CN107857466A - 高效3d盖板玻璃预热装置、预热方法、热弯机及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了高效3D盖板玻璃预热装置、预热方法、热弯机及其加工方法，高效3D盖板玻璃的预热装置，至少包括采用电磁感应加热设备加热的第二预热工位以及位于其后方的采用电阻加热设备加热的第三预热工位。本方案将电阻加热和电磁感应加热结合进行成型模具的预热，能够大大加速加热效率，相对于单独的电阻加热预热，能够减少一半的预热时间，预热时间可缩短至10‑20s，提高预热速度，相对于单独的电磁感应加热，能够有效的使成型模具和盖板玻璃在电磁感应加热升温后实现温度的均匀化，避免因加热温度不均造成压制过程中盖板玻璃出现损伤，从而提高3D盖板玻璃成品的良率，实现了效率提高和良率改进的有效结合。
Description
技术领域
本发明涉及盖板玻璃加工领域，尤其是高效3D盖板玻璃预热装置、预热方法、热弯机及其加工方法。
背景技术
随着5G信号时代的到来，传统的金属外壳屏蔽信号的缺点趋于明显。
玻璃作为手机外壳具有新颖的外观、舒适的手感、良好的可塑性等众多优点，逐渐取代传统的塑料外壳和金属外壳。
最新的创新之一是通过弯曲玻璃的边缘或中心来获得三维结构形状，即通过在加热的同时并向盖板玻璃的四周施加压力，来使现有二维平面状态下的盖板玻璃弯曲成3维形状。
现有的应用于3D手机盖板玻璃成型工艺的加热方法主要有电阻棒加热和电磁感应加热。
电阻棒加热成型工艺，即通过电阻加热管加热，通过热传导的方式间接加热成型模具使玻璃软化，但是电阻加热缓慢，成型模具通过每个工位后带走的热量损失，需要较长的时间进行温度补偿，且加热的最高温度受到了限制。
电磁感应加热是利用电磁感应使模具内部产生电流，依靠涡流的能量加热成型模具，其优点是能够在数秒内使成型模具达到玻璃软化点的温度，其缺点是由于电磁的特性，成型模具靠近线圈侧温度高，远离线圈远侧温度低，导致成型模具的热均匀性非常差，从而导致盖板玻璃的热均匀性很差，致使最终压制成型的3D盖板玻璃良率很低。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供高效
3D盖板玻璃预热装置、预热方法、热弯机及其加工方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
高效3D盖板玻璃的预热装置，至少包括采用电磁感应加热设备加热的第二预热工位以及位于其后方的采用电阻加热设备加热的第三预热工位。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其中：所述电磁感应加热设备的感应频率在30kHz-80kHz之间，电压为380VAC。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其中：所述第二预热工位采用电磁感应加热设备和电阻加热设备进行复合加热。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其中：所述第二预热工位的前端还设置有采用电阻加热设备进行加热的第一预热工位。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其中：所述电阻加热设备包括位置固定的下加热模块和可升降的上加热模块，所述下加热模块和上加热模块均包括内置有电阻棒加热管的加热块，所述加热块背向成型模具的一侧设置有隔热装置，所述隔热装置连接散热装置，所述上加热模块的散热装置连接驱动其升降的驱动装置。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其中：所述隔热装置是与加热块线接触和/或多点接触的不锈钢体或者超级合金体，所述散热装置是采用冷却液的冷却设备。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其中：所述第三预热工位包括1-3个独立的分工位。
高效3D盖板玻璃热弯机，包括预热工站、成型工站、冷却工站及用于使成型模具依次经过各工站的输送设备，还包括上述任一的高效3D盖板玻璃的预热装置。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃热弯机，其中：所述成型工站采用所述电阻加热设备进行加热，其使成型模具保持在软化点温度；所述冷却工站采用温度低于成型模具的电阻加热设备实现冷却。
