展，以及某些切割难度较大的玻璃制品的大量应用。如何高质量、高精度、高效率、低成本、低损伤的对玻璃制品进行切割，并尽量减少后续加工的工作量，成为人们迫切需要解决的问题。通过对传统切割技术的不断改进提升，对新技术的不断探索，一些针对性较强的切割技术发展较快：如坚硬刀轮切割、水刀切割、激光切割等。这些切割技术针对性强，应用效果好，在一些新型玻璃产品制造中发挥了重要的作用。1）传统切割技术所谓切割并不是通常意义上的直接切裁，而是制造划痕，造成应力集中然后裂片。玻璃是一种典型的脆性材料，根据脆性材料断裂的微裂纹理论，脆性材料的断裂可以分为两个过程，一是微裂纹的产生，二是微裂纹的扩展。当外力施加于脆性材料时，微裂纹尖端应力将成倍数增加并且随着外力的增大微裂纹的长度也在增长，即微裂纹扩展。另外脆性材料断裂的微裂纹理论还表明，存在一个临界长度当微裂纹的长度大于临界长度后，它就会自动迅速扩展从而使材料断裂。基于以上理论：传统切割技术使用坚硬、锐利硬质材料刀头刻划玻璃表面，形成的划痕线可等效认为是由很多的微裂纹组成，每个微裂纹的长度沿着刀头刻划的方向，在划痕线的下方会形成一定深度的破坏区域，这一深度可认为是微裂纹的端面半径。由于微裂纹的端部是应力集中的地方。切割压力使微裂纹端部的应力增大，使得微裂纹很快向玻璃厚度方向扩展，形成纵向微裂纹。在良好的切割状况下。连续的纵向微裂纹的末端几乎都在同一条水平线上。在划痕完成后，就需要进行裂片即对玻璃施加外力，增大纵向微裂纹端部的应力，使纵向微裂纹迅速扩展，贯穿到玻璃的底部。达到使玻璃分离的目的。由于在整个切割过程中直接与玻璃表面接触的是切割刀头，所以刀头的材料和参数对于切割质最有着重要的影响。随着切割经验的积累和现代工业的发展切割刀头不断得到了改进，切割的质量、精度、效率也不断提升。2）水刀切割技术外形由复杂曲线构成的工艺美术玻璃的切割，以及超厚玻璃、夹层玻璃，都对玻璃切割技术提出了更专业化的要求。1979年，MohamedHashish博士在福禄研究室工作，开始研究增加水刀切割能量的方法，以便切割金属和其它硬质材料。Hashish博士被公认为加砂水刀之父，他发明了在普通水刀中添加砂料的方法。他使用石榴石作为砂料。凭借这种方法，水刀（含有砂料）能够切割几乎任何材料。1980年，加砂水刀第一次被用于切割金属、玻璃和混凝土。1983年，世界上第一套商业化的加砂水刀切割系统问世，被用于切割汽车玻璃。该技术的第一批用户是航空航天工业，他们发现水刀是切割军用飞机所用的不锈钢、钛和高强度轻型合成材料以及碳纤维复合材料的理想工具（已用于民用飞机）。从那以后，加砂水刀被许多其它工业采纳，例如加工厂、石料、瓷砖、玻璃、喷气发动机、建筑、核工业、船厂等等。超高压水切割又称水刀切割，它是通过超高压发生器将水增压到300MPa以上，通过一个专用的喷嘴高速喷出，对材料进行切割加工。这种高压水流具有极强的切割能力，其速度能达到声速的几倍。而且通过在其中添加砂子可以使其切割能力倍增。对于切割玻璃这样的硬质材料，应使用加砂水刀因在纯水水刀中是由超音速水流侵蚀材料，而在加砂水刀中，由水流加速砂料颗粒，然后由这些颗粒侵蚀材料，其切割能力比纯水水刀强大上千倍。加砂水刀切割所用的砂料是经专门筛选、大小一致的硬砂，最常用的砂料是石榴石。石榴石质硬、强度高并且便宜。