玻璃反光灯成型工程概论
摘要：随着反光灯照度角度要求越来越高，并有专门的仪器检测，对反光灯模具的设计带来挑战，通过多年模具设计经验进行阐述，对反光灯模具设计有一定的启发和借鉴作用当前我国玻璃反光灯压制技术，只有几家公司掌握，经过镀膜装灯，因质优价廉，为国内、国际提供约占70%的冷反光灯，就玻璃反光灯冲压技术进行探讨，促进其完善和发展。
关键词：玻璃反光灯 反光灯 模具设计 冲压技术
玻璃反光灯冲压成型工程，需要配置厂房，玻璃窑炉，包括模具设计、制作、装配、调试，玻璃配料、熔制，反光灯压制，退火，产品检验，产品包装等工艺流程；人员招聘及管理，技术培训和工艺文件、作业指导书等相关软硬件。反光灯模具设计的基本步骤：先设计产品图，绘制模具总装图，拆画模具零件图，再由模具工程师安排加工，热处理工艺，同时需要考虑与之配套灯具、夹具的配合尺寸，最后经过产品试压，装灯试验效果，直至合格。
一、玻璃反光灯设计要求。
在设计玻璃反光灯时，应考虑各相关灯头、灯罩、灯珠、反光灯的照度和光束角及夹具等技术参数，有些规格如尚无行业标准或国家标准，一般要求和灯具供应厂家的尺寸配套，以便装灯时能配套使用。如MR16系列灯杯口尺寸фD≤ф50.50 mm，PAR38灯口尺寸фD≤ф122.50 mm，MR16GU10圆灯脚фD≤ф18 mm，MR16灯方脚尺寸BxL≤18.50x10.50 mm，MR16开槽灯槽位距杯尾尺寸范围＆=7.50～8.20 mm，双孔灯脚孔尺寸фD≥ф2.20 mm，MR16GU10灯尾孔尺寸фDxB≥ф14.20x4.2 mm等，这些关键尺寸在设计产品时，一般比尺寸上限小0.10～0.50mm，相应公差值应根据具体尺寸大小确定，尺寸大的取上限，收缩率及变形程度大的取下限。
二、玻璃反光灯模具材料选择及热处理硬度要求。
目前压制反光灯玻璃略带酸性的高硼（14.5％）硬质玻璃料，模具材料选用过1Cr18Ni9Ti、40Cr 、2Cr13等不锈钢料。1Cr18Ni9Ti材质细，易加工，抛光效果好，耐腐蚀，但热处理硬度一般低于HRC40，硬度偏低以至于使用寿命偏短；40Cr材料，热处理硬度在HRC45以上，耐用，但易起氧化皮、掉砂，达不到灯的光洁度要求； 3Cr13材料，热处理硬度达HRC45以上，但在高温下耐腐蚀差，易产生裂纹；后换用2Cr13材料，能克服以上缺点，热处理硬度合适在HRC42～45之间。在20℃～100℃的热收缩率，40Cr：11.2x10-6 ℃-1 ，3Cr13：10.5x10-6 ℃-1 ，2Cr13：10.8x10-6 ℃-1 ，1Cr18Ni9Ti：16.6x10-6 ℃-1 ，硬质玻璃料：11.5x10-6 ℃-1 ，综合分析材料热收缩率，硬质玻璃料与2Cr13材料较接近，现今国内同行业都基本上用重庆钢铁厂产的2Cr13材料。
三、玻璃反光灯模具设计要求。
1、设计冲头时，冲头弧位应考虑反光灯装灯后的反射光束角，一般聚光灯的反射光束角为12°，中光灯的反射光束角为25°，散光灯的反射光束角为38°，大散光灯的反射光束角为60°；反射光束角越大，要求使用砂轮直径越小，聚光和大散光冲头较中光和散光冲头等分数和圈数多，需要考虑磨床砂轮直径、每圈角度、每圈格长，有些反光灯冲头弧位，根据美观程度需磨加工成方形格、错格、菱形格和钻石格，为了便于压制，冲头最外边缘两圈，格长要求比正常设计尺寸短0.20～0.50mm，便于压制。
