CN107470985A - 一种用于玻璃面板成型的石墨模具的制备方法及石墨模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于玻璃面板成型的石墨模具的制备方法，包括先对石墨块进行CNC加工得到成型的石墨块，所述CNC加工过程中包括使用球面金刚石刀具对石墨块进行倾斜式CNC加工，所述倾斜式CNC加工过程中，CNC主轴竖直设置而石墨块固定设置在支撑座(3)上，所述支撑座上用于支撑石墨块的支撑面与水平面间呈5°～40°的夹角；再对CNC加工所得石墨块进行抛光得到所述石墨模具，所述抛光包括使用含钻石粉的抛光液对成型的石墨块进行反复擦拭抛光，且抛光的路径为螺旋形路径。使用本发明所述方法制备得到的石墨模具用于玻璃面板热弯成型，可以得到表面质量更高的热弯玻璃。
Description
技术领域
本发明属于手机玻璃面板的热弯成型技术领域，具体涉及一种用于玻璃面板成型的石墨模具的制备方法及石墨模具。
背景技术
石墨是碳元素的同素异形体，碳原子间以共价键结合，构成共价分子，具有耐高温、耐酸碱、抗氧化、抗腐蚀的优良特性。石墨的熔点为3850℃，即使经过高温灼烧，其重量损失也很小，热膨胀系数也很小，导热导电性能优良。石墨属于六方晶体，其层面间结合力比较弱，内部气孔率大，抗拉强度低，上述特点使得石墨的机械加工性能非常好，其用途也非常广泛。由于玻璃热弯工艺在成型时温度较高(750-900摄氏度)，金属到达该温度后容易软化、形变和氧化，但石墨的耐高温性和导电、导热、抗拉等优良特性符合玻璃热弯工艺的要求，故可以选择将石墨制成玻璃热弯模具。
现数码产品用玻璃基板行业所涉及的触控面板是一种集优良光学性能、物理性能和化学性能于一体的多功能氧化物晶体，为了满足消费者的消费需求，对玻璃面板的平整度、表面质量、表面形状要求越来越高。普通的玻璃面板冷加工技术已很难适应发展需求，随着科技的发展，3D弧面玻璃成为时代主流，但在3D弧面曲面玻璃的生产中，传统的加工技术耗时长、产能低、良率不稳定，而采用热弯成型工艺后可大大提升产能与良率。
将石墨制成的热弯模具应用于触控玻璃面板的成型工艺，因加工完成的模具具有很好的表面质量与精度，使得模具热弯出来的产品同样具很高的精度与很好的表面质量。同时，因石墨材料易加工，生产模具的工艺较为单一，使得石墨模具的生产周期短、产能高，可以快速满足产品的上量需求。
现有技术中有采用金属作为热弯模具成型玻璃面板的工艺。但金属在高温的长期作用下极易变形和形成表面氧化膜，而氧化膜会阻挡热量传递也容易粘玻璃，使得模具不易脱模，产品容易划伤模具，模具寿命短。另外，金属模具加工周期长，特别是对于一些硬度较高的金属材料，其加工困难，加工后难以取得很好的表面质量。再有，金属模具在玻璃成型过程中的升温时间和冷却时间均比石墨长3倍，这样大大延长了金属模具的加工时间和玻璃的成型时间，对触控玻璃面板热弯成型的效果及玻璃产品迅速进入市场不利。
专利申请CN201510360146.1中提供一种玻璃片热弯成型的加工设备及其加工工艺，该专利申请中使用石墨治具用于玻璃成型，但该专利申请中并未公开石墨模具的具体制备方法。另外，专利申请CN201410279379提供一种手机曲面玻璃面板及其成型方法，该专利申请中同样不涉及石墨模具的制备方法。且使用该发明中的石墨模具用于热弯玻璃面板时，所得玻璃面板的表面参数为：玻璃制品表面平整度为±0.08mm或±0.05mm(即80微米或50微米)、抛光面粗糙度≤Ra4纳米(或3nm)。为制得表面质量更高的3D玻璃面板，本领域需要一种表面质量更好的石墨模具和一种新的石墨模具的制备方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明首先提供一种用于玻璃面板成型的石墨模具的制备方法，包括如下步骤：
