CN101423323A - 非平面玻璃制品的成型方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非平面玻璃制品的成型方法，该方法包括以下步骤：将待加工玻璃放入模具内，并对待加工玻璃进行加热、软化处理，将其加热到其固有的软化点，其中所述模具具有非平面的成型面，所述成型面具有多个微孔；在软化状态下，由参数精确控制的流体传输装置传输动力流体介质，并通过所述模具的成型面的微孔向玻璃表面传输流体介质，通过流体介质对应成型面的非平面形状在玻璃表面上形成流体动力或通过流体产生的真空负压，使玻璃精密成型出对应的非平面形状，获得非平面玻璃制品。本发明还提供一种非平面玻璃制品的成型设备。所述非平面玻璃制品的成型方法及设备能够简化生产工艺，提高产品良率及生产效率。
Description
技术领域
本发明关于玻璃制造技术，尤其涉及一种非平面玻璃制品的成型方法及其设备。
背景技术
现有技术中，随着移动通信设备和音视频设备的技术发展，越来越多的生产商和消费者开始追求个性化的移动终端设备。
现有的移动终端设备的生产过程中，针对显示屏都需要设置一玻璃面板，特别是电容式触摸屏在手持式终端上的应用，造成来大量玻璃面板的使用，而该玻璃面板的生产工艺非常繁杂，现在该行业内普遍的视窗外形成形加工工艺(钢化前)可以有几种解决方案：包括自重热弯、冷加工雕铣、模压热加工等，涉及的工序有：开料；清洗；仿形；厚度方向抛光；各种边倒角；细磨；抛光；边抛光；清洗；钢化等等，一个移动终端设备的玻璃屏加工成形需要几十道工艺手续，其耗费的人力物力资源非常大，可加工产品为平面范围内的各种孔(包括圆孔，长孔，异形孔等)、边(包括直边，非线性边，槽，凸台等)、倒边等。
现有技术的生产工艺主要是冷加工，其基本上存在以下缺陷：制作工艺工序繁杂，制作周期长，效率、良率低下；工艺本身中磨、剪、削等加工特性会对玻璃这种脆性材料产生无法避免的微裂纹。其加工过程将消耗大量的耗材，主要是非常贵重的稀土材料抛光粉、金刚石等。此种工艺属于劳动力密集性产业，将耗费大量的劳动力；而且只能制作平面玻璃屏，无法高效制作非平面玻璃屏。如果要制造此非平面玻璃屏，则需要更为繁杂的制作工艺。工艺产品表面质量靠磨削抛光保证，产品的镜面质量较差。因此，现有技术还存在缺陷，而有待于改进和发展。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种非平面玻璃制品的成型方法及其设备，通过流体介质作用于玻璃表面，利用模压热成形加工工艺，使玻璃成型出非平面形板，由此简化生产工艺，提高效率和产品良率。
一种非平面玻璃制品的成型方法，其包括以下步骤：
将玻璃放入模具内，并对待加工玻璃进行加热、软化处理，将玻璃加热到其固有的软化点，其中所述模具具有非平面的成型面，所述成型面具有多个微孔；
在软化状态下，由参数精确控制的流体传输装置传输动力流体介质，并通过所述模具的成型面的微孔向玻璃表面传输流体介质，通过流体介质对应成型面的非平面形状在玻璃表面上形成流体动力或通过流体产生真空负压，使玻璃精密成型出对应的非平面形状，获得非平面玻璃制品。
以及，一种非平面玻璃制品的成型设备，包括加热模块、模具以及流体传输装置，所述加热模块用于对待加工玻璃进行加热、软化处理，所述模具具有非平面的成型面，所述模具的成型面具有多个微孔，所述流体传输装置与多个微孔相连通，所述流体传输装置通过所述模具的成型面的微孔向玻璃表面传输流体介质，所述传输的流体介质对应成型面的非平面形状在玻璃表面上形成流体动力或通过流体产生真空负压。
