微晶玻璃壓延成型機壓輥部件設計

何 苗 熊寶玉

（四川信息職業技術學院 四川 廣元 628017）

0 引言

微晶玻璃又名玻璃陶瓷（glass ceramic）或微晶陶瓷,是新型微晶材料的一種，將加有成核劑（個別也可不加）的特定組成的基礎玻璃或其它材料在加熱過程中進行控制晶化而得到的一種含有大量微晶體和玻璃體均勻分布的復合固體材料。它兼有玻璃和陶瓷的優點,具有許多常規材料難以達到的優異性能，如高機械強度、低電導性、良好的可加工性、耐化學腐蝕等。 微晶玻璃主要有四種工藝方法：壓延法、燒結法、浮法和滲膠—凝膠法。 壓延法生產微晶玻璃是指將原材料（礦渣）按一定化學組成的配合料熔化成礦渣玻璃，經成型機成型為制品后， 再經過熱處理過程生長成微晶玻璃結晶材料。 其生產工藝流程如下: 配合料制備→玻璃熔制→壓延成型→熱處理→冷加工→成品。

國內壓延法生產建筑微晶玻璃起始于20 世紀80 年代中后期，通過技術交流方式，獲得了一些微晶玻璃壓延成型機的設計資料，在此基礎上進行改進設計。 目前我國對建筑微晶玻璃的發展速度較快，現已初具規模。 但在生產和市場方面仍存在著微晶玻璃的生產技術和工藝尚不完善，綜合能耗高等問題。

設計的原始參數：

本次設計是根據國內微晶玻璃生產中存在的問題，設計一臺高速、高生產率和低成本的微晶玻璃壓延成型機。 此設備生產的微晶玻璃幅寬為0.9m，厚度在8～14mm 之間，預計出料速度在20～100m/h，年產量：70 萬m2，比重：2.7g/cm3,合格率：90%，成品率：70%。

1 總體設計方案的擬定

壓延法是指兩個壓輥將從玻璃窯爐里出來的熔融態玻璃液輥壓成型的生產方式， 壓延生產方式具有生產效率高，生產工藝簡單等優點，能夠實現連續壓延而具有更高的生產率，在微晶玻璃生產行業里得到廣泛應用。 壓延機根據兩個壓輥的布置方式不同可分為三類：即水平布置、垂直對正布置和傾斜布置。 水平布置方式在成型玻璃板引輥的牽引下即可實現退火等熱處理。 但是其垂直方向的尺寸比較大，布置困難。 而且兩壓輥應安置在玻璃窯爐內，工作環境惡劣，冷卻困難，不利于維修。 垂直對正布置方式對成型玻璃板引出較為方便，但是對玻璃液的引入困難。 傾斜布置方式對玻璃液的引入和引出均較方便，故本次設計采用傾斜布置方式如圖1 所示：

圖1 壓輥的布置方式

根據以上對壓延成型機的分析，本次設計采用壓輥垂直傾斜布置方式。 根據設計原始參數，本壓延成型機應包括壓輥支架、上輥調節機構、機架、整機的上下調節機構、出料槽和機座。 現具體擬定設計方案如圖2 所示：

圖2 總體布局圖主視圖

根據設計原始參數， 本壓延成型機應包括壓輥支架、上輥調節機構、機架、整機的上下調節機構、出料槽和機座等。

2 壓輥結構設計及材料選則

壓輥是壓延成型機的工作部件， 它直接將玻璃輥壓成型。 熔融態微晶玻璃可達1300℃并且具有弱酸腐蝕性，故壓輥承受著玻璃液的高溫和腐蝕。 為提高產品的質量，壓輥部件在結構設計和材料選擇是要能夠提高壓輥的高溫特性。

2.1 結構設計

為提高壓輥的高溫特性，我們考慮對壓輥內通冷卻液進行冷卻。 按生產實際中用冷卻水作為冷卻液，效果較好，因此我們選用冷卻水作為冷卻液。 但是壓輥在工作時，冷卻水進水管不能隨壓輥一起運動，而且冷卻系統的密封要良好。 所以在結構設計是運動分離和密封成為主要要解決的問題。

因為上下輥工作原理相同、結構相似，現只對上輥結構設計進行討論。 根據總體布局圖及上輥結構設計時解決的問題，設計出上輥結構如圖3，下輥結構如圖4：

圖3 上輥結構

圖4 下輥結構

下面對方案的可行性進行分析：

（a）運動分離。 從圖中可見，左右半軸與支架之間通過滑動軸承實現了運動分離；管接頭與錐接頭之間通過滾動軸承實現了運動分離。

（b）密封。 管接頭與錐接頭因離壓輥工作區較遠，故它們之間采用通用的氈圈密封即可。 錐接頭與左右半軸之間通過錐接頭本身的錐度即可實現密封。 左右半軸與連接法蘭之間采用焊接，故不存在泄漏。 考慮到輥筒是易損件，上輥更換相對頻繁，而且將上輥進行雕刻就可以生產壓花玻璃等其它規格的玻璃，為了降低更換成本輥筒與連接法蘭之間不宜采用焊接；該處密封離工作區較近，不宜采用通用的橡膠墊圈密封；此處采用銅墊圈有效的解決了以上問題。

（c）本方案中錐接頭的使用，使更換輥筒時無需拆卸管接頭與錐接頭之間的聯接，既提高了更換效率，又使滾動軸承免去頻繁拆卸，從而提高它們之間聯接的可靠性。

（d）為能生產出各種厚度規格的微晶玻璃，在上輥設計一螺旋調節機構來調節上下輥之間的距離。 因為此調節只在更換產品規格時使用，故采用人工調節方式。

綜上分析，此方案能夠滿足設計要求。

2.2 壓輥材料選擇

根據前面分析，壓輥的材料應該具有耐高溫、耐腐蝕性的能力。 經過查閱資料， 高溫不銹鋼1Cr18Ni9Ti 能耐約1000℃的高溫，但是對輥筒再通水冷卻就能夠滿足此要求。 株洲玻璃廠的壓延機輥筒采用該材料并對輥筒通水冷卻取得良好的效果。 因此我們選用1Cr18Ni9Ti 作為輥筒的材料。

3 結論

傳動系統采用兩級傳動。 第一級用減速器傳動；第二級采用鏈傳動。 因為本設計對象是以傳遞動力為主，不宜采用帶傳動；且傳遞距離較遠，不宜采用齒輪傳動；結合設計對象以上兩特點，所以第二級采用鏈傳動。 采用鏈傳動時，我們用一條鏈條將上下壓輥與減速器輸出軸連在一起，使上下壓輥的轉速比保持穩定。 通過對壓輥的變形和各主要零件進行強度校核計算，上下壓輥的變形量均小于0.5mm，在誤差的允許范圍內，各主要部件的強度均滿足設計要求。

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