步骤A、对石墨块进行CNC加工得到成型的石墨块，所述CNC加工过程中包括使用球面金刚石刀具对石墨块进行倾斜式CNC加工，所述倾斜式CNC加工过程中，CNC主轴竖直设置而石墨块固定设置在支撑座上，所述支撑座上用于支撑石墨块的支撑面与水平面间呈5°～40°的夹角，使得CNC刀具主轴与石墨块的底面间呈50～85°角；
步骤B、对步骤A所得石墨块进行抛光得到所述石墨模具，所述抛光包括使用含钻石粉的抛光液对成型的石墨块进行反复擦拭抛光，且抛光的路径为螺旋形路径。
在一种具体的实施方式中，支撑面与水平面间呈10°～30°的夹角。
在一种具体的实施方式中，抛光液包括质量比为1：1～2的钻石粉与水，优选钻石粉与水的质量比为1：1～1.5。
在一种具体的实施方式中，CNC加工时，所述支撑面上加工有用于真空吸附固定石墨块的通孔。优选地，所述通孔为阵列式分布的多个通孔，可以根据模具的外形大小调整支撑面上的通孔开合状态，以达到饱和真空吸附的效果。例如模具仅覆盖支撑面上的部分通孔，则用其它封孔方式将没有被模具覆盖的通孔封闭。
在一种具体的实施方式中，所述抛光包括先用砂纸粗抛，再用粒径逐次递减的钻石粉抛光液对石墨块进行多次螺旋形抛光，优选所述抛光液中钻石粉的粒径在500nm～50nm内逐次递减，更优选所述抛光液中钻石粉的粒径在300nm～90nm内分2～4次逐次递减。例如，抛光中首次选用的钻石粉的粒径为200nm，第二次和第三次抛光选用的钻石粉的粒径为140nm和95nm。
在一种具体的实施方式中，所述CNC加工步骤中使用的刀具包括圆柱形刀具和球面金刚石刀具，且球面金刚石刀具根据金刚石粒径不同而包括球面粗刀和球面精刀，使用圆柱形刀具和球面粗刀时均使用垂直式CNC加工，而在使用球面精刀时使用倾斜式CNC加工。圆柱形刀具的外圆面和底面均都设有金刚石砂。
在一种具体的实施方式中，球面金刚石刀具为球面刀具基体上镀有金刚石涂层的刀具，且所述球面金刚石刀具的半径为1～3mm，优选为1.2～1.8mm。具体地，本发明所使用的球面金刚石刀具例如为范霍恩石墨专用刀具(含金刚石涂层)。
本发明还提供一种石墨模具，用于热弯成型得到高表面质量的玻璃面板，所述石墨模具为使用如上所述方法制备得到。
本发明还提供一种用于CNC加工石墨模具的装置，所述装置包括连接在竖直设置的CNC刀具主轴下端的球面金刚石刀具，所述球面金刚石刀具用于对位于其下方的石墨块进行CNC加工，所述装置还包括用于支撑石墨块倾斜固定设置的支撑座，且支撑座上用于支撑石墨块的支撑面与水平面间呈5°～40°的夹角，所述支撑面上含有真空吸气孔用于将石墨块真空吸附固定在支撑座上。
本发明提供的方案至少具有如下有益效果，当然所述有益效果不必在同一个方案中同时达到：
1)使用本发明中所得石墨模具制备得到的玻璃制品表面平整度达到8微米，而抛光面的粗糙度达到0.5nm或以下。相比现有技术中表面平整度达80微米和抛光面的粗糙度低于4nm，本发明为石墨模具热弯玻璃的制品表面质量提高迈出了一大步。另外，本发明中热弯所得的玻璃产品无刀印，这些都有利于缩短玻璃产品的扫磨时间和提升玻璃产品的出厂质量。
2)在另一种石墨模具加工过程中，石墨很容易崩边，对刀具的要求也较高，刀具容易磨损，加工成本高，刀具很容易在石墨表面产生刀纹和接刀痕，给后续模具抛光和产品扫磨造成很多不便。本发明从实际上解决了这些问题，通过采用金刚石球面精刀和倾斜加工法使得石墨模具的品质和玻璃产品的品质得到显著提升。
3)本发明提供的方案使得石墨模具的加工时间明显缩短，提高了石墨模具的生产效率，且加工石墨模具用的球面金刚石刀具的寿命得到明显延长，有效降低了石墨模具的生产成本。
4)本发明中使用真空设备和阵列式分布的多个通孔将石墨块均匀地吸附固定在支撑面上，可以根据模具的外形大小调整支撑面上的通孔的固定开合状态，以达到饱和的真空吸附效果。该设计使得加工石墨块时能快速地装夹石墨块，且可保证石墨块不变形，加工后石墨模具的平面度很高。
附图说明
图1为本发明中CNC加工装置示意图，
图2为本发明中CNC加工用球面金刚石刀具示意图，
图3为本发明中支撑座的俯视示意图。