高效3D盖板玻璃的预热方法，包括如下步骤：
S1，将装有盖板玻璃的成型模具置入第一预热工位，通过电阻加热设备进行加热，加热期间不对盖板玻璃施加压力；
S2，将经过S1步骤的成型模具置入第二预热工位，至少通过电磁感应加热设备加热，使成型模具的温度升高至不低于盖板玻璃的软化点温度，加热期间不对盖板玻璃施加压力；
S3，将经过S2步骤的成型模具置入第三预热工位，采用电阻加热设备加热，使经过S2步骤的成型模具和盖板玻璃的温度均匀化并维持在盖板玻璃的软化点温度，加热期间不对盖板玻璃施加压力。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃的预热方法，在S2步骤中，通过电磁感应加热设备及电阻加热设备进行复合加热。
高效3D盖板玻璃热弯机的加工方法，采用上述任一的预热方法进行预热；还包括S4，将经过预热的成型模具置入成型工站，采用电阻加热设备使成型模具保持在盖板玻璃的软化点温度同时对盖板玻璃施加压力；
S5，将经过S4步骤的成型模具置入冷却工站，对盖板玻璃施加压力，同时通过温度低于成型模具的电阻加热设备使盖板玻璃冷却至常温后成型。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃热弯机的加工方法，在S4步骤中，对盖板玻璃施加压力在600-1200KPa之间。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃热弯机的加工方法，在S5步骤中，对盖板玻璃施加的压力在300-600 KPa之间。
优选的，所述的高效3D盖板玻璃热弯机的加工方法，在S5步骤中，所述冷却工站的各冷却工位的温度递减，且第一个冷却工位的电阻加热设备的温度与盖板玻璃的软化点的温度差在200±10℃之间。
本发明技术方案的优点主要体现在：
本方案设计精巧，结构简单，将电阻加热和电磁感应加热结合进行成型模具的预热，能够大大加速加热效率，相对于电阻加热预热，能够减少一半的预热时间，预热时间可缩短至10-20s，大大提高预热速度，缩短了整体的加工时间，通过对预热工站各工位具体加热方式的设置，相对于单独的电磁感应加热，能够有效的使成型模具和盖板玻璃在电磁感应加热升温后实现温度的均匀化，避免因加热温度不均造成压制过程中盖板玻璃出现损伤，从而提高3D盖板玻璃成品的良率，实现了效率提高和良率改进的有效结合。
在电磁感应加热之前设置电阻加热的第一预热工位，能够有效满足设备入料口温度不能过高的要求，同时，有利于保证成型模具与盖板玻璃在它们允许的升温速率内加热升温，减小对成型模具和盖板玻璃性能的不利影响。
在第二预热工位进一步结合电阻加热方式，将两中加热方式叠加，有利于进一步提高加热速率，从而节约预热时间，提高整体加工效率。
采用特制结构的电阻加热装置，通过减小加热块与隔热装置的接触面积，从而减小加热块因热传导而导致的热量损失，提高加热效率，同时通过冷却装置能够有效的避免高温对与加热模块连接的设备的影响，尤其是能够减小因受热导致动作变形带来的压制误差，有利于提高设备的使用寿命和提高产品良率。
在压制过程中，采用电阻加热装置加热，能够进一步实现成型模具温度的均匀性，从而保证盖板玻璃均匀受热，有利于提高产品良率。
在冷却过程中，通过对第一个冷却工位的温度的设置，从而在保证盖板玻璃不破碎的前提下，提高冷却效率，从而有利于提高整体的加工效率。
附图说明
图1 是本发明的结构示意图；
图2是本发明的电阻加热设备结构示意图；
图3是本发明的加工工艺的温度变化曲线图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
在发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图对本发明的高效3D盖板玻璃热弯机进行解释，应用于3D手机盖板玻璃、3D平板电脑盖板玻璃、3D液晶显示玻璃等加工，如附图1所示，包括预热工站1，即预热装置，所述预热工站1至少包括至少采用电磁感应加热设备5进行加热的第二预热工位12以及间隙设置于其后方的采用电阻加热设备6进行加热的第三预热工位13。
