一种预制棒锥头的加工装置及加工方法与流程

本发明涉及光纤预制棒加工技术领域，具体涉及一种预制棒锥头的加工装置及加工方法。

背景技术：

提高单根光纤预制棒的拉丝长度，可以有效提高光纤生产效率，降低制造成本。因此，光纤预制棒正逐步向更大尺寸方向发展，单根棒可拉丝长度已达数千公里。

就大尺寸光纤预制棒制造技术而言，现主要采用两步法制造工艺，即先制备具有一定折射率剖面和几何尺寸的芯棒，再外包一定厚度的包层。在诸多外包层制造工艺中，套管法(ric)由于套管不受尺寸限制且几何尺寸均匀，易于制得光学参数稳定的大尺寸光纤预制棒。专利文件cn101328012a中介绍了一种高效率、低成本的熔缩套管工艺制备大尺寸光纤预制棒的方法。

光纤预制棒在拉丝之前，需要对起头部分预先进行加工，以制得流线型锥头，便于后续的光纤拉制操作。

多数厂家采用高温掉锥的锥头加工方式，即对加工部位高温熔融，靠重力下坠逐渐拉细形成锥体。这种加工方式由于受下锥部重力的影响，导致每根预制棒的锥头长度和形状难以统一，且预制棒的损耗较多，造成预制棒的浪费。

专利文件cn103739193a中介绍了一种将拉丝剩下的锥头熔接在预制棒上形成锥头的方法，虽然能够减少预制棒的浪费，但是涉及到多次切割、熔接操作，过程繁琐，而且对剩余的锥头有较高的要求。

专利文件cn105271702a中介绍了一种将预制棒前段加热软化制成v型槽，再将石英棒与预制棒对接后水平拉锥的方法。该方法虽然能有效减少拉锥损耗，但是操作难度较大，难以保证锥头长度和形状的统一。

尤其是对于大尺寸的套管预制棒，由于尺寸大，质量重，加热软化以及冷却所需时间长，使用常规的锥头加工方法均存在操作困难，效率低下的问题，因此，需要开发一种新的锥头加工方法。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种预制棒锥头的加工装置及加工方法，解决了采用重力掉锥方式造成锥头形状与尺寸难以统一的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种预制棒锥头的加工装置，其包括：

