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(tài)，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(tǒng)按照設(shè)定的程序勻速旋轉(zhuǎn)，使石英玻璃有序的在加熱爐內(nèi)流出，控制系統(tǒng)按照設(shè)定程序驅(qū)動(dòng)喂料裝置垂直向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過氣泵調(diào)節(jié)管內(nèi)氣壓控制石英玻璃管幾何參數(shù)。由于喂料系統(tǒng)持續(xù)將石英玻璃毛坯送入加熱爐內(nèi)，這使石英玻璃管持續(xù)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(shí)調(diào)整牽引速度及管內(nèi)壓力，以保證產(chǎn)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(xù)的將石英玻璃坯料送入加熱爐，所以為了確保耐溫和對產(chǎn)品純度的影響，通常是通過一個(gè)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(shí)管內(nèi)需要持續(xù)通入氣體，通過控制管內(nèi)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(gè)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(huán)、固定環(huán)等部件組成，通過固定銷和螺栓將固定環(huán)與機(jī)架連接后就可以將石英把棒固定，由于石英把棒內(nèi)通入了氣體，所以要求連接處是密閉的。如圖2所示?，F(xiàn)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(huán)7和機(jī)架1相連接，在機(jī)架和固定環(huán)之間通過密封環(huán)4和O型橡膠圈3進(jìn)行密封，固定銷6和固定環(huán)7之間的縫隙通常通過塞入石英棉5進(jìn)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(shí)際生產(chǎn)中也確實(shí)發(fā)生，直接影響了產(chǎn)品質(zhì)量，主要缺陷有以下幾點(diǎn)：（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(huán)7之間的縫隙內(nèi)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，不同的操作人員塞入石英棉的松緊程度不一致，經(jīng)常存在漏氣現(xiàn)象。（2）石英玻璃毛坯通過把棒8內(nèi)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(xiàn)象，導(dǎo)致石英毛坯內(nèi)的氣壓不穩(wěn)定，從而影響產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)品上，影響產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)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(jià)格較高，導(dǎo)致產(chǎn)品成本增加。

圖2 原有密封和固定裝置的工作原理

3 改進(jìn)后裝置的工作原理與應(yīng)用

根據(jù)原有裝置存在的缺陷，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了梳理，在不改變石英把棒結(jié)構(gòu)的前提下，重新設(shè)計(jì)了本裝置，在改進(jìn)本裝置的過程中利用了TRIZ理論來解決問題，缺陷主要關(guān)鍵點(diǎn)是石英棉?？紤]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(jìn)結(jié)構(gòu)將石英棉取消。

改進(jìn)后的石英把棒密封和固定裝置由固定銷、密封環(huán)、固定環(huán)、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(jìn)后的裝置的工作原理

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

改進(jìn)后的裝置有效的改善了原裝置存在的缺點(diǎn)，并有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）石英把棒的密封是通過上下兩個(gè)O型圈和密封環(huán)機(jī)械密封實(shí)現(xiàn)的，由螺栓進(jìn)行緊固，使用過程中不會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。（2）因取消了石英棉填充物，在使用過程也就不會(huì)出現(xiàn)填充物脫落現(xiàn)象，確保了產(chǎn)品質(zhì)量。（3）密封件成本低、可以重復(fù)使用。（4）安裝便捷，提高工作效率。

裝置改進(jìn)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(dāng)石英把棒上的預(yù)制孔位置偏差較大時(shí)，存在無法正常安裝現(xiàn)象。經(jīng)過多次試驗(yàn)，將固定銷5的外徑減小后，問題得到解決。目前已經(jīng)在生產(chǎn)線上推廣使用，得到了操作人員的認(rèn)可。