CN104445888A - 一种曲面玻璃的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种曲面玻璃的成型方法，包括将平面玻璃板材置于成型模具中，再将成型模具置于成型设备中且先后经分段加热、分段成型和分段冷却的步骤得到所述曲面玻璃；所述分段加热为其中的每个时间段使用不同的温度加热，所述分段成型为其中的每个时间段使用不同的温度加热且其中至少有一段内使用从低至高的渐变压力加压，所述分段冷却为其中的每个时间段使用不同的温度对成型模具中的曲面玻璃进行冷却。使用本发明方法成型的玻璃不仅尺寸精度高，成型产品平整度好、成型良率高，而且外观缺陷少，并且所得产品美观、表面手感好和外观漂亮。主要应用于笔记本电脑、手机、平板电脑和智能手表的前盖、后盖等电子产品中。

Description

一种曲面玻璃的成型方法
技术领域
本发明涉及一种曲面玻璃面板的成型方法，特别是涉及一种高尺寸精度、高外观品质及超薄壁厚的曲面玻璃产品的成型方法。
背景技术
现在对于含有曲面的玻璃面板的加工，目前业内一般采用直接热压方式或者是机械加工方式成型，采用热压方式成型的具体方法为采用一成型模具，该成型模具包括上模具及下模具，将玻璃面板与所述上模具及下模具一同加热至高温800℃左右，超过玻璃软化点，然后利用上模具往下模具方向移动施压于玻璃面板，致使玻璃面板的上下表面成型，最后进行降温冷却，从而得到含有曲面的玻璃面板。采用这种热压成型方法时，成型后玻璃容易产生应力，并且成型玻璃外观有严重麻点、压痕等缺陷，而且成型后的曲面玻璃良率低，上下表面还会存在不平整的问题，影响曲面玻璃外观品质。
专利申请CN201410279379提供一种手机曲面玻璃面板的成型方法，包括将平面玻璃面板置于模具(由凹模、凸模两部分组成的石墨模具)中，在模具表面施加80-120克/平方厘米(0.008～0.012MPa)的压力，在保护气氛炉中分三段加热至被加工玻璃的软化温度T以下10-30℃，保温后随炉冷却至室温，得到手机曲面玻璃面板。具体地，在保护气氛炉中的加热工艺为：第一段：以15-25℃/分钟的升温速率加热至630-650℃，保温15-20分钟；第二段：以18-30℃/分钟的升温速率加热至695-715℃，保温8-12分钟；第三段：以20-35℃/分钟的升温速率加热至被加工玻璃的软化温度T以下10--30℃，保温6-10分钟。然后控制炉冷速度为35-42℃/分钟进行降温冷却。但这种手机面板成型方法依然会存在玻璃面板的成型良率不高的问题。
采用机械加工方式成型的具体方法为利用一成型刀具将一平板玻璃面板加工成曲面，然后对曲面进行研磨抛光。采用机械加工方法一般加工工时较长，成本较高，而且曲面的研磨抛光比较复杂。
因此如何提供一种加工过程简单，尺寸精度高，成型良率高，而且外观缺陷少的曲面玻璃面板成型方法，成为业内人士需要解决的问题。
发明内容
本领域有必要提供一种加工过程简单，尺寸精度高、成型产品平整度好、成型良率高而且外观缺陷少的曲面玻璃成型方法。
因此，本发明提供一种曲面玻璃的成型方法，包括将平面玻璃板材置于成型模具中，再将成型模具置于成型设备中且先后经分段加热、分段成型和分段冷却的步骤得到所述曲面玻璃；所述分段加热为其中的每个时间段使用不同的温度加热，所述分段成型为其中的每个时间段使用不同的温度加热且其中至少有一段内使用从低至高的渐变压力加压，所述分段冷却为其中的每个时间段使用不同的温度对成型模具中的曲面玻璃进行冷却，所述分段加热、分段成型和分段冷却中的时间段均为两段或以上。
本发明所述成型设备例如为成型炉，所述成型炉中可以仅设置一个成型模具放置位置，此时通过改变成型炉中的辅助部件(例如发热板和压头)的参数而使得玻璃在不同时间段上的温度和/或压力改变。但更优选的是，所述成型炉中例如设置数量为大于等于分段加热、分段成型和分段冷却的总段数的成型模具放置位置，以便于在成型炉中辅助部件的参数稳定设置的情况下，内含玻璃的成型模具从一段中顺利地移至另一段中。