与现有技术相比，所述非平面玻璃制品的成型方法及设备由于采用了针对玻璃的特性进行软化处理和模压热成形加工的工艺特点，提高了加工过程的工业自动化水平，简化生产工艺；而且生产的产品规格一致，产品良率高且稳定，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的非平面玻璃制品的成型方法流程图。
图2是本发明实施例提供的非平面玻璃制品的成型设备模块结构示意图。
图3是本发明第一实施例提供的非平面玻璃制品的成型设备中的模具结构示意图。
图4是本发明第二实施例提供的非平面玻璃制品的成型设备中的模具结构示意图。
图5是本发明第三实施例提供的非平面玻璃制品的成型设备中的模具结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图1，为本发明实施例的非平面玻璃制品的成型方法流程图，该成型方法包括以下步骤：
S01，入模软化：将玻璃放入模具内，并对待加工玻璃进行加热、软化处理，将玻璃加热到其固有的软化点，其中所述模具具有非平面的成型面，所述成型面具有多个微孔；
S02，流体介质成型：在软化状态下，由参数精确控制的流体传输装置传输动力流体介质，并通过所述模具的成型面的微孔向玻璃表面传输流体介质，通过流体介质对应成型面的非平面形状在玻璃表面上形成流体动力或通过流体产生真空负压，使玻璃精密成型出对应的非平面形状；
S03，退火处理：对热成型加工后的玻璃进行退火处理，获得非平面玻璃制品。
为便于理解成型方法各步骤，在此先介绍成型设备的结构，以便后面描述方法时可供参考。参阅图2，为本发明实施例的非平面玻璃制品的成型设备模块结构图，本实施例的成型设备其包括加热模块12、成型模具14、退火处理模块16以及流体传输装置18，加热模块用于对待加工玻璃进行加热、软化处理，成型模具14具有非平面的成型面，退火处理模块用于对成型后的玻璃进行退火处理。
在实际应用中，成型设备也可以不包括退火处理模块16，而是通过独立的退火装置对玻璃进行退火亦可。另外，优选地，成型设备还包括预处理模块，用于对待加工玻璃进行预处理。预处理模块可采用常规的预处理设备。
加热模块12可包括连续式隧道炉、红外加热装置、电阻丝加热装置或电磁加热装置等。本实施例的软化处理在连续式隧道炉中进行。退火处理模块16采用连续式退火炉。流体传输装置18与模具14相连通，并采用可对预设温度的流体介质进行定向与定量控制输出，以对玻璃面板形状进行精密热成型加工，流体传输装置18可对流体介质的流量流速等参数进行精确控制。
另外，还可设置一成型工作平台，用于放置、固定玻璃成型模具，对被加工玻璃的定位放置或/和成型预设，该工作平台可以是固定的也可以是移动的。通常还需要对玻璃进行后加工，例如可通过一个数控加工模块17对成型后的玻璃进行数控加工。
需要说明的是，以上所述的单个或多个连续的功能模块可辅以传输装置，自由拆分、组合后可以形成全自动、半自动、手动的非平面玻璃生产设备。此外，根据产品的外观要求等级，可以配置不同等级的无尘净化设备在整体设备上。
请参阅图3，为本发明第一实施例的成型设备的模具14剖面结构示意图。模具14包括下模140，该下模140具有一成型面142，其形状与待加工玻璃20的外形相似。如图所示，本实施例中的待加工玻璃20为成型一个中间下凹，边缘平凸的玻璃制品。该玻璃制品可以是非平面玻璃显示屏、触摸屏玻璃、手持电子终端玻璃壳等。相应地，下模140包括下凹的中间部分141和相对平凸的边缘部分147。在下模140的中间部分141开设有多个微孔143，多个微孔143均匀分布在成型面142上。多个微孔143的排布及其疏密程度可以根据产品形状的复杂程度来调整，一般形状复杂处的微孔密集一些，以在玻璃表面形成不同的压力差。在下模140的边缘部分147开设有多个通孔148。下模140内还开设有一个导通腔145，其与各个微孔143和通孔148相连通，导通腔145具有一个开口146，其与流体传输装置18相连。另外，在流体传输装置16与下模的微孔之间具有精密控制阀，例如可在开口146上安装一个精密控制阀，以精确调节流体介质的流量和流速等，从而精密控制流体介质排出或输入压力，来控制作用在玻璃表面的成型压力。