安装板；

上夹具，其组设于安装板上且用于夹持预制棒顶部；

下夹具，其可移动地组设于安装板上，且位于所述上夹具下方，并用于夹持或松开预制棒底部；

加热机构，其具有一加热区，所述加热区用于收容并加热预制棒；

第一驱动设备，其组设于安装板上，且与所述下夹具连接，并用于驱动所述下夹具靠近或远离所述上夹具；

第二驱动设备，其与安装板相连，并用于驱动安装板升降。

进一步地，所述下夹具包括：

卡盘；

多个卡爪，其可移动地组设于所述卡盘上，多个所述卡爪可互相靠近并卡紧预制棒或互相远离并松开预制棒。

进一步地，所述上夹具上组设有用于将套管抽至真空的抽真空工装。

进一步地，所述安装板、上夹具或下夹具上设有位移传感器，所述位移传感器用于测量下夹具相对于上夹具在竖直方向上移动的距离，并通过显示设备予以显示。

本发明还提供了一种预制棒锥头的加工方法，其包括如下步骤：

提供如上所述的预制棒锥头的加工装置；

将预制棒竖直夹持于所述上夹具和下夹具上，使芯棒底端位于所述加热区，所述预制棒包括自上而下依次相连的上辅助套管、套管和下辅助套管以及位于所述套管内的芯棒；

通过所述加热机构对所述芯棒加热至预设时间；

所述下夹具松开下辅助套管，并驱动所述下夹具下降至预设位置；

继续加热，当所述下辅助套管下坠至下夹具上时，通过所述下夹具夹紧下辅助套管，并进行拉锥工序，以形成锥部；

对所述锥部进行切割，得到锥头。

本发明还提供了一种预制棒锥头的加工方法，其包括如下步骤：

提供套管组件和如上所述的预制棒锥头的加工装置，所述套管组件包括自上而下依次相连的上辅助套管、套管和下辅助套管；

将芯棒插入所述套管内，并将上辅助套管和下辅助套管分别夹持于所述上夹具和下夹具上，使所述芯棒部分位于所述加热区；

通过所述抽真空工装将套管抽至真空；

启动所述加热机构，将芯棒与套管熔融成实心棒，得到预制棒；

对所述芯棒底端加热至预设时间；

所述下夹具松开下辅助套管，并驱动所述下夹具下降至预设位置；

通过所述加热机构继续加热，当所述下辅助套管下坠至下夹具上时，通过所述下夹具夹紧下辅助套管，并进行拉锥工序，以形成锥部；

对所述锥部进行切割，得到锥头。

进一步地，对所述芯棒底端加热至预设时间中，采用所述加热机构的余温进行加热。

进一步地，所述拉锥工序包括如下步骤：

通过第一驱动设备以第一预设速度驱动所述下夹具下降，直至第一预设距离时，通过第一驱动设备以第二预设速度驱动所述下夹具下降第二预设距离，完成拉锥；

其中，第一预设速度小于第二预设速度。

进一步地，所述拉锥工序还包括如下步骤：

通过第二驱动设备以第三预设速度驱动安装板上升第三预设距离；且所述第二驱动设备驱动安装板上升与所述第一驱动设备驱动所述下夹具下降同时进行；

其中，第三预设速度小于等于第一预设速度。

进一步地，对所述锥部进行切割之前，还包括如下步骤：在所述加热区内冷却一段时间后，通过所述第二驱动设备驱动安装板向下移动至所述锥部位于加热区外，并进行自然冷却。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过控制第一驱动设备和第二驱动设备进行拉锥，将拉锥操作标准化，在工艺参数不变的情况下，更容易实现锥头形状和尺寸的统一，从而解决了采用重力掉锥这种人为无法控制的拉锥方式造成锥头形状与尺寸难以统一的问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的预制棒锥头的加工装置示意图一；

图2为本发明实施例提供的预制棒锥头的加工装置示意图二；

图3为本发明实施例提供的预制棒锥部示意图。

图中：1、安装板；2、上夹具；3、下夹具；30、卡盘；31、卡爪；32、通孔；4、加热机构；5、第一驱动设备；6、第二驱动设备；7、抽真空工装；8、预制棒；80、上辅助套管；81、套管；82、下辅助套管；83、芯棒。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2所示，本发明第一个实施例提供了一种预制棒锥头的加工装置，其包括安装板1、上夹具2、下夹具3、加热机构4、第一驱动设备5和第二驱动设备6；其中：

上夹具2组设于安装板1上且用于夹持预制棒8顶部；

下夹具3用于夹持或松开预制棒8底部，下夹具3可移动地组设于安装板1上，且位于上夹具2下方，并与上夹具2相对设置；

加热机构4具有一加热区，加热区用于收容并加热预制棒8；

第一驱动设备5组设于安装板1上，且与下夹具3连接，并用于驱动下夹具3靠近或远离上夹具2；

第二驱动设备6与安装板1相连，并用于驱动安装板1升降，从而驱动上夹具2、下夹具3和第一驱动设备5整体升降。

本实施例提供的加工装置，在使用时，将预制棒8竖直夹持在上夹具2和下夹具3之间，通过加热机构4对预制棒8的加工部位进行加热一段时间，然后松开下夹具3，并通过第一驱动设备5驱动下夹具3下降到与预制棒8脱离，并保持一定垂直距离，当预制棒8的加工部位下面部分软化并在重力作用下下坠到下夹具3上时，此时夹紧该下面部分，并通过第一驱动设备5和第二驱动设备6进行拉锥操作，得到锥头。本加工装置通过控制第一驱动设备5和第二驱动设备6进行拉锥，将拉锥操作标准化，在工艺参数不变的情况下，更容易实现锥头形状和尺寸的统一，从而解决了采用重力掉锥这种人为无法控制的拉锥方式造成锥头形状与尺寸难以统一的问题；而且，采用拉锥的方式，比重力掉锥的方式，能够明显减少拉锥损耗。