本发明采用分段式加热、分段式压制成型、分段式冷却的方法成型的玻璃不仅尺寸精度高，成型产品平整度好、成型良率高，而且外观缺陷少，适合薄壁产品热弯成型，并且所得产品具有美观、表面手感好和外观漂亮的效果。主要应用于笔记本电脑、手机、平板电脑和智能手表的前盖、后盖等电子产品中。
在一种具体实施方式中，所述分段加热包括第1～3段，在1～3段的每段中均为恒定温度加热，且第1～3段间的温度逐段升高，第1段的温度为300-450℃、第2段的温度为400-650℃、第3段的温度为650-700℃，且其中相邻两段间的温差为100～200℃。
在另一种具体实施方式中，所述分段成型包括第4～6段，在4～6段的每段中均为恒定温度加热，且第4～6段间的温度逐段升高，第4段的温度为700-720℃、第5段的温度为700-730℃、第6段的温度为700-750℃，且其中相邻两段间的温差为3～20℃；第4～6段为恒定压力或渐变压力施压，且其中至少有一段为渐变压力施压；第4～6段中每段的压力值均不低于其前一段的任意压力值，且第4段的压力为0.02-0.1MPa、第5段的压力为0.02-0.3MPa、第6段的压力0.02-0.5MPa。
在一种具体实施方式中，所述分段冷却包括第7～9段和自由冷却阶段，在7～9段的每段中均为恒定温度对玻璃冷却，且第7～9段间的温度逐段降低，第7段的温度为500-600℃、第8段的温度为350-500℃、第9段的温度为200-350℃，且其中相邻两段间的温差为80～250℃；所述自由冷却阶段的温度不高于第9段中的冷却温度。
本发明中，在第1～3段中可以使用可变压力气缸通过压头对玻璃板施加渐变的压力，但更优选是使用普通气缸对其施加固定的压力，此时在1～3段的每段中都是在恒定的压力(压头给成型模具和玻璃板的压力)下操作。且在1～3段中的压力可以不受过多限制，例如为0.005～1MPa，优选0.01～0.5MPa，更优选0.015～0.1MPa。在1～3段中施加一定大小的压力有利于更快传热，且不会压力过大而使玻璃在软化前破裂。
第1～3段每段中的停留时间相等，以利于连续自动化操作。当第一块玻璃和成型模具进入第二段时，同时第二块玻璃和成型模具进入第一段，以此类推实现连续自动化操作。例如每段中的停留时间为60-300S。
本发明中，在更为常用的情况下，第1段的温度为300-400℃、第2段的温度为400-600℃、第3段的温度为650-700℃。
第1～3段的三段式加热可以根据产品形状与厚度调试最佳的加热参数，使模具与玻璃慢慢均匀受热，防止急速加热模具与板材玻璃导致板材玻璃破裂和玻璃内残留应力。
经过第1～3段加热的玻璃板材已经接近或达到玻璃软化点，接下来进入第4～6段的分段成型步骤。不同的玻璃材质其软化点不同，但常见的玻璃软化点在650-750℃，成型阶段中每段的温度并非一定要高于玻璃软化点的温度，因为玻璃并非需要在完全软化后才能弯曲。
本发明中，所述渐变压力施压是指在一定时间内压力值产生变化，如第5段的压力范围为0.02-0.3MPa，具体可以是第5段的整个过程中压力在0.02-0.04MPa渐变，或者第5段的整个过程中压力在0.05-0.10MPa渐变，或者第5段的整个过程中压力在0.15-0.3MPa渐变，或者第5段的整个过程中压力在整个0.02-0.3MPa中渐变，这些都属于本发明的范畴，具体渐变压力的起点和终点压力值是根据平面玻璃的具体厚度、形状和材质而设计的。当然，本领域技术人员可以理解的，本发明中的渐变压力是指压力从低至高的过程。本发明中，所述渐变压力可以是真正意义上的渐变，即随着时间的推移压力一直在变化；而本发明中的渐变压力还可以是对同一温度段内设置2次、3次或多次逐步升高的压力值，使得玻璃上实际承受的压力逐渐升高。