在成型时，流体传输装置18将导通腔145内的流体抽出，使得成型面142与玻璃20之间形成负压，尤其在中间部分141表面的负压低于边缘147表面的负压，从而使得成型后的玻璃20中间下凹，边缘平凸。而且，微孔143的孔径可以是大于通孔148的孔径，使得玻璃20在中间部分易于下凹。
请参阅图4，为本发明第二实施例的成型设备的模具24剖面结构示意图。模具24包括上模240和下模249，该上模240具有一成型面242，其形状与待加工玻璃20的外形相似。如图所示，本实施例中的待加工玻璃20也为成型一个中间下凹，边缘平凸的玻璃制品。
本实施例中的上模240的成型面242包括突起的主成型区域241(图示的实施例为中间部分)和次成型区域247(图示为相对下陷的边缘部分)，当然，在其他的实施例中，主成型区域241可以是分离的几个区域，而次成型区域247则对应为除主成型区域241之外的区域，例如在几个区域之间及在几个区域的外财。另外，本实施例的主成型区域241主要是指压力作用的区域，如用于在一块平板玻璃上形成下凹或突起的区域，而对应于平板玻璃上基本保持平整不变的区域则为次成型区域。在上模240的成型面242开设有多个微孔，多个微孔均匀分布在成型面242。多个微孔的排布及其疏密程度可以根据产品形状的复杂程度来调整，一般形状复杂处的微孔密集一些，以在玻璃表面形成不同的压力差。其中位于主成型区域241处的微孔为流体介质输入孔243，位于次成型区域247的微孔为流体介质排出孔248。而且主成型区域241和次成型区域247相接的过渡部分的微孔也是输入孔243，此部分的输入孔243分布方式为由内到外依次变疏。在上模240内还开设有流体介质输入腔245a和流体介质输出腔245b。输入腔245a与各个输入孔243相连通，并具有流体介质输入口246a，该输入口246a与流体传输装置18相连。输出腔245b与各个排出孔248相连通，并具有流体介质排出口246b，该排出口246b与流体传输装置18相连。可以理解的是，输入孔243和排出孔248并不限制分别为输入流体介质和排出流体介质，输入孔243也可以用于输出流体介质，而排出孔248可用于输入流体介质。
另外，在上模240的次成型区域247的边沿延伸出凸缘244，在成型时，凸缘244可以与玻璃20接触，并与上模240的成型面242及玻璃20对应表面形成间隙。此外，在流体传输装置16与上模240的微孔之间具有精密控制阀，例如可在开口246a和246b上分别安装一个精密调压阀，以精确调节流体介质的流量和流速等。
下模249采用普通的模具，其具有对应的成型面。因而，在成型时，玻璃20夹于上下模240和249之间。流体传输装置18往输入腔245a内输入流体介质，由成型面242流出，充满凸缘244、上模240的成型面242及玻璃20之间的间隙，并在其间形成正压(压力可根据设计设定)的流体介质膜，该流体介质膜使得玻璃20的中间部分下凹，流体介质然后由次成型区域247的排出孔248排出，在玻璃20的边缘部分承受的压力则小于中间部分，由此玻璃20的边缘部分较为平凸，甚至可以是保持原先玻璃的平整度。
请参阅图5，为本发明第三实施例的成型设备的模具34剖面结构示意图。模具34包括上模和下模，该上模采用的是第二实施例的上模240，而下模采用的是第一实施例的下模140，也即，第三实施例的成型设备的模具34相当于是第一、第二实施例的成型设备的模具14和24的综合体。因此在图5中对应的元件分别采用与图3和4中相同的标号，由于上模240和下模140的结构上面已经描述，故而此处不再赘述。