参见图1和图2所示，本发明第二个实施例提供了一种预制棒锥头的加工装置，本实施例与第一个实施例的区别在于：下夹具3包括卡盘30和可移动地组设于卡盘30上的多个卡爪31，多个卡爪31可互相靠近并卡紧预制棒8或互相远离并松开预制棒8。

安装板1、上夹具2或下夹具3上设有位移传感器(图中未示出)，位移传感器用于测量下夹具3相对于上夹具2在竖直方向上移动的距离，并通过显示设备予以显示。

参见图1和图2所示，本发明第三个实施例提供了一种预制棒锥头的加工装置，本实施例与第一个实施例的区别在于：下夹具3包括卡盘30和可移动地组设于卡盘30上的多个卡爪31，卡盘30上设有一个通孔32，多个卡爪31可靠近通孔32并卡紧预制棒8或远离通孔32并松开预制棒8；上夹具2上组设有用于将套管81抽至真空的抽真空工装7，抽真空工装7还具有冷却和密封功能，其采用的是现有设备，在此不赘述。

本实施例设置抽真空工装7以及通孔32，其意义在于：传统的大尺寸套管预制棒锥头加工时，待融缩完毕后，在融缩设备上自然冷却至低温，此过程一般需要数小时以上，然后使用吊装设备将其从熔融设备上取下来；然后用切割机将下部辅助套管切掉，切割部分清洁；然后送到掉锥设备，使用吊装设备将其吊装到掉锥设备上，升温，掉锥，冷却后再将其吊运取下，锥头加工结束，此过程繁琐耗时、且多次吊装搬运，操作困难；而本实施例，集熔缩与拉锥于一体，本实施例提供的加工装置设有抽真空工装7，通过本加工装置完成融缩形成大尺寸套管预制棒后，直接在本加工装置上进行锥头加工，明显操作简单，过程简化，而且可以对热的预制棒进行拉锥，或者通过加热机构的余温加热，而不是对冷却的预制棒加热，因此，加热耗时短，拉锥效率高，同时减少了能耗。

参见图1至图3所示，本发明第四个实施例提供了一种预制棒锥头的加工方法，包括如下步骤：

s1：提供第一个实施例的预制棒锥头的加工装置；

s2：提供预制棒8，预制棒直径为d，预制棒8包括自上而下依次相连的上辅助套管80、套管81和下辅助套管82以及位于套管81内的芯棒83，将预制棒8竖直布置，上辅助套管80和下辅助套管82分别夹持于上夹具2和下夹具3上，以芯棒83底端作为锥头加工位置，并使芯棒83底端位于加热区；

s3：启动加热机构4，通过加热机构4对芯棒83加热至预设时间，预设时间的长短根据实际情况设置，本步骤用于对锥头加工位置进行预热，下辅助套管82此时并未软化到可以下坠；

s4：下夹具3松开下辅助套管82，并驱动下夹具3下降至预设位置，在预设位置处，下夹具3与下辅助套管82完全脱离，且存在垂直距离，具体垂直距离根据实际情况设置，本实施例中，下夹具3与下辅助套管82之间脱离并保持10～20mm垂直距离；

s5：继续加热，本实施例中，使加热机构4在15～30min内快速升温到1900～2200℃并保持加热状态，随着锥头加工位置在高温下逐渐熔融软化，当下辅助套管82在重力作用下坠至接触下夹具3上表面时，通过下夹具3夹紧下辅助套管82，并进行拉锥工序，以形成锥部；

s6：在加热区内冷却一段时间后，通过第二驱动设备6驱动安装板1向下移动，使预制棒8整体下移至锥部位于加热区外，并进行自然冷却，用玻璃刀对锥部直径d为20～30mm处进行切割，得到具有特定尺寸和形状的流线型锥头。