不同的大小用于不同的工作，对加工精度要求较高的玻璃，一般选用80-120目的砂子，切缝仅1mm。水刀切割具有许多独特的优越性：它切割速度快，切面光沽、圆滑、无爆边，切割后不需要或易于二次加工；可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛；切割时不产生热量，材料无热效应；不会产生强光而灼伤人眼，更不用担心因高温而引发火灾；不产生粉尘飞扬，也没有机械切割时因磨擦而产生的刺耳噪声和震颤感，非常合乎环保要求。缺点是切割耗材比较昂贵，故一般用于加工精度要求高、厚度比较厚及一些异形玻璃制品。3）激光切割技术激光切割技术已在当代工业中广泛应用，具有非接触、不污染环境、易控制等特性。金属是激光切割的主要对象，从原理上讲，玻璃对红外激光的吸收远比金属好。而且玻璃是热的不良导体，玻璃切割所需要的激光功率比金属要低得多。所以用激光切割玻璃在理论上是可行的。但玻璃的激光切割技术却没有与金属的激光切割技术同步发展，究其原因：一是因为玻璃的切割比较容易，传统的切割技术已经发展得很成熟，工艺简单且成本低廉，足以满足通常的玻璃切割要求；二是因为专门针对玻璃切别的激光设备还不成熟。随着激光技术的迅速发展出现了非常适用于玻璃切割的经济、实用型激光器——封离型CO2激光器，其功率范围在十到数百瓦，加工参数可以根据不同种类、不同厚度的玻璃温度特性进行实时优化。和传统切割技术相比，激光切割的优越性在于：切缝边缘光滑整齐、垂直度好，边缘强度较高，省去了磨边、抛光等后处理过程。激光切割应力引致的断裂深度可达100μm，特别适用于电子玻璃的切割。尤其可贵的是，激光的非接触工艺完全消除了玻璃碎屑的问题，解决了碎屑对基板后续加工质量的困扰。4）其它切割技术还有一些切割技术仍在便用，如以金刚石锯为代表的磨料切割技术；或曾经广泛使用，现已被淘汰的电热切断器技术；或处于研究探索阶段的电子束切割技术等。二、研磨在玻璃深加工领域，任何品种玻璃的深加工都离不开玻璃边部的研磨，而研磨质量的好坏，严重影响着玻璃深加工产品质量的好坏，而加工的方法是影响深加工玻璃产品质量的重要因素。1）研磨原理玻璃的机械研磨是使用磨料在磨盘压力的作用下和对玻璃表面做相对运动，将玻璃的不平处去掉，使玻璃表面变毛。粗颗粒磨料研磨速度快，毛面较粗糙，故常用多级磨料。2）研磨作用作用一：玻璃切割过程中比较容易造成锋利的尖角，研磨过程中可以磨掉尖角，防止使用时伤人；作用二：玻璃切割过程中容易造成小裂口或微裂纹，如果不把这些小裂口或者微裂纹磨去，玻璃进入钢化炉受热后，内部应力就会集中在小裂口或者微裂纹处，容易引起炸裂，使钢化成品率降低，同时增加清炉工作量，尤其是在水平钢化炉炸裂，碎玻璃软化后，粘在陶瓷辊道上，如果不及时清炉，容易损伤辊道，造成辊道表面不平，使玻璃加热时表面出现辊道印迹。3）研磨方法目前常用的边部研磨方法大体上有五种：磨石磨边：采用天然磨石或者油石等磨具，用人工推动磨边；磨盘磨边：砂浆流入旋转的铸铁盘上，人工操作玻璃在磨盘上研磨；砂带磨边：应用交叉运行的砂带对玻璃研磨；金刚石磨轮磨边：用人造金刚石加工成磨轮，可以磨粗边或者细磨边；砂轮磨边：是用天然刚玉或者人造金刚石加工的砂轮对玻璃边部进行研磨。三、抛光玻璃抛光是指，祛除玻璃表面的纹路，划痕以及一些其他的瑕疵，提高玻璃的透明度和折射率。