由于本实施例的上模和下模分别设有微孔，因而，在成型时也相当于是将联合上模240和下模140的流体介质传输方式及其作用方式，只是上模240和下模140同时作用，上模240对玻璃20进行正压作用，而下模对玻璃20进行负压作用，可加快玻璃20的成型。在上述各实施例的模具的微孔中的流体介质可以是气体，如空气或惰性气体，也可以是液态流体，如油或水等，但并限于此。以下以气体动力介质为例说明成型方法。
接下来，分别结合上述描述和图4-6举例说明成型方法的步骤及相关工艺条件。另外，优选地，在将玻璃软化处理前，可对玻璃进行预处理，例如，对待加工玻璃进行预处理包括对玻璃进行开料、磨边、清洁等预处理。在预处理后，玻璃的成型方法可以是流水线式生产方法或者工位式生产方法。
先以流水线式生产方法为例，在步骤S01中，软化处理采用按预先设定的温度曲线加热至设定的温度。其中模具可采用上述的模具14、24或34任一个。首先，将玻璃20放入成型下模140或249后，玻璃20和下模140或249一块进入连续式隧道炉，软化的温度和时间需要根据不同玻璃的软化点和软化温度曲线来设定，如，NSG公司的钠钙浮法玻璃(Float glass)的软化点为730℃左右，可以根据该特征将对0.5mm厚玻璃预热的最高温度设置为700℃左右，维持5分钟左右；在隧道炉内加热软化之后，玻璃20和下模140或249一块由传输机构转移到模具的成型工位上。
在机械定位之后，即进行步骤S02，如果具体工艺中没有设置上模，即只有如图3所示的模具14，则流体传输装置由下模40的成型面微孔143(如图3所示)输出一定负压的气体对玻璃进行成型，或者是向外抽出气体，形成负压对玻璃成型。该负压可以控制在500KgF左右(被加工玻璃尺寸为100×50×0.05mm左右)。
当具体工艺中设置有上模和下模，如图4或5所示，以图5为例，则上模240同下模140合模时，流体传输装置通过上模240和下模140的微孔243和143输出一定气压的气体对玻璃成型。同时该上模240在一个驱动装置的作用下(如，油压)可以同下模140合模，在上模240和下模140合模时，上模240对玻璃20进行正压作用，而下模对玻璃20进行负压作用，可加快玻璃20的成型。而且，合模时，上、下模240和140之间仍然存在很小的窄缝(根据产品大小该窄缝的大小也不同)，并且在上模240和玻璃20之间也具有间隙，当有定量的正压气体通过上模240上的微孔243输出时，能够在玻璃20与上模240之间形成均匀的气压的气膜，该气膜将作用在被加工玻璃20上。由于上、下模240和140的形状是按照成型后的产品形状来设计的，如图5所示，玻璃20主成型区域(例如在图5所示玻璃的中部)承受的压力要大于次成型区域(例如在图5所示玻璃的边缘部分)所承受的压力，因此在气压的作用下被加工玻璃20会按照模具的形状精密成型，即如本实施例图示，在玻璃20的中部形成下凹，边缘相对平凸。
上述成型方法中上、下模240和140采用正置方式，即上模240在下模140的上面。可以理解的是，上、下模240和140的位置可以采用倒置方式，即下模140在上模240的上面，此时各个微孔的通气方式可以不变，即由下模140的微孔从玻璃与成型面之间吸出(输出)气体，由上模240的微孔往玻璃与成型面之间吸入(输入)气体；也可以通过下模140的微孔往玻璃与成型面之间吸入(输入)气体，而由上模240的微孔从玻璃与成型面之间吸出(输出)气体，同样可以成型出非平面玻璃。而且采用第二实施例的模具成型时也可以采用正置方式或倒置方式设置上、下模240和249，上模240的微孔可以是从玻璃与成型面之间吸出(输出)气体，也可以是往玻璃与成型面之间吸入(输入)气体，同样可以成型出非平面玻璃。