2、设计下模时，下模内弧位主要跟据反光灯尺寸规格、冲头弧位形状和反光灯壁厚来综合决定，较大型的PAR20系列反光灯壁厚在2.80～3.30mm之间，PAR30系列反光灯壁厚在3.00～3.50mm之间，PAR38系列反光灯壁厚在3.20～3.70mm之间，ES111系列反光灯壁厚在3.50～4.00mm之间；较小型的MR11系列反光灯壁厚在2.00～2.50mm之间，MR16系列反光灯壁厚在2.50～3.00mm之间。下模尺寸决定反光灯外形形状，各拐角处都应设计圆弧过渡。
3、设计中模时，一般中模与冲头间隙在 0.10～0.13mm之间，中模与下模间隙在0.10～0.15mm之间。具体间隙大小，应考虑模架连接尺寸、分模面位置、杯口外缘尺寸；间隙尺寸过小，模具膨胀后卡模，间隙尺寸过大，玻璃料从冲头、下模与中模之间的间隙挤出。
4、设计反光灯盖模具时，注意类型和特点，其珠点大小与深度略有不同，需综合考虑照度和光束角，并有相应的专业测量仪器来测量，使得对反光灯及盖模具设计和加工精度要求越来越高。设计总装图时应考虑外围连接配合尺寸，再分拆模具零件图；加工制造、装配后，还需经过试压、试压后的盖需要及时装灯，测量照度和光束角，如有问题仍需不断改进，直至达到压制要求和装灯效果。压制反光灯盖，要求每隔一小时抽取20片进行测试，如果照度和光束角达标不合格率高于20﹪，则要更换冲头。
四、玻璃反光灯模具加工及组装要求。
1、加工步骤分为粗加工、半精加工、热处理、精加工和弧位精细抛光。下料后，粗加工用车床粗车外形、用成形刀粗车弧位，弧位尽量靠弧位样板；半精加工有钻底孔、攻丝，电火花粗加工底部凹槽等；粗加工留余量少，可以减少精加工量，且弧位表面层的硬度较高，使用寿命更长；热处理后，安排精加工，包括精车弧位、线切割方孔、电火花精打凹槽、数控加工等。精加工时要求装夹打表，同轴度和跳动度严格要求不超过0.03mm，部分关键尺寸控制在±0.02mm，过渡处要设置圆角；另需磨床加工方格、菱形格、错格和钻石格冲头时，要控制砂轮直径在ф10～ф40mm之间，一般先用金刚石修整笔修磨砂轮外缘，砂轮转速要求在3600～5400r/min，同时还要点滴机油辅助磨加工冲头弧位，以确保砂轮磨加工到镜面光洁度。因为磨削冲头表面格子时，加工余量少，一般不需要加切削液冷却。加工反光灯盖模具时，其珠点大小与深度略有不同，并用数控机床加工弧位，再用雕刻机来加工珠点。
2、模具组装时，如果是水冷冲头，为了防止漏水渗水，冲头与冲芯要求紧配合，需填聚四氟乙烯生料带及硅胶，并用紧定螺丝顶紧；下模同模座组装时，需注意出模钉长度，以及配合间隙是否合理，确保出模钉伸缩动作平稳；冲头与冲头联杆连接时，注意拧紧以防松动或漏水，有方向要求的下模安装到工位模座时注意方向性。组装好的模具应分批、分类摆放，以防止模具混乱，出现批量废品。光杯模具精细抛光尽量使用400#砂纸，如果有划痕或麻点，可用600#油石条粗抛后，再用800#砂纸精细抛光。对于使用后的光杯模具，需抛光并上防锈油才能入库存放，对于使用后的砂杯模具，要将模具放在柴油里侵泡，并用钢丝刷把模具内表面的污垢和氧化层洗净后，再浸泡在防锈油中，以防生锈。