本发明中，更为优选的是第4段为恒定压力，而第5、6段均为渐变压力。如此得到的产品的成型良率最高。
优选第4～6段每段中的停留时间相等，更优选的是第4～6段每段中的停留时间与第1～3段每段中的停留时间相等，以利于连续自动化操作。第4～6段例如每段中的停留时间为60-300S。
第4～6段的三段式成型可以根据产品形状与厚度调试最佳的成型参数，使不同形状与壁厚的玻璃均可调整温度、压力与时间逐步成型到位，防止玻璃成型过快碎裂，防止玻璃成型过早产生麻点与压痕等缺陷。
在4～6段中，每经过一阶段的成型后，玻璃的弯曲度增加；至第6阶段结束后，模具完全闭合，玻璃已经弯曲至其设计的曲率尺寸。
本发明中，在更为常用的情况下，第7段的温度为500-600℃、第8段的温度为400-500℃、第9段的温度为200-300℃。
在一种具体的实施反式中，所述自由冷却阶段也分为10～12三段，使用温度为20-30℃冷却水对所述曲面玻璃进行冷却。发明人发现，自由冷却阶段中的每段与前述阶段的停留时间保持一致的情况下，本发明中大致需要经过第10～12段的三段自由冷却则可将所述曲面玻璃冷却至室温，而不需要戴手套取放所述曲面玻璃，如此方便工业操作。
本发明中，在第7～9段中可以使用可变压力气缸通过压头对曲面玻璃板施加渐变的压力，但更优选是使用普通气缸对其施加固定的压力，此时在7～9段的每段中都是在恒定的压力下操作。
本发明中，第7～9段中的压力优选为大于等于0.02MPa且小于等于第6段中压力的最高值，更优选压力在0.05～0.11MPa间，如此设计分段冷却中的压力值，可以使成型玻璃在冷却过程中不反弹、不再次变形。
本发明对第9段之后的自由冷却阶段中的压力不做任何限制，只要所述压头与成型模具相接触即可，当然地，在自由冷却阶段中，压力稍大些(例如在1MPa以内)也不会影响曲面玻璃的形状；当然，更常用的是每段内均使用相等的压力，如0.02MPa。
优选第7～9段每段中的停留时间相等，更优选的是第7～9段每段中的停留时间与前面每段中的停留时间相等，以利于连续自动化操作。第7～9段例如每段中的停留时间为60-300S。同样地，对自由冷却阶段中的每一段的停留时间也做此优选。
分段冷却阶段可以根据模具、成型曲面玻璃大小与厚度调试最佳的降温参数，使模具均匀可控地冷却到常温。7～9段在可控温度下降温能防止模具与成型曲面玻璃急速冷却导致玻璃破裂和玻璃内残留应力；7～9段对已成型完成的模具施加一定压力，能使成型玻璃在冷却过程中不反弹、不再次变形；玻璃成型完成后可迅速移动到冷却段降温，防止成型曲面玻璃持续在高温状态下产生表面麻点、压痕等缺陷。
附图说明
图1为一种曲面手机玻璃面板结构示意图(面板的长度方向两边弯曲形成曲面)。其中1为平面板面，2为音响孔位，3为按键孔位，4为曲面。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施本发明的方法之前，还包括下述步骤，先按设计尺寸裁切玻璃，经磨削、抛光，且在平面板材上把孔位(例如音响孔位、按键孔位及摄像头孔位)做好，得到备用的平面玻璃板材；并以石墨为原材料，制作模具；模具由凹模、凸模两部分组成，凹模与凸模内腔的弧度与设计的曲面玻璃面板的弯曲弧度一致。再将备用的平面玻璃板材放入成型模具中，平面玻璃与成型模具的四边间隙均小于等于0.02mm，以使平面玻璃在成型模具中成型时不移位偏心。将装好平面玻璃板材的成型模具置入成型炉中开始第1段加热。
将含平面玻璃面板的成型模具放入热弯成型设备(成型炉)中，成型模具的下方使用下层发热板对其传热，成型模具的上方使用上层发热板兼压头对其传热，上层发热板兼压头通过设置在其上方的气缸连接，气缸将所述上层发热板兼压头送下与成型模具接触，完成该段的步骤后气缸带动上层发热板兼压头缩回，内含玻璃的成型模具送至下一段工序中。在本发明的第1～9段中均使用上层发热板和下层发热板，而在第10段及之后的自由冷却阶段，则使用上层冷却板和下层冷却板对已经定型和定性的玻璃进行冷却。
