浅谈玻璃钻孔的加工工艺

浅谈玻璃钻孔的加工工艺

彭立嘉

东莞南玻工程玻璃有限公司  广东东莞  523141

摘要:随着幕墙玻璃的发展，越来越多点式玻璃幕墙得到广泛运用，为满足不同的安装要求，玻璃需进行钻孔处理。本文通过对玻璃钻孔加工工艺的摸索，总结出相关经验，希望对玻璃深加工及幕墙设计企业有一定参考价值。

关键词:幕墙玻璃；钻孔；加工工艺

引言:为满足玻璃幕墙的安装使用，设计单位会根据建筑结构及受力要求在玻璃特定位置做钻孔处理，方便连接件安装固定。而玻璃耐压强度高、硬度大，抗折、抗张强度不高，并且脆性较大，散热性差，热膨胀系数大(与金属比较)，导致玻璃在机械加工时受到一定限制[1]，本文通过多年生产实践经验，总结出普通玻璃钻孔的加工工艺。

一、玻璃钻孔基本原理

玻璃钻孔是利用钻孔设备及玻璃钻头、钻套等工具，按照设计图纸在玻璃表面加工出相应孔的过程。常见的玻璃钻孔设备为卧式钻孔机、立式钻孔机（也有少数使用水切割或激光的方式开孔），而玻璃钻头、钻套是由比玻璃硬度更高的金刚砂及黄铜组成的磨具，钻头壁厚1mm且中心为空心，用于通冷却水，玻璃钻套壁厚3-7mm，通过顶丝固定在玻璃钻头外围，玻璃钻头通过连接件同钻孔设备电机连接，在电机的带动下高速旋转，玻璃钻头通过轴向的进给及径向磨削，将玻璃逐渐磨穿，在磨削过程中通冷却水，从钻头中间喷出对玻璃钻头、钻套进行冷却。一般情况下为两面配合钻孔，下面钻头钻出玻璃厚度1/3后退出，上面钻头再钻出玻璃厚度2/3，在钻孔过程中，玻璃钻套同时对孔边进行倒棱处理。待整个孔钻穿后玻璃碎掉下，就形成了所需的孔。

二、钻孔设备加工原理

目前玻璃深加工企业常用的钻孔设备为卧式钻孔机（图1）及立式钻孔机（图2）。卧式钻孔机一般由工作台面、XY轴定位系统、上下电机、气动系统、冷却水系统、玻璃压盘、电脑控制系统等部位组成，卧式钻孔机一般适用于加工矩形玻璃，加工玻璃前需根据图纸计算出孔的坐标，并对应输入电脑控制系统，玻璃在定位块的作用下推送到相应位置，压盘在气缸作用下将玻璃夹紧，下钻头慢慢升起，在下电机带动下高速旋转磨削玻璃，此时冷却水会从钻头中间喷出，冷却钻头及钻套，当钻到玻璃厚度1/3处退出，上面钻头接着钻，直至孔钻穿为止。

图1                              图2

立式钻孔机可加工矩形及异形玻璃，由靠架、前后钻头总成、电机、升降丝杆、传送皮带、电脑显示器等组成，玻璃抬到传送皮带上，根据加工图纸中孔的位置计算出孔中心坐标，并在电脑中输入玻璃的规格、厚度及各个孔心坐标，点启动后传送皮带会将玻璃传送到感应器处，设备会将感应器感应到玻璃边部的点，垂直向下投影到水平方向的点默认为坐标原点，皮带会根据电脑中设置孔X轴坐标将玻璃在水平方向传送相应距离，而垂直方向电机根据电脑中设置孔Y轴坐标行进相应距离，此时压盘将玻璃夹紧，后钻头开始进给，至接近玻璃后表面时钻头在电机带动下高速旋转，同时钻头中间喷冷却水，当钻至玻璃厚度1/3时退出，前钻头再钻直至孔钻穿[2]，再通过相同的工作原理加工剩下的孔。

