石英玻璃把棒密封与固定装置的改进

刘晓光，薛志刚，王文玉

（久智光电子材料科技有限公司，河北 廊坊 065001）

1 背景

无接触拉管工艺是高精度石英玻璃管成型工艺的一种，是将一根空心的圆柱体石英玻璃坯料垂直固定在喂料装置上，使石英玻璃坯料通过加热炉加热直至熔融状态，石英玻璃坯料在重力作用下流出加热炉，流出加热炉的石英玻璃迅速固化，控制系统按照设定的程序匀速旋转，使石英玻璃有序的在加热炉内流出，控制系统按照设定程序驱动喂料装置垂直向下运动，同时通过气泵调节管内气压控制石英玻璃管几何参数。由于喂料系统持续将石英玻璃毛坯送入加热炉内，这使石英玻璃管持续的成型，通过测量仪在线测量石英玻璃管的外径和壁厚，适时调整牵引速度及管内压力，以保证产品的尺寸公差符合要求，工作原理见图1。

在石英玻璃管成型过程中需要持续的将石英玻璃坯料送入加热炉，所以为了确保耐温和对产品纯度的影响，通常是通过一个石英玻璃把棒的一端固定在石英玻璃毛坯上，另一端固定在喂料装置上。同时管内需要持续通入气体，通过控制管内气体压力，来控制成型玻璃管的外径，石英玻璃把棒与喂料装置需要一个密封和固定装置。

图1 无接触拉管工艺原理图

2 原有装置工作原理以及存在问题

原有的固定和密封装置是由固定销、密封圈、密封环、固定环等部件组成，通过固定销和螺栓将固定环与机架连接后就可以将石英把棒固定，由于石英把棒内通入了气体，所以要求连接处是密闭的。如图2所示。现有的固定和密封装置是将固定销6穿过石英把棒8之后，通过螺栓2将固定环7和机架1相连接，在机架和固定环之间通过密封环4和O型橡胶圈3进行密封，固定销6和固定环7之间的缝隙通常通过塞入石英棉5进行密封。

从图2中可以清楚的看出，该装置存在一定的缺陷，这些缺陷在实际生产中也确实发生，直接影响了产品质量，主要缺陷有以下几点：（1）石英棉5通常是通过专用工具塞入到固定销8和固定环7之间的缝隙内，在实际生产过程中，不同的操作人员塞入石英棉的松紧程度不一致，经常存在漏气现象。（2）石英玻璃毛坯通过把棒8内部通入了气体，在石英玻璃管成型过程中，在气压的作用下，石英棉5存在脱落现象，导致石英毛坯内的气压不稳定，从而影响产品质量。（3）脱落的石英棉5在重力作用下直接坠落在石英毛坯上或成型的产品上，影响产品质量，同时吸入石英棉纤维对人体有害。（4）最后，石英棉是一次性的消耗品，价格较高，导致产品成本增加。

图2 原有密封和固定装置的工作原理

3 改进后装置的工作原理与应用

根据原有装置存在的缺陷，对其结构进行了梳理，在不改变石英把棒结构的前提下，重新设计了本装置，在改进本装置的过程中利用了TRIZ理论来解决问题，缺陷主要关键点是石英棉。考虑到如果取消石英棉，用其他方式替代密封，就可以杜绝这些缺陷，最终通过改进结构将石英棉取消。

改进后的石英把棒密封和固定装置由固定销、密封环、固定环、O型橡胶圈及螺栓组成。该装置工作原理如图3所示。

图3 改进后的装置的工作原理

从图3可以看出改进后的工作原理，该装置是由O型密封圈2、螺栓3、密封环4、固定销5、固定环6、O型密封圈7、密封环8组成；安装时是将石英把棒9穿过密封环8、O型密封圈7、固定环6后，将固定销5插入到石英把棒9的预制孔内，缓慢向下移动石英把棒9，直到固定销5与固定环6接触，然后分别将密封环4、密封圈2安装在石英把棒9上部，通过螺栓将固定环6和机架1连接在一起，同时通过螺栓将密封环8与固定环6连接在一起。在密封环4与石英把棒9之间有O型密封圈，可以实现密封；在密封环8、固定环6和石英把棒9之间有O型密封圈，可以实现密封；密封环4和固定环6之间为精加工表面，可以实现机械密封。固定销5将石英把棒9固定在固定环6的凹槽内，可以实现石英把棒9的固定。这样石英把棒就能可靠的实现密封和固定。

改进后的装置有效的改善了原装置存在的缺点，并有以下优点：（1）石英把棒的密封是通过上下两个O型圈和密封环机械密封实现的，由螺栓进行紧固，使用过程中不会出现漏气现象。（2）因取消了石英棉填充物，在使用过程也就不会出现填充物脱落现象，确保了产品质量。（3）密封件成本低、可以重复使用。（4）安装便捷，提高工作效率。

装置改进后为确保装置上部件与石英把棒之间有效密封，装置上的部件与石英把棒之间空隙较小，因此当石英把棒上的预制孔位置偏差较大时，存在无法正常安装现象。经过多次试验，将固定销5的外径减小后，问题得到解决。目前已经在生产线上推广使用，得到了操作人员的认可。