五、玻璃反光灯自动压杯机一般是选用上海某厂生产的JBY12B型电机驱动玻璃压机，专为电光源行业生产各种小型射灯而设计的，其主要特点是：变频电机驱动，机械传动，用特殊设计的槽轮机构作间歇运动，采用双交流变频无级调速，由可编程序控制器进行控制，与同类型压机相比，节能约50﹪的节能型压机。
1、新装自动压杯机。要求水平放置，滴料中心与压机接料中心在同一垂直线上，就位后对自动压机固定定位，防止滑动。自动压杯固定后，接通高压风、中压冷却风、水、电、信号等管路线路，要求冲压换向阀前就近安装气源三联件（空气过滤器、减压阀、油雾器），电线及信号线路电压根据自动压机说明书进行安装布线，信号线与动力线分开布线。
2、冷调试。先通电让自动压杯慢转，然后运转供料机，通高压风给冲压气缸，进行转盘、供料机、冲压同步，机速由慢到快，要求平稳同步运转冲压。注意冲压气缸及齿轮箱的润滑，油雾器加68#机械油，每分钟2-5滴为宜，自动压机齿轮箱加13#压缩机油到油标指顶定位置。确保供料机剪料速度与自动压机冲压显示速度一致，如过供料机齿轮箱蜗轮蜗杆传动比为20:1，供料机电机轴皮带轮外径为ф90mm，蜗杆轴外径为ф130mm，B型三角皮带传动。冷调试时，可装上冲头、灯笼架、下模及模座、顶杆和凸轮顶板，进行空压同步运转。
3、热调试。在确保大炉，料道，料盆升温到指定温度范围内，料碗口有料平稳流出，可进行剪料、落料、空冲压同步调试，如果冷调试调接到位，热调试只要调接同步点数值，达到落料同步即可。同时调节料温、料重、机速、上行点、下行点，并调正对齐上下模，即可在确保安全平稳同步的情况下，进行冲压压制。观测试压产品，对料重进行控制调节，并根据试压产品效果，对自动压机各项参数进行调节，同时注意调节模具冷却风大小。
4、正式压制，批量生产。在确保试压正常，料质稳定的情况下，可先安排一些较易压制的品种进行试产，如MR16GU10、扁脚砂杯等。设备运转正常和人员稳定熟练后，可逐步安排生产开槽杯，PAR杯及盖。
六、选用C型单向式供料机，具有供料效率高，滴料重量准，调节幅度大，适用范围广的优点。在一个工作周期内，主要由匀料、冲料、剪料三个动作配合而成，由匀料管筒的匀速转动，将后面料道里输出的玻璃料旋成旋涡状态，以保证料温的均匀，冲料头由冲料凸轮控制，在一定的时间内作上下往复运动，促使匀料管筒口的玻璃熔料从滴料砖碗口呈柱状加速下流，配合冲料头的动作，剪料凸轮促成剪刀闭合，将滴下的柱状熔料剪断，供给压机生产，当剪刀张开时，冲料头复形成落料。供料剪刀选用沈阳某特种刀片厂生产的大75度剪刀。C型单向式供料机结构由：齿轮箱、配气阀、摇臂、剪料、冲料驱动、冲料头、匀料、匀料驱动、主传动、炉头框及剪刀喷水、排料等11个部分组成，注意：齿轮箱、摇臂、剪料等部件的使用、维修保养。
1、齿轮箱部分要求每三个月换一次30#机械油，每周添加或检查一次油位，保证蜗杆蜗轮及轴承润滑；每一年需对齿轮箱大修一次，更换轴承及轴套，铜蜗轮加固，如果键和键槽松动，一般要求新加工键槽并换新键，如果轴和轴套松动，需换轴或轴套，并添加部分润滑脂。