其中：1、石墨块，2、CNC刀具主轴，3、支撑座，31、支撑面，4、球面金刚石刀具，5、刀柄。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明中，所述玻璃可以是普通玻璃或蓝宝石玻璃，本发明提供的石墨模具用于将平板玻璃热弯成型为半球形、龟壳形、平面加外周曲边等任意形状的玻璃。本发明中成套的石墨模具可以只包括上模和下模，也可以还含有中模。且该石墨模具的下模模仁(与玻璃接触处)一般是凸模，模具的上模模仁一般是凹模，热压成型过程中，通过上下模的压合而使得位于其间的平片玻璃热弯成型。
本发明的CNC加工的过程不仅针对凸起和凹陷的模仁部分，还涉及石墨模具的其它部分，但一般仅有石墨模具的模仁部分需要抛光。
本发明中，石墨块加工用的CNC(由程序控制的自动化机床)例如为牧野V33I石墨机型，其最高转速4万转/min。在对石墨进行抛光的过程中，可通过人工手动抛光(或使用机器抛光)模具表面，所用抛光粉例如为商购的钻石抛光粉，按1:1～2的质量比例加入水中制成抛光液。在一种具体的实施方式中，CNC加工后的石墨块先用细砂纸(8000#)轻抛，以清除加工后残余在石墨块表面的细微石墨粉粒。所述细砂纸的颗粒粒径大约为1.3微米，且所述细砂纸可以是金刚砂纸或人造金刚砂纸，二者均可通过商购获取。用砂纸轻抛后再用含钻石粉的抛光液对其进行抛光。钻石研磨粉晶粒例如由200nm分三级逐渐递减至95nm，直到模具表面达到镜面效果。抛光后，所得的石墨模具可用于对玻璃进行热弯成型。具体地，通过热弯机控制模具温度，对平板玻璃热压成型，使用的热弯机例如为大湖热弯机或GNT热弯机。在玻璃热弯成型的一种具体实施方式中，热弯炉温由常温逐渐递增至最高温度851℃，再逐渐递减至常温。由于玻璃面板常温下易碎、易裂，突然加热至较高温度会使热量传递产生断差，进而导致玻璃面板破裂。因此在玻璃热弯过程中适宜采用逐渐递增的温度曲线控制热弯炉温度，保温一段时间使得玻璃面板与模具全部紧贴，使产品尺寸精度与模具尺寸精度全部拟合贴近，贴合公差＜0.005mm。
实施例1
本实施例中，采用本发明所述方法加工石墨模具的下模(凸模)，其具体的加工方法和参数如下：
先加工石墨模具的背面：将石墨模板原材料(石墨块)放至吸盘(石墨放置面水平设置的基座)上，通过挡块及真空发生器固定石墨块，将石墨毛料的一面铣平整，再翻转使得石墨模具的待加工面(石墨模具的背面)朝上，进行CNC加工，具体加工参数见表1。表1相应的石墨模具的背面加工过程中，石墨块一直是水平放置。
表1
在石墨模具的背面加工完成后再次翻转石墨工件进行正面加工，正面加工的加工参数见表2，表2中仅有刀具“R1.5”对应采用倾斜加工方式，即使用带倾斜支撑面的支撑座固定所述石墨块。表1和表2中，R0.5和R1.5分别是指半径为0.5mm和1.5mm的球刀(球面金刚石刀具)，D10和D4分别表示直径为10mm和4mm的圆柱形刀具(砂棒)。正面加工完后得到石墨模具下模相应的石墨块。
表2
加工过程因治具(基座或支撑座)平面非常平整(平面度<0.002mm)，底部真空吸气使得石墨工件与治具表面紧密贴合，加工后石墨工件的平整度可保证在0.005mm以内，同时加工过程使用全自动分中探测仪，可保证石墨工件型位误差在0.003mm以内。加工完成后的检测良率达95％以上。
CNC加工并检测完成后人工手动抛光(也可以使用机器抛光)，具体实施步骤如下：先用7000#或8000#砂纸粗抛15分钟左右，将残附在模仁表面的细小微粒去除。粗抛过后再用无尘布+钻石抛光粉(型号989-2)与清水按1：1的比例在模仁面上轻轻抛亮，抛光路径呈螺旋状，一般持续精抛50～60分钟即可。
抛光完成后将所得的石墨模具送至热弯炉内进行玻璃热弯成型。本工艺中使用全自动热弯成型机，只需将石墨模具固定至机台并按下启动程序便可自动对石墨进行热弯成型。
使用本实施例中的石墨模具应用于玻璃热弯工艺获得的手机触控面板，一次合格率为88％以上(即使是最严格的参数要求)，并且热弯成型后的玻璃面板表面粗糙度为0.5nm以内，玻璃面板的平整度为8um，厚薄尺寸公差为0.03mm。