本发明中，上层发热板的温度与下层发热板的温度设定可以不一致(一般温度相差不大)，但更多的情况下是将二者的温度设置为相同。在本发明中未具体指明时，本发明中某段的温度是指该段中对上层发热板设置的温度。玻璃经过在每段中的一定的停留时间后，例如100s后，玻璃的温度已经与发热板的温度保持一致。
本发明中，所述4～6段中某段或多段使用从低至高的渐变压力时，使用的是可变压力气缸，它与其它温度段中使用的普通气缸(压力一旦设定，就以设定压力下压至成型模具上)相比区别在于，它可以在已经往下压至成型模具后再对其进行增压。
经过本发明中的方法制得的曲面玻璃出炉后，对曲面玻璃进行扫磨和强化处理；强化处理后再对曲面产品进行丝印及镀膜至完成整个曲面玻璃产品的制作。本发明中的曲面玻璃产品可以是如图1所示的面板的两长边方向形成两个曲面，也可以是其两宽边方向形成两个曲面，也可以是其四边方向形成四个曲面，还可以是整个面板成型为一整块曲面面板。只要设计出相应形状的成型模具便可使用本发明中的方法进行曲面玻璃的成型，对曲面玻璃的曲面没有任何限制。本发明中，在曲面玻璃成型后，其后工序中不用加工外形和打孔，大量的节省了工序工时并提高了整个产品良率。
实施例1
如下各项参数设置以壁厚T＝0.7mm的CORNING材质玻璃为例。
第1～3段的分段加热过程中，上下发热板的温度设置为相等，第1段360℃，第2段560℃，第3段700℃，三段压力均为0.02MPa，压头和成型模具之间轻微压力接触即可，模具到达加热炉中的第1段的位置后，气缸带动发热板兼压头下压，对成型模具传热，每一段停留时间为100S，在第1段的位置停留100S后模具和玻璃移动到第2段的位置继续加热。同时，第二套含另一块玻璃的成型模具可放入炉腔中的第1段的位置。如此循环，可实现连续成型。当第一套模具移动到第3段的位置并停留100S后，模具内平面板材玻璃已达到软化点。三段式加热可以根据产品形状与厚度调试最佳的加热参数，使模具与板材玻璃慢慢均匀受热，防止急速加热模具与板材玻璃导致板材玻璃破裂和玻璃内残留应力。
平板玻璃面板连同所述成型模具分三段加热至软化点后，即进入分段成型步骤，分第4～7段对模具内的平面板材玻璃压制成型，每一段成型约三分之一的曲率，直至第三段模具完全闭合成型完成。对应三段成型的温度为第4段700℃、第5段705℃、第6段710℃；三段对应压力为第4段0.03MPa、第5段0.03-0.08MPa之间压力渐变增大、第6段0.08-0.12MPa之间压力渐变增大，每一段成型时间为100S，直至模具内产品完全成型到位。三段式成型可以根据产品形状与厚度调试最佳的成型参数，使不同形状与壁厚的玻璃均可逐步成型到位。特别针对薄壁类玻璃，热弯时很容易碎裂，而分段压制成型可防止平面板材玻璃成型过快碎裂，防止玻璃成型过早产生麻点。
平板玻璃分三段成型完成后可迅速移动到分段冷却步骤中。本实施例中的冷却共分六段，前三段为控制性降温，后三段为冷却水随机降温。每一段降温一定程度，直至降至常温(20-30℃)。其中，第7～9段控制降温温度为第7段560℃、第8段400℃、第9段300℃，最后三段冷却水温度均为22℃。其中，第7～9段对应压力为均为0.1MPa，最后三段对应压力均为0.02MPa，每一段冷却时间为100S。六段式冷却可以根据模具、成型曲面玻璃大小与厚度调试最佳的降温参数，使模具均匀可控的冷却到常温；第7～9段在可控温度下降温能防止模具与成型曲面玻璃急速冷却导致玻璃破裂和玻璃内残留应力，第7～9段对已成型完整的模具施加一定压力，能使成型玻璃在冷却过程中不反弹、不再次变形；并且玻璃成型完成后可迅速移动到冷却段降温，防止成型曲面玻璃持续在高温状态下产生表面麻点、压痕等缺陷。