2、摇臂的关键部位是摆臂轴、轴套、滚轮、调节手柄。目前我们主要是对摆臂轴套钻孔，每班加油一次，准备好备件并三个月检修更换一次；滚轮外壳热处理，轴承每三个月换一次；调节手柄外圆铣槽12等分，加锲销锁死，防止因螺丝松动而使剪料中心偏移。
3、剪料部分主要由炉头铁锅、剪刀支撑座、左右剪刀支架、剪刀柄、托料臂、拉力弹簧等组成。调节剪刀座，剪刀刃口距料碗口视产品要求在12～38mm范围内调整，两剪刀片刃口对齐料碗口，间隙不大于0.05mm。左右剪刀支架用铸铝制成，两只模数4的直齿轮嵌在支架的肩胛内，可调节剪刀支架张闭角。右剪刀支架下方装有托料臂，臂前端装有托料块，挡住料滴不右偏，并根据料形直径选用不同半径托料块。剪刀片需要修磨平整锋利，并在剪刀校验工具上校平刀片的平直度。剪刀座轴承及转动齿轮要求每隔1小时加油润滑。
七、反光灯退火炉一般选用型号：THLX-YQ，长度20米，网带宽1.5米，网带速度由变频器无级变速调节，中压风与石油气在炉膛内混合燃烧，再由炉顶循环风机将热风循环，从炉膛两侧排出，保证炉膛内各区温度均匀。炉顶4个循环风机，3个区加喷枪烧，预热区：350℃～390℃，退火区：585℃～610℃，冷却区：450℃～510℃，根据退火区温度，对网带速度进行适当调节，一般设定在14.5～16.5m/h之间，基本能保证退火温度反光灯退火质量。退火后的反光灯应力要求用应力仪进行检测，在应力仪下检测，反光灯颜色较均匀，退火应力消除较好，如果有条状或团状绿色，退火应力消除不好不彻底，需重新退火。
退火炉还有辐射式、电加热式等型式，所有型式的退火炉都有传动输送部分，包括电机减速器、链轮、网带、导向滚筒、托辊等部件组成，主动滚筒由链轮带动，滚筒表面包有80°硬橡胶，在内侧上部有压紧滚筒，将网带压紧在主动滚筒上。安装时要求水平，其试车运行步骤如下：
1、冷试车。全部安装完毕，并在传动、输送各部分加润滑油后，可先进行冷试车，使网带在低速、无负荷下运行。冷试车时注意网带速度由慢到快、网带是否有扭曲、跑偏现象。
2、烘炉。升温制度：第一个24小时升温到150℃，第二个24小时升温到300℃，第三个24小时升温到所需温度。以上温度指炉膛内退火区温度，注意炉内两侧温度及火焰，尽量调到最佳，防止一侧温度高而另一侧温度低。在升温烤炉期间，网带应以低速不停运转。
3、负荷试车。继续观察网带运行情况，及时微量慢速调正。调节网带张力到适当程度，注意网带停止或打滑。调节炉内所需要的温度，使它符合制品退火工艺要求，注意调节网带，严防跑偏。
反光灯压制成形各工序：供料、冲压、退火，在压制工序设有巡检员，压制的产品及退火后反光灯的应力。玻璃反光灯的冲压成形，与玻璃融制，玻璃配方，压机性能，人员技能，模具精度等各环节息息相关，相辅相成。压制的反光灯镀膜装灯后基本达到国际行业标准，但反光灯产品一致性要求，仍是我们面临的一大难题，尚需不懈努力。
基金项目：
1. 2015年广东省教育厅特色创新项目(自然科学):工业机器人核心机械部件研发（编号2015KTSCX185）；
2.2017年广东省教育厅教学改革项目：机械设计制造及自动化专业集群创新教育综合改革研究（编号2017SJG02）。
第一作者简介：周书兴（1972-11），男，四川达州人，本科，高级工程师、讲师，研究方向：机械工程及自动控制。
