CN104843976A - 一种3d曲面超薄玻璃弯曲成型装置和制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置和制造方法。该装置包括：转盘、凹模、凸模、气缸、玻璃转移机构、隧道炉、真空系统以及电气控制操作系统，其中转盘上设有多个凹模。采用上述装置，分阶段快速加热凹模和凸模，将超薄玻璃依次置于转盘的凹模上，并进行预热，当超薄玻璃旋转到达凸模对应的工位后，压下凸模并利用远红外灯管快速加热到玻璃软化点，同时利用真空系统对凹模上的超薄玻璃抽吸和凸模加压，使超薄玻璃发生弯曲，经玻璃转移机构将超薄玻璃转到隧道炉进行降温，即可实现3D曲面超薄玻璃的制造。本方法具有批量化、自动化、高效制造的特点，特别适合用于曲面显示屏保护膜的3D曲面超薄玻璃的制造。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置和制造方法，特别是一种用于曲面显示屏保护膜的3D曲面超薄玻璃的弯曲成型装置和批量制造方法。
背景技术
最近，曲面显示屏技术日益成熟且已开始在显示领域应用，如苹果、三星以及LG的手机显示屏已开始采用曲面显示屏技术，曲面显示屏技术的应用，可以极大的提高显示屏设计的自由度，同时也是未来手机等显示屏个性化发展的趋势，如苹果最近推出的苹果Iphone6手机即采用了四边边缘向下弯曲的弧边技术。因此，针对应用于曲面显示屏的保护膜也迫切需要一种技术来实现超薄玻璃的弯曲，以适应当前及未来曲面显示屏保护膜的需求。
当前玻璃弯曲主要是采用加热弯曲方式来实现，一般是将平板玻璃切割、磨边后放入金属模具，然后加热到软化温度，按需要的形状，自由弯曲或压弯而成。但当前的发明专利主要针对于汽车挡风玻璃或聚光镜，如专利CN101720308A、CN1856451A、CN103402934A等，均是针对厚度大于1 mm的玻璃进行弯曲，而应用于屏幕保护的超薄玻璃厚度一般在0.1-0.4 mm，成型装置、模具形态、应力控制、温度场控制等参数在超薄玻璃热弯过程中十分关键，与传统厚玻璃弯曲具有较大的差异，传统厚玻璃的热弯装置及方法难以满足超薄玻璃的热弯要求，特别是，在热弯过程中，玻璃加温和降温可能导致超薄玻璃的开裂、断裂、光学上失真和弯曲精度变差等质量缺陷，导致产品生产过程的合格率降低，同时增加成本。因此，针对用于曲面显示屏保护膜的3D曲面超薄玻璃弯曲成型技术，需要在传统技术的基础上从装置、热弯方法加以改进，并结合产品的实际应用，提供实现超薄玻璃的精确弯曲且能批量化高效制造的装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供应用于曲面显示屏保护膜的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置和制造方法，该装置和方法可以实现超薄玻璃的3D曲面精确弯曲，所加工的3D曲面超薄玻璃具有可见光透过率高、成品率高、表面清洁和可工业化批量流水线制造的优点。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的：
一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，包括转盘、凹模、凸模、气缸、玻璃转移机构、隧道炉、真空系统以及电气控制操作系统。
所述的凹模均匀设在转盘的四周；所述的凸模设在转盘工位的凹模相对应的上方，凸模的上方设置气缸；所述的转盘、玻璃转移机构和隧道炉依次连接；所述的电气控制操作系统设在装置的侧面；所述的真空系统设在成型装置的壳体内。
所述的3D曲面是玻璃的四边同时弯曲，或是玻璃四边的任意两边或一边弯曲，或是玻璃整体呈弧面弯曲。
所述的超薄玻璃，其厚度为0.1-0.4 mm，软化温度为500-800 ℃。
所述的转盘由石英玻璃制成，在转盘对应的成型装置的壳体内设置转动机构；所述的转盘上均匀设有石英玻璃材料制作的多个凹模，在每个凹模的下方安装有单独控温的远红外快速加热灯管以及真空抽气或充气的管道，每个凹模面上设有若干小孔。