对比例1
对比例1的CNC加工中刀具主轴始终与石墨板面垂直，即刀具主轴竖直设置且石墨板面始终保持水平设置。且抛光过程中走直线路径精抛。对比例1的其它步骤和参数均与实施例1相同。分别使用实施例1和对比例1中的加工方法制备得到的石墨模具进行玻璃热弯成型，对于同一石墨原材料来说，首先是CNC加工中正面的最后一步(R1.5刀具加工)的加工时间降低1/4～1/3，例如某石墨块的加工时间由167min降低至125min左右，其次是可以延长该球面刀具的使用寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于玻璃面板成型的石墨模具的制备方法，包括如下步骤：
步骤A、对石墨块进行CNC加工得到成型的石墨块，所述CNC加工过程中包括使用球面金刚石刀具(4)对石墨块进行倾斜式CNC加工，所述倾斜式CNC加工过程中，CNC主轴(2)竖直设置而石墨块(1)固定设置在支撑座(3)上，所述支撑座上用于支撑石墨块的支撑面与水平面间呈5°～40°的夹角，使得CNC刀具主轴与石墨块的底面间呈50～85°角；
步骤B、对步骤A所得石墨块进行抛光得到所述石墨模具，所述抛光包括使用含钻石粉的抛光液对成型的石墨块进行反复擦拭抛光，且抛光的路径为螺旋形路径。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，支撑面与水平面间呈10°～30°的夹角。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，抛光液包括质量比为1：1～2的钻石粉与水，优选钻石粉与水的质量比为1：1～1.5。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，CNC加工时，所述支撑面上加工有用于真空吸附固定石墨块的通孔。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述通孔为阵列式分布的多个通孔，可以根据模具的外形大小调整支撑面上的通孔开合状态，以达到饱和真空吸附的效果。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述抛光包括先用砂纸粗抛，再用粒径逐次递减的钻石粉抛光液对石墨块进行多次螺旋形抛光，优选所述抛光液中钻石粉的粒径在500nm～50nm内逐次递减，更优选所述抛光液中钻石粉的粒径在300nm～90nm内分2～4次逐次递减。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述制备方法，其特征在于，所述CNC加工步骤中使用的刀具包括圆柱形刀具和球面金刚石刀具，且球面金刚石刀具根据金刚石粒径不同而包括球面粗刀和球面精刀，使用圆柱形刀具和球面粗刀时均使用垂直式CNC加工，而在使用球面精刀时使用倾斜式CNC加工。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述制备方法，其特征在于，球面金刚石刀具为球面刀具基体上镀有金刚石涂层的刀具，且所述球面金刚石刀具的半径为1～3mm，优选半径范围在1.2-1.8mm。
9.一种石墨模具，用于热弯成型得到高表面质量的玻璃面板，所述石墨模具为使用如权利要求1～8中任意一项所述方法制备得到。
10.一种用于CNC加工石墨模具的装置，所述装置包括连接在竖直设置的CNC刀具主轴(2)下端的球面金刚石刀具(4)，所述球面金刚石刀具(4)用于对位于其下方的石墨块进行CNC加工，所述装置还包括用于支撑石墨块(1)倾斜固定设置的支撑座(3)，且支撑座上用于支撑石墨块的支撑面(31)与水平面间呈5°～40°的夹角，所述支撑面(31)上含有真空吸气孔用于将石墨块(1)真空吸附固定在支撑座(3)上。
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