玻璃抛光加工的主要经济技术指标是由抛光效率，被加工玻璃边的尺寸精度、光亮度以及抛光磨具消耗情况来表征的。虽然玻璃磨边机性能、磨削抛光方式、冷却方式、转速，玻璃本身的内在质量以及操作人员的技术水平也会影响玻璃抛光的光亮度，抛光效率等，但是最根本的是选择合适的抛光磨具。玻璃边抛光磨具的种类很多，随着玻璃磨边机的生产厂家不同，其配套使用的抛光磨具的规格和性能也有所不同。因玻璃边抛光磨具在国内还没有一个统一的代号和标记，在磨料磨具行业也没有制定一个具体的产品标准，因此，目前大家都还习惯地按照最初由国外进口的玻璃边抛光磨具上的代号和标记来进行选择和使用。同时，国内的玻璃边抛光磨具生产厂家也按照自己所采用的结合剂的特性制定了各自的产品代号和名称。因此，本文根据国内目前普遍使用的几种玻璃磨边机类型，对玻璃边抛光磨具进行了分类：10S系列、9R系列、BD系列、BK系列、玻璃车刻专用、氧化铈、羊毛毡类抛光磨具。四、车刻玻璃车刻就是通过车刻工具，对玻璃进行雕刻、抛光，从而使玻璃表面产生出晶莹剔透的立体线条。从移门玻璃到背景墙玻璃都有应用。由于可以改变磨轮的形状，所以车刻玻璃也可以演变出很多不同形状的条纹图案。早期的车刻工艺是小型的手动车刻机刻出来的线条。其准确性和批量性受到工艺与设备的限制。都无法达到理想当中的形状。所以早期的车刻玻璃应用范围不是太广。其形状以较短的直线为主。随着工艺的演进，出现了机械类的模版车刻玻璃。这种车刻玻璃的原理是将半手工操作的刀头在模版的控制下，在玻璃表面车刻出需要的线条与形状。但是有一个极大的弊端，如果尺寸稍有改变，也必须重新制作模版。其玻璃耗材的浪费量大，加工周期长。随着数控机床的普及与价格的降低。通过不断的技术改进，数控车刻设备出现了。可以实现图案与尺寸的及时编辑与生产，不需要额外的工具耗材。从而大大加速了车刻玻璃的普及，同时也具有了图案编辑的便捷性。五、钻孔玻璃钻孔按所打孔径大小，一般采用两种方法，一种是台钻钻孔，一种是玻璃刀划孔。玻璃裁内圆的方法是利用应力集中原理。（1）玻璃刀划孔当要裁圆形玻璃即保留中间部分时，将圆外的部分去掉，方法同样。（2）玻璃钻孔利用台钻和金钢砂或玻璃钻头直接在玻璃上钻孔。六、磨砂磨砂就是将原本表面光滑的物体变得不光滑，使光照射在表面形成漫反射状的一道工序，分为物理作用的打砂，化学作用的蒙砂或药水砂、乳化，也叫酸洗。打砂系使用打砂机配合金刚砂冲击玻璃表面形成凹凸面；蒙砂即用蒙砂粉与硫酸、盐酸等配液，采用淋或浸泡的方式腐蚀玻璃表面。打砂玻璃颗粒大，长时间容易积尘发黑不易清洗，是初期的玻璃处理工艺。蒙砂玻璃手感细腻，耐用且清洗方便，但价格比打砂玻璃稍高。如蒙砂玻璃再进行抛光处理，具无手印效果且更透光，这就叫无手印玉砂玻璃。细分课题资料搜集整理共耗时约三个星期，期间共阅读资料40余篇，下载资料20余篇，主要来自百度文库、道客巴巴等免费在线资料分享平台。就现阶段资料搜集方法来说，所搜集的资料宽度和深度与预期目标有较大差距。资料大多为PDF文档，转化整理工作需要消耗大量的时间。资料水平高低不一，各种错字别字需要更正，且内容大多互相抄袭，有价值内容较少。通过资料收集整理，对玻璃冷加工行业有基本的了解，对冷加工的历史有了新的认识。因为时间有限，资料搜集方法不完善，导致对冷加工的各个内容了解深度不一。今后工作会重点改进和完善资料搜集的方法、途径等。