成型模具和曲面玻璃降到常温后，打开模具，取出高尺寸精度、高外观品质的曲面玻璃，成型产品外观无麻点，无严重压痕，外形尺寸精度可达±0.05mm，产品平整度可控制在0.1mm以内。成型后的曲面玻璃在成型过程会产生轻微压痕及粘有一些灰尘，利用毛刷对成型曲面玻璃上下两面进行扫磨，去掉以上缺陷后形成高外观质量的曲面玻璃面板。再对曲面玻璃进行强化处理，强化处理后印刷标示，丝印视窗、颜色及进行镀膜得到外观漂亮的成品曲面玻璃。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种曲面玻璃的成型方法，包括将平面玻璃板材置于成型模具中，再将成型模具置于成型设备中且先后经分段加热、分段成型和分段冷却的步骤得到所述曲面玻璃；所述分段加热为其中的每个时间段使用不同的温度加热，所述分段成型为其中的每个时间段使用不同的温度加热且其中至少有一段内使用从低至高的渐变压力加压，所述分段冷却为其中的每个时间段使用不同的温度对成型模具中的曲面玻璃进行冷却，所述分段加热、分段成型和分段冷却中的时间段均为两段或以上。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述分段加热包括第1～3段，在1～3段的每段中均为恒定温度加热，且第1～3段间的温度逐段升高，第1段的温度为300-450℃、第2段的温度为400-650℃、第3段的温度为650-700℃，且其中相邻两段间的温差为100～200℃。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述分段成型包括第4～6段，在4～6段的每段中均为恒定温度加热，且第4～6段间的温度逐段升高，第4段的温度为700-720℃、第5段的温度为700-730℃、第6段的温度为700-750℃，且其中相邻两段间的温差为3～20℃；第4～6段为恒定压力或渐变压力施压，且其中至少有一段为渐变压力施压；第4～6段中每段的压力值均不低于其前一段的任意压力值，且第4段的压力为0.02-0.1MPa、第5段的压力为0.02-0.3MPa、第6段的压力0.02-0.5MPa。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述分段冷却包括第7～9段和自由冷却阶段，在7～9段的每段中均为恒定温度对玻璃冷却，且第7～9段间的温度逐段降低，第7段的温度为500-600℃、第8段的温度为350-500℃、第9段的温度为200-350℃，且其中相邻两段间的温差为80～250℃；所述自由冷却阶段的温度不高于第9段中的冷却温度。
5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，第1～3段的每段中压力恒定，且压力为0.015～0.1MPa。
6.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述第4段为恒定压力，第5、6段均为渐变压力。
7.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述自由冷却阶段分为第10～12三段，且使用温度为20-30℃冷却水对所述曲面玻璃进行冷却。
8.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述第7～9段中的压力为大于等于0.02MPa且小于等于第6段中压力的最高值，且每段中的压力恒定。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述第7～9段中的压力为0.05～0.11MPa。
10.根据权利要求4所述方法，其特征在于，第1～9段每段中停留时间相等，为60-300S。
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