其中，所述电磁感应加热设备5至少包括环状的感应线圈及与所述感应线圈连接并为其提供交变电流的供电装置，所述感应线圈可以连接在升降结构上，从而在优选为石墨材质的成型模具4移动到加热位置时，感应线圈下降将成型模具4套住进行加热，在加热结束后，感应线圈上升，使成型模具4可以移动。
当然，在其他实施例中，所述感应线圈也可以是延伸一定长度且固定在成型模具输送线外周的结构，成型模具移动到其中空内腔中时进行加热，移出时即不再加热，此处对于感应线圈的具体布设形式不作限定。
并且，所述电磁感应加热设备5优选为高频感应加热设备，通常频率在10 kHz以上为高频，本方案中优选感应频率在30kHz-80kHz之间，从而能够快速产生剧烈热源实现快速加热，所述电磁感应加热设备5的电压为380VAC，供电装置的功率则可以根据实际工艺要求进行调整，如当需要在10s内使模具上升300-400℃时，功率可以选择为20KW，一般来说：时间越短，上升温度越高，供电装置所需的功率越大。
另外，在另一实施例中，还可以根据实际需要在所述第二预热工位12处增加电阻加热设备6进行加热，从而能够将电磁感应加热和电阻加热复合，以进一步提高加热速率。
如附图2所示，所述电阻加热设备6包括位置固定的下加热模块61和可升降的上加热模块62，优选所述下加热模块61固定在用于承载成型模具4的承载板的下方，所述上加热模块62与所述下加热模块共轴设置，当然，所述下加热模块61和上加热模块62具体设置位置、布设形式及个数可以根据实际需要进行调整，如在承载板的两侧也设置有下加热模块61，或所述上加热模块62是多个且围合成槽型等，在此不作限定。
进一步来说，所述下加热模块61和上加热模块62均包括内置有电阻棒加热管601的加热块602，所述加热块602背向成型模具4的一侧设置有隔热装置603，所述隔热装置603连接散热装置604，所述上加热模块62的散热装置604连接驱动其升降的驱动装置，优选所述驱动装置为气缸，当然也可以是其他可行的结构，在此不作限定。
所述隔热装置603是与加热块602线接触和/或多点接触的不锈钢体或者超级合金体，例如其是环状结构、管状结构或者多根独立且与加热块的平面垂直的支杆结构等，在此不作限定，从而能够减小与加热块602的接触面积，减少加热块602因热量传导导致的热量损失；所述散热装置604主要用于阻隔所述隔热装置603与驱动装置的热传导，防止气缸与上加热模块连接的位置因过度受热变形从而导致动作变形，使压制时的误差变大，散热装置604是采用冷却液的冷却设备，优选为水冷设备。
同时，发明人研究发现，如果将电磁感应加热设备5，即第二预热工位12直接设置于热弯机的入料端位置，则工作时，入料端位置会存在较高的温度，不利于作业人员操作，更进一步，由于电磁感应加热的速度块，温度变化幅度大，因此，在短时间内将成型模具和盖板玻璃从常温升温到目标温度过程中，升温速率极有可能超出成型模具和盖板玻璃能够承受的升温速率范围，造成不利影响，因此，优选在所述第二预热工位12的前端还间隙设置有采用上述的电阻加热设备6进行加热的第一预热工位11，因此预热工站1的整体结构为，从入料端向后依次排布的采用电阻加热设备6进行加热的第一预热工位11、第二预热工位12和第三预热工位13。
整个预热工站1通常为3-5个间隙设置的工位，具体工位数量可以根据不同的工艺要求设计，通过增加预热工位的数量，有利于减少成型模具在每个工位上停留的时间，但是也增加了设备制造成本和控制难易程度，预热工站1具体工位数量的调整是通过调整所述第三预热工位13的分工位的数量来实现，优选所述分工位的数量为1-3个，并且，当所述第三预热工位为多个分工位时，且当所述第二预热工位12使所述成型模具4加热到盖板玻璃的软化点温度以上时，所述第三预热工位的各分工位之间还可以递减，从而使成型模具4的温度匀速的降低到软化点温度。
在实际工作时，如附图3所示，所述第一预热工位11将位于其加热区域内的成型模具及盖板玻璃先以较低的加热速率加热到一定温度，该温度与目标温度仍有一定的差距，因此入口端处的温度要低很多，并且，此时再进行电磁感应加热时，温度的变化幅度相对减小，在一个工位加热时间不变的条件下，加热速率降低很多。