所述的凸模的材料为石英玻璃，在凸模内设有可单独控温的远红外快速加热灯管；所述的凸模通过气缸进行上下驱动和加压，加压的范围为0.1-0.3 Pa。
所述的玻璃转移机构设置位于转盘和隧道炉之间，由转动电机、真空吸附器和真空管组成，真空管与凹模下方真空抽气或充气的管道相连。
所述的隧道炉设置远红外快速加热灯管，并分为三个单独控制的加温区。
所有的远红外快速加热灯管的加热温度范围为50-1000 ℃，加热速度为10-100 ℃/min。
本发明还提供一种3D曲面超薄玻璃的制造方法，具体包括以下步骤：
1）通过温控仪自动控制，按10-100 ℃/min的升温速度分阶段快速加热凹模和凸模。
2）将待成型的超薄玻璃依次放置于转盘的凹模上，并开启转盘转动。
3）当转盘上的凹模旋转至与凸模对应的工位时，压下凸模，待温度到达超薄玻璃软化点后，抽真空到-0.1-0.2 Pa，利用负压对超薄玻璃进行预成型5-10秒，随后在凸模上施加0.1-0.3 Pa的压力并保压3-8秒后充入空气破真空，抬起凸模。
4）利用玻璃转移机构通过真空吸片的方式将超薄玻璃转移到隧道炉，按5-30 ℃/min的速率降温至80 ℃以下，实现超薄玻璃的3D弯曲成型。
本发明具有如下优点和积极效果：
（1）采用石英玻璃作为转盘凹模和凸模的材料，一方面石英与玻璃的热膨胀系数差异很小，且表面光滑平整，可以大幅减少玻璃弯曲过程的应力，有效防止上下模具对玻璃体的痕迹残留，可确保弯曲玻璃的透光性和洁净度；另一方面，石英材料与远红外灯管结合，可以实现对模具的快速加热，大幅提高了生产效率。
（2）采用转盘式上料成型和隧道炉阶梯降温，并结合真空负压抽吸和凸模施力的成型方法，有效提高了3D超薄玻璃弯曲的精度，并可减少或避免弯曲、冷却过程中的开裂、碎裂等的产生。
（3）在放置待成型的超薄玻璃前，通过温控仪自动控制，按10-100 ℃/min的升温速度分阶段快速加热凹模和凸模，使凹模和凸模的温度迅速升高，缩短了超薄玻璃的加热时间，节约工作时间，提高生产效率。
（4）所加工的3D曲面是玻璃的四边同时弯曲，或是玻璃四边的任意两边或一边弯曲，或是玻璃整体呈弧面弯曲，所加工的玻璃具有可见光透过率高、成品率高、表面清洁和可工业化批量流水线制造的优点，特别适合用于制备各种曲面显示屏如手机、可穿戴设备、平板电脑等消费电子产品的屏幕钢化玻璃保护膜。
附图说明
图1：本发明一种3D曲面超薄玻璃的弯曲成型装置示意图；
图2：玻璃转移机构中真空吸附器装置真空吸盘结构示意图。
附图标识：
1-转盘，2-凹模，3-凸模，4-气缸，5-玻璃转移机构，6-超薄玻璃，7-隧道炉，8-真空系统， 9-电气控制操作系统，10-吸盘，11-真空管。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
本发明提供了如图1所示的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，包括转盘1、凹模2、凸模3、气缸4、玻璃转移机构5、隧道炉7、真空系统8以及电气控制操作系统9。
所述的凹模2均匀设在转盘1的四周；所述的凸模3设在转盘1工位的凹模2相对应的上方，凸模3的上方设置气缸4；所述的转盘1、玻璃转移机构5和隧道炉7依次连接；所述的电气控制操作系统9设在装置的侧面；所述的真空系统8设在成型装置的壳体内。
所述的转盘1由石英玻璃制成，在转盘1对应的成型装置的壳体内设置转动机构；所述的转盘1上均匀设有石英玻璃材料制作的6个凹模2，在每个凹模2的下方安装有单独控温的远红外快速加热灯管以及真空抽气或充气的管道，每个凹模2面上设有若干小孔。
所述的凸模3的材料为石英玻璃，在凸模3内设有可单独控温的远红外快速加热灯管；所述的凸模3通过气缸4进行上下驱动和加压，加压的范围为0.1-0.3 Pa。
所述的玻璃转移机构5设置位于转盘1和隧道炉7之间，由转动电机、真空吸附器和真空管11组成，真空管11与凹模2下方真空抽气或充气的管道相连。
所述的隧道炉7设置远红外快速加热灯管，并分为三个单独控制的加温区。