另外，优选地，上、下模合模后，上模与被加工玻璃之间间隙的气垫厚度大约为200微米左右，间隙内的作用在玻璃表面的压力P＝P1+P3-P2，其中，P1是输入腔245a内的气压，P3为输出腔245b内的气压，P2为导通腔145内的气压，一般该压力P可以控制在500KgF左右(被加工玻璃尺寸为100×50×0.05mm左右)。
需要说明的是，上、下模可以根据被加工产品的形状调整为阴模或阳模，相应的模具上的微孔也可以根据工艺需要设置在上模或下模上，当然微孔可以根据需求同时设置在上、下模上，并且根据工艺需要上下模微孔可以同时或单独进行正压和负压输出或转换输出。
在经过上述热成型之后，初成型的玻璃20由传输机构转移到后续的连续式退火炉内进行退火，退火的温度和时间，需要根据不同玻璃固有的应变点和退火曲线来设定，从玻璃的应变点附近开始退火，退火的方式可以为连续的隧道式退火或是以批次为单位的退火方式。例如，NSG公司的钠钙Float glass的软化点为540℃左右，应变点为500℃左右，可以根据该特征将退火的最高温度设置为500℃左右，退火3个小时左右。
在退火之后，可对成型的玻璃进行后续加工处理，例如将退火之后的玻璃放入到水刀、激光或CNC切割工位上进行分切、修边、开口、开孔等后续加工。需要说明的是，此处的退火和后加工可以根据需要进行配置，可以但非必要将此两功能模块配置为流水线的一部分。
在实际生产中，模具可以是单个模具，也可以是多个模具组成的模具矩阵；相应的玻璃原材料可以是尺寸相对较小的单张玻璃，也可以上大尺寸的大张玻璃，用于模具矩阵。需要说明的是，以上工艺参数可以根据实际情况进行调整；模具可以根据工艺需要进行阴、阳模的对调调整。
当采用工位式生产方法时，同连续式生产方法，可以先对玻璃进行预处理，再将玻璃放入工位上的成型下模，由工位上的红外加热系统对玻璃进行软化，软化的温度和时间需要根据不同玻璃的软化点和软化温度曲线来设定；软化之后，如果具体工艺中没有设置上模，即只有如图3所示的模具14，则流体传输装置由下模40的成型面微孔143(如图3所示)输出一定负压的气体对玻璃进行成型，或者是向外抽出气体，形成负压对玻璃成型。如果具体工艺中设置有上模240，则同一工位上的上模240同下模140或249合模，同时通过模具上的微孔143或243输出一定气压的气体对玻璃成型。此时的模具成型过程与上述流水线式生产方法基本相同，在此不再赘述。玻璃进行模具成型后，将其转移到连续式或单体退火炉内进行退火，退火的温度和时间，需要根据不同玻璃固有的应变点和退火曲线来设定；将退火之后的玻璃放入到水刀、激光或CNC切割工位上进行分切、修边、开口、开孔等后续加工，最后形成所需。
在以上各实施例中，非平面玻璃制品的成型方法及设备由于采用了针对玻璃的特性进行软化处理和模压热成形加工的工艺特点，提高了加工过程的工业自动化水平，简化生产工艺；而且生产的产品规格一致，产品良率高且稳定，提高了生产效率。并且，由于至少有一个成型面在成型时，流体介质代替了模具直接接触被加工玻璃，不会对玻璃表面造成不良缺陷，本发明可以用来高效地加工一些特殊的异性产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1、一种非平面玻璃制品的成型方法，其包括以下步骤：
将待加工玻璃放入模具内，并对待加工玻璃进行加热、软化处理，将玻璃加热到其固有的软化点，其中所述模具具有非平面的成型面，所述成型面具有多个微孔；
在软化状态下，由参数精确控制的流体传输装置传输动力流体介质，并通过所述模具的成型面的微孔向玻璃表面传输流体介质，通过流体介质对应成型面的非平面形状在玻璃表面上形成流体动力或通过流体产生的真空负压，使玻璃精密成型出对应的非平面形状，获得非平面玻璃制品。