参见图1至图3所示，本发明第五个实施例提供了一种预制棒锥头的加工方法，包括如下步骤：

s1：提供套管组件和如权利要求3的预制棒锥头的加工装置，套管组件包括自上而下依次相连的上辅助套管80、套管81和下辅助套管82；

s2：将芯棒83插入套管81内，并将上辅助套管80和下辅助套管82分别夹持于上夹具2和下夹具3上，使芯棒83部分位于加热区；

s3：从通孔32处设置密封件，将下辅助套管82底部密封，通过带有冷却和密封功能的抽真空工装7将套管81抽至真空；

s4：启动加热机构4，在1900～2200℃下，采用区域化烧结技术，从下辅助套管82顶端一下30～50mm处开始，将芯棒83与套管81熔融成大尺寸的套管实心棒，得到预制棒8，预制棒直径为d，如150～200mm；

s5：以芯棒83底端作为锥头加工位置，采用加热机构4的余温对芯棒83底端加热至预设时间，充分利用了加热机构4熔融制备预制棒8的余温，减少了能耗，提高了整体生产效率，预设时间的长短根据实际情况设置，本步骤用于对锥头加工位置进行预热，下辅助套管82此时并未软化到可以下坠；用于本实施例是预制棒制备与拉锥在同一个设备上进行，因此，本实施例中的预设时间通常比第四个实施例中的预设时间短，

s6：下夹具3松开下辅助套管82，并驱动下夹具3下降至预设位置，在预设位置处，下夹具3与下辅助套管82完全脱离，且存在垂直距离，具体垂直距离根据实际情况设置，本实施例中，下夹具3与下辅助套管82之间脱离并保持10～20mm垂直距离；

s7：通过加热机构4继续加热，本实施例中，使加热机构4在15～30min内快速升温到1900～2200℃并保持加热状态，随着锥头加工位置在高温下逐渐熔融软化，当下辅助套管82在重力作用下坠至接触下夹具3上表面时，通过下夹具3夹紧下辅助套管82，并进行拉锥工序，以形成锥部；

s8：在加热区内冷却一段时间后，通过第二驱动设备6驱动安装板1向下移动，使预制棒8整体下移至锥部位于加热区外，并进行自然冷却，用玻璃刀对锥部直径d为20～30mm处进行切割，得到具有特定尺寸和形状的流线型锥头。

参见图1和图2所示，本发明第六个实施例提供了一种预制棒锥头的加工方法，本实施例与第四个或第五个实施例的区别在于：拉锥工序包括如下步骤：通过第一驱动设备5以第一预设速度驱动下夹具3下降，直至第一预设距离时，通过第一驱动设备5以第二预设速度驱动下夹具3下降第二预设距离，关闭加热机构4，完成拉锥；其中，第一预设速度小于第二预设速度。本实施例中，第一预设速度为50-100mm/min，第二预设速度为200-400mm/min，第一预设距离为100-200mm，第二预设距离为400-600mm。

第一驱动设备5驱动下夹具3下降分两段进行，其原因是：因为刚开始拉锥时，预制棒8直径仍然很大，熔融部位粘度大，拉伸张力大，需要先以较慢的第一预设速度进行拉伸，待拉伸部位直径变细后，此时所需拉伸张力小，可以较快的第二预设速度进行拉锥成型。

上述拉锥工序还包括如下步骤：通过第二驱动设备6以第三预设速度驱动安装板1上升第三预设距离；且第二驱动设备6驱动安装板1上升与第一驱动设备5驱动下夹具3下降同时进行；其中，第三预设速度小于等于第一预设速度。本实施例中，第三预设速度为25-50mm/min，第三预设距离为20-40mm，

第二驱动设备6驱动安装板1上升以使预制棒8向上提升一定高度，并且这个过程与第一驱动设备5驱动下夹具3下降同时进行，其原因是：因为拉锥操作时间较短，如果不同时进行，则高温下预制棒8表层融化会向下流动导致局部变粗，预制棒8整体上移是为了改变预制棒加热位置，减少拉锥损耗。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。