上述所有的远红外快速加热灯管的加热温度范围为50-1000 ℃，加热速度为10-100 ℃/min。
实施例2
基于实施例1的装置，一种3D曲面超薄玻璃的制造方法如下：
（1）通过温控仪自动控制，凹模2按30 ℃/min的升温速度升到450 ℃，再按50 ℃/min的升温速度升到650 ℃，凸模3按50 ℃/min的升温速度升到650 ℃。
（2）将厚度为0.3 mm的超薄玻璃6切割成长宽为154.6×74.8 mm的尺寸，并经数控机床磨边和倒角，然后依次将超薄玻璃6放置于四边向内2.6 mm弯曲3.2°的凹模2上，并开启转盘1顺时针转动。
（3）当转盘1上的凹模2旋转至与凸模3对应的工位时，压下凸模3，待温度到达超薄玻璃软化温度650 ℃后，抽真空到-0.15 Pa，利用负压对超薄玻璃6进行预成型10秒，随后在凸模3上施加0.2 Pa的压力并保压5秒后充入空气破真空，抬起凸模3。
（4）利用玻璃转移机构5通过真空吸片的方式将超薄玻璃6转移到隧道炉7，按30 ℃/min的速率降温至70 ℃，实现超薄玻璃6的3D弯曲成型。
实施例3
基于实施例1的装置，一种3D曲面超薄玻璃的制造方法如下：
（1）通过温控仪自动控制，凹模2按10 ℃/min的升温速度升到500 ℃，再按100 ℃/min的升温速度升到680 ℃，凸模3按100 ℃/min的升温速度升到680 ℃。
（2）将厚度为0.2 mm的超薄玻璃6切割成长宽为154.6×74.8 mm的尺寸，并经数控机床磨边和倒角，然后依次将超薄玻璃6放置于两长边向内2.6 mm弯曲5°的凹模2上，并开启转盘1顺时针转动。
（3）当转盘1上的凹模2旋转至与凸模3对应的工位时，压下凸模3，待温度到达超薄玻璃软化温度680 ℃后，抽真空到-0.1 Pa，利用负压对超薄玻璃6进行预成型8秒，随后在凸模3上施加0.15 Pa的压力并保压3秒后充入空气破真空，抬起凸模3。
（4）利用玻璃转移机构5通过真空吸片的方式将超薄玻璃6转移到隧道炉7，按50 ℃/min的速率降温至60 ℃，实现超薄玻璃6的3D弯曲成型。
实施例4
基于实施例1的装置，一种3D曲面超薄玻璃的制造方法如下：
（1）通过温控仪自动控制，凹模2按40 ℃/min的升温速度升到400 ℃，再按60 ℃/min的升温速度升到500 ℃，凸模3按40 ℃/min的升温速度升到500 ℃。
（2）将厚度为0.1 mm的超薄玻璃6切割成长宽为135.2×135.2 mm的尺寸，并经数控机床磨边和倒角，然后依次将超薄玻璃6放置于按短边方向整体弯曲25°的凹模2上，并开启转盘1顺时针转动。
（3）当转盘1上的凹模2旋转至与凸模3对应的工位时，压下凸模3，待温度到达超薄玻璃软化温度500℃后，抽真空到-0.1 Pa，利用负压对超薄玻璃6进行预成型5秒，随后在凸模3上施加0.1 Pa的压力并保压6秒后充入空气破真空，抬起凸模3。
（4）利用玻璃转移机构5通过真空吸片的方式将超薄玻璃6转移到隧道炉7，按10 ℃/min的速率降温至50 ℃，实现超薄玻璃6的3D弯曲成型。
实施例5
基于实施例1的装置，一种3D曲面超薄玻璃的制造方法如下：
（1）通过温控仪自动控制，凹模2按100 ℃/min的升温速度升到500 ℃，再按50 ℃/min的升温速度升到800 ℃，凸模3按100 ℃/min的升温速度升到800 ℃。
（2）将厚度为0.4 mm的超薄玻璃6切割成长宽为154.6×74.8 mm的尺寸，并经数控机床磨边、打孔和倒角，然后依次将超薄玻璃6放置于四边向内2.6 mm弯曲3.2°的凹模2上，并开启转盘1顺时针转动。
（3）当转盘1上的凹模2旋转至与凸模3对应的工位时，压下凸模3，待温度到达超薄玻璃软化温度800 ℃后，抽真空到-0.2 Pa，利用负压对超薄玻璃6进行预成型10秒，随后在凸模3上施加0.3 Pa的压力并保压8秒后充入空气破真空，抬起凸模3。
（4）利用玻璃转移机构5通过真空吸片的方式将超薄玻璃6转移到隧道炉7，按50 ℃/min的速率降温至40 ℃，实现超薄玻璃6的3D弯曲成型。