2、如权利要求1所述的非平面玻璃制品的成型方法，其特征在于，所述模具包括下模，所述下模的成型面具有所述多个微孔，所述微孔内有流体介质，成型时，从下模的微孔吸出流体介质，在待加工玻璃与下模之间形成负压，使玻璃利用自身重力在负压作用下成型。
3、如权利要求1所述的非平面玻璃制品的成型方法，其特征在于，所述模具包括上模和下模，至少在上模的成型面上具有所述多个微孔，在流体传输装置输出的动力流体介质对玻璃进行成型时，所述上模与玻璃之间存有间隙，由所述微孔流出动力流体介质作用于玻璃表面，使玻璃在流体介质压力作用下成型。
4、如权利要求1所述的非平面玻璃制品的成型方法，其特征在于，所述模具包括上模和下模，所述上模和下模的成型面分别具有所述多个微孔，所述微孔内有流体介质，成型时，通过所述上模的微孔在玻璃与成型面之间输入流体介质，在待加工玻璃与上模之间形成正压，同时从下模的微孔吸出流体介质，在待加工玻璃与下模之间形成负压。
5、如权利要求3或4所述的非平面玻璃制品的成型方法，其特征在于，所述上模成型面包括主成型区域以及位于主成型区域周边的次成型区域，所述微孔包括位于成型面主成型区域的多个流体介质输入孔以及位于成型面次成型区域的流体介质排出孔，在对玻璃进行成型时，由所述模具的成型面主成型区域的输入孔流出压力流体介质并作用于玻璃表面，然后由成型面次成型区域的排出孔排出流体介质，使得在玻璃主成型区域承受的压力高于玻璃次成型区域承受的压力，使玻璃在主成型区域形成所需的形状。
6、如权利要求3或4所述的非平面玻璃制品的成型方法，其特征在于，成型时，所述上模和下模的位置采用上模在下模上面的正置方式或者是下模在上模上面的倒置方式，所述微孔在成型时往玻璃与成型面之间输入流体介质或者从玻璃与成型面之间输出流体介质。
7、如权利要求1所述的非平面玻璃制品的成型方法，其特征在于，所述流体传输装置通过精密控制流体介质的排出或输入压力，来控制作用在玻璃表面的成型压力。
8、一种非平面玻璃制品的成型设备，包括加热模块、模具以及流体传输装置，所述加热模块用于对待加工玻璃进行加热、软化处理，所述模具具有非平面的成型面，其特征在于，所述模具的成型面具有多个微孔，所述流体传输装置与多个微孔相连通，所述流体传输装置通过所述模具的成型面的微孔向玻璃表面传输流体介质，所述传输的流体介质对应成型面的非平面形状在玻璃表面上形成流体动力或通过流体产生真空负压。
9、如权利要求8所述的非平面玻璃制品的成型设备，其特征在于，所述模具包括下模，所述下模的成型面具有所述多个微孔，所述流体传输装置在成型时由所述多个微孔向外吸出流体介质，使成型面与待加工玻璃之间形成负压。
10、如权利要求8所述的非平面玻璃制品的成型设备，其特征在于，所述模具包括上模和下模，至少在上模的成型面上具有所述多个微孔，所述流体传输装置在成型时由所述上模的多个微孔向上模的成型面和玻璃之间输入正压流体介质。
11、如权利要求8所述的非平面玻璃制品的成型设备，其特征在于，所述模具包括上模和下模，所述上模和下模的成型面分别具有所述多个微孔，所述上模的微孔输入流体介质于玻璃与成型面之间，在待加工玻璃与上模之间形成正压，所述下模的微孔用于向外吸出流体介质，在待加工玻璃与下模之间形成负压。
12、如权利要求10或11所述的非平面玻璃制品的成型设备，其特征在于，所述上模的微孔包括位于成型面主成型区域的多个流体介质输入孔和位于成型面次成型区域的流体介质排出孔，所述流体传输装置在成型时由所述输入孔流出压力流体介质并作用于玻璃表面，然后由成型面次成型区域的排出孔排出流体介质。
13、如权利要求8所述的非平面玻璃制品的成型设备，其特征在于，所述流体传输装置与模具的微孔之间具有精密控制阀，用以精密控制流体介质排出或输入压力，来控制作用在玻璃表面的成型压力。
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