三、玻璃钻孔加工工艺

3.1常见孔的形状及加工方法

因玻璃幕墙连接方式、受力特点或孔的用途不同，钻孔的形状也有差异，常见的孔有直孔及喇叭孔，也有非常见的如椭圆孔、大圆或其他形状的孔。常用的玻璃钻头直径为φ5-φ60mm，钻头中金刚砂目数为80-180#，常规直孔或喇叭孔可使用相应直径的钻头加工，但玻璃钻套的选择有差异，对于直孔因孔边倒棱仅1-2mm，选择钻套时钻套厚度使用3-5mm厚即可，但加工喇叭孔时，因喇叭口处宽度深度为5mm，故选择钻套时，需选择5-7mm壁厚的钻套，同时钻套中金刚砂目数需为80#-100#，否则生产喇叭孔时会因磨削力不足造成烧钻套现象。另外对于加工φ5-φ10小直径孔时，需对钻头进行开槽处理，增加钻头磨削力的同时还能促进冷却水的流通，及时给钻头散热。加工椭圆孔时，可使用相应直径钻头钻出一排孔，形成椭圆状，并使用金刚砂打磨棒将孔内壁波浪状打磨平整，或使用水切割加工出相应形状的椭圆孔。对于直径超过φ60mm的大圆，通常会使用数控加工中心，使用铣刀加工出大圆后，需用角磨机将圆四周手工倒棱。对于直径小于5mm的孔，使用钻头加工时因玻璃受力点小，玻璃容易压破，加工此类小孔时可采用激光打孔实现。

3.2玻璃开孔位置要求

因玻璃为脆性材料，硬度高、散热性差，玻璃开孔的位置也有一定要求，如果孔离玻璃边部太近，往往在钻孔过程中会因厚度的变薄而使玻璃强度降低，在受到轴向力时玻璃会出现崩落现象，同时孔离玻璃边部太近，在进行钢化处理时往往会因玻璃受力不均造成玻璃炉内破损的质量事故。在设计孔位置时需满足如下要求：（1）孔的边部距玻璃边部的距离不应小于玻璃公称厚度的2倍，若因安装要求孔离边部距离小于玻璃公称厚度2倍，特别是12mm及以上厚度玻璃，如门玻门夹处的孔，则需要在孔处开应力槽；（2）两孔孔边之间的距离不应小于玻璃公称厚度的2倍；（3）孔的边部距玻璃角部距离不应小于玻璃公称厚度的6倍；（4）根据经验，开孔直径需大于玻璃厚度且不超过玻璃宽度1/3，且玻璃宽度超过玻璃厚度8-10倍时才建议开孔；（5）因安装原因需对玻璃进行切角或开槽时，拐角处需有圆弧过渡，玻璃厚度＜10mm时，圆弧半径为10mm，玻璃厚度≥10mm时，圆弧半径为20mm，且切角或切槽宽度不超过玻璃最小宽度1/3。

3.3钻孔质量问题及解决方案

（1）孔内台阶大，因玻璃钻头为上下两面配合钻孔，上下电机同心度存在偏差，孔内存在台阶，电机同心度良好时孔内台阶小于0.25mm，当超出此偏差时，我们需调整前后磨头电机上下，左右位置，使前后孔对正；（2）钻头钻套磨削力不足，往往在钻头钻套使用一段时间后，因金刚砂损耗导致磨削力不足，甚至出现烧钻头现象，此时操作员工需使用磨刀石轻磨钻头钻套；（3）玻璃容易钻破，往往工作台面不平、压盘未压紧或钻头速度调整不当都会造成玻璃钻破，此时需调整台面水平，压盘压紧度，同时钻速需合理设置；（4）钻孔不圆，这种现象往往为钻头生产时真圆度出现偏差，生产前需使用游标卡尺沿圆边8个方位依次测取4个值，计算最大正负偏差范围、极差和平均直径，要求钻头、钻套直径偏差为±0.1mm，极差0.1mm，匹配公差0.2mm，钻头、钻套之间的间隙应均匀、同心度良好，没有出现钻头偏移或挤扁的现象。

四、结束语

总而言之，因玻璃为脆性材料，在设计过程中需综合考虑受力特点及玻璃本身特性，在玻璃合适位置设计孔及其大小、形状，同时在实际生产过程中，也应根据孔的形状、大小及孔的位置，选择合适的钻孔设备、磨具及加工方法，确保玻璃钻孔质量。

参考文献

[1] 吴文勇.对玻璃材料进行钻孔加工工艺探析[J].技术与应用, 2014.

[2] 白振中;张会文.工程玻璃深加工技术手册[M].中国建材工业出版社，2014(04)。