以上所述的实施例意在具体说明本发明的思路。本发明之实施，并不限于以上实施例所公开的方式，凡基于上述涉及思路，进行简单推演与替换，得到的具体3D曲面超薄玻璃，都属于本发明的实施。
Claims (9)
1.一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，其特征在于：设置包括转盘（1）、凹模（2）、凸模（3）、气缸（4）、玻璃转移机构（5）、隧道炉（7）、真空系统（8）以及电气控制操作系统（9）；所述的凹模（2）均匀设在转盘（1）的四周；所述的凸模（3）设在转盘（1）工位的凹模（2）相对应的上方，凸模（3）的上方设置气缸（4）；所述的转盘（1）、玻璃转移机构（5）和隧道炉（7）依次连接；所述的电气控制操作系统（9）设在装置的侧面；所述的真空系统（8）设在成型装置的壳体内。
2.根据权利要求1所述的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，其特征在于：所述的3D曲面是玻璃的四边同时弯曲，或是玻璃四边的任意两边或一边弯曲，或是玻璃整体呈弧面弯曲。
3.根据权利要求1所述的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，其特征在于：所述的超薄玻璃，其厚度为0.1-0.4 mm，软化温度为500-800 ℃。
4. 根据权利要求1所述的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，其特征在于：所述的转盘（1）由石英玻璃制成，在转盘（1）对应的成型装置的壳体内设置转动机构；所述的转盘（1）上均匀设有石英玻璃材料制作的多个凹模（2），在每个凹模（2）的下方安装有单独控温的远红外快速加热灯管以及真空抽气或充气的管道，每个凹模（2）面上设有若干小孔。
5.根据权利要求1所述的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，其特征在于：所述的凸模（3）的材料为石英玻璃，在凸模（3）内设有可单独控温的远红外快速加热灯管；所述的凸模（3）通过气缸（4）进行上下驱动和加压，加压的范围为0.1-0.3 Pa。
6.根据权利要求1所述的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，其特征在于：所述的玻璃转移机构（5）设置位于转盘（1）和隧道炉（7）之间，由转动电机、真空吸附器和真空管（11）组成，真空管（11）与凹模（2）下方真空抽气或充气的管道相连。
7.根据权利要求1所述的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，其特征在于：所述的隧道炉（7）设置远红外快速加热灯管，并分为三个单独控制的加温区。
8.根据权利要求1所述的一种3D曲面超薄玻璃弯曲成型装置，其特征在于：上述所有的远红外快速加热灯管的加热温度范围为50-1000 ℃，加热速度为10-100 ℃/min。
9.根据权利要求1所述的一种3D曲面超薄玻璃的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）通过温控仪自动控制，按10-100 ℃/min的升温速度分阶段快速加热凹模（2）和凸模（3）；
2）将待成型的超薄玻璃（6）依次放置于转盘（1）的凹模（2）上，并开启转盘（1）转动；
3）当转盘（1）上的凹模（2）旋转至与凸模（3）对应的工位时，压下凸模（3），待温度到达超薄玻璃软化点后，抽真空到-0.1-0.2 Pa，利用负压对超薄玻璃（6）进行预成型5-10秒，随后在凸模（3）上施加0.1-0.3 Pa的压力并保压3-8秒后充入空气破真空，抬起凸模（3）；
4）利用玻璃转移机构（5）通过真空吸片的方式将超薄玻璃（6）转移到隧道炉（7），按5-30 ℃/min的速率降温至80 ℃以下，实现超薄玻璃（6）的3D弯曲成型。
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