接着通过所述第二预热工位12以较高的加热速率使成型模具在短时间内加热升温至不低于盖板玻璃的软化点温度，如附图3所示，使成型模具加热到盖板玻璃的软化点温度以上，加热到的具体温度根据盖板玻璃的软化点及石墨尺寸在700-800℃之间调整。
再由所述第三预热工位13使所述成型模具4的温度从第二预热工位12的最大温度缓慢的下降至盖板玻璃的软化点温度后保持一段时间，如附图3所示，当然，如果在第二预热工位12仅将成型模具加热到盖板玻璃的软化点温度，在第三预热工位13处则使成型模具直接保持在盖板玻璃的软化点温度。
在电磁感应加热后，成型模具的温度分布不均匀，靠近电磁线圈的区域温度更高，远离的位置温度相对要低，即成型模具的边缘温度和中心温度存在温度差，因此在第三预热工位13采用电阻加热设备进行后续加热时，由于电阻加热设备与成型模具轴向的两个表面的位置更加契合，不存在偏离的情况，因此能够使成型模具的上下表面整体受热，从而使成型模具的温度分布均匀化，进而使盖板玻璃各部位均匀受热达到软化点温度，避免在后续的压制过程中因局部未达到软化点位置而硬受力导致盖板玻璃易压坏和/或因局部过热而导致盖板玻璃过度变形的情况出现；并且，在第一预热工位11、第二预热工位12和第三预热工位13加热过程中，所述上加热模块62不对成型模具4施加压力。
在预热之后，如附图1、附图3所示，装有盖板玻璃的所述成型模具4还要经过成型工站2压制及在冷却工站3冷却定型，所述成型工站2包括至少一个单独的压制工位，优选为3个且间隙设置，每个压制工位均采用上述的电阻加热设备6进行加热，并使盖板玻璃保持在软化点温度，在加热的同时，所述上加热模块62对成型模具4的上模板施加压力，从而使盖板玻璃受力变形。
所述冷却工站3与所述成型工站2保持间隙，其同样包括至少一个单独的冷却工位，优选为3-4个且间隙设置，每个冷却工位同样采用电阻加热设备6进行成型模具4的冷却，并且每个冷却工位的电阻加热设备6的温度低于成型模具4的温度且多个冷却工位的电阻加热设备6的温度递减；在冷却的同时，每个冷却工位还通过上加热模块62对盖板玻璃施加压力。
在整个加工过程中，如附图1所示，为了实现成型模具4依次在各工站及在各工站中的各工位间的移动，所述热弯机还包括输送设备，所述输送设备可以是已知的各种形式和结构，本方案中优选其至少包括上述的贯穿所述预热工站、成型工站及冷却工站各工位的承载板以及在每个工位处设置有驱动所述成型模具在支撑板上移动的拨动机构，所述拨动机构位于相邻工位之间的间隙处，其包括拨杆7、驱动所述拨杆7升降的气缸（图中未示出）及驱动拨杆7在工位之间移动且由马达和丝杠（图中未示出）构成的平移机构；不需要推送成型模具时，所述气缸处于缩回状态，且所述拨杆7处于缩回状态；当需要推送成型模具，所述气缸的伸缩轴伸出，使所述拨杆下移到成型模具的侧方位置，接着所述伺服马达驱动所述丝杠带动所述拨杆平移，实现模具的推送。
并且，在所述热弯机上还设置有用于向热弯机腔体内充入氮气以进行成型模具保护的氮气供应装置。
采用上述的高效3D盖板玻璃热弯机加工时，其过程如下：
S1，将装有盖板玻璃的成型模具4置入第一预热工位11，通过电阻加热设备进行成型模具4和盖板玻璃的加热，加热期间不对盖板玻璃施加压力。
S2，通过拨动机构将经过S1步骤加热的成型模具4推入到第二预热工位12中，至少通过电磁感应加热设备5进行成型模具的加热，使成型模具4的温度升高至不低于盖板玻璃的软化点温度，优选在700-800℃之间，加热期间不对盖板玻璃施加压力；另外，在S2步骤中，进一步优选通过电磁感应加热设备5及电阻加热设备6进行复合加热。
S3，通过拨动机构将经过S2步骤加热的成型模具4置入第三预热工位13，采用电阻加热设备6对成型模具及盖板玻璃进行加热，使经过S2步骤的成型模具及盖板玻璃的温度均匀化并维持在盖板玻璃的软化点温度，加热期间不对盖板玻璃施加压力。
S4，通过拨动机构将经过预热工站1预热的成型模具4依次置入成型工站的各压制工位，在各压制工位采用电阻加热设备6使成型模具4及盖板玻璃保持在盖板玻璃的软化点温度同时通过上加热模块62对盖板玻璃施加压力，并且控制每个压制工位对盖板玻璃施加压力在600-1200KPa之间，发明人发现，如果施加的压力小于上述范围时，则最终成形的盖板玻璃的弯曲程度低于标准要求，反之，若大于上述范围时，则最终成形的盖板玻璃变形过度。
S5，将经过S4步骤的成型模具置入冷却工站，对盖板玻璃施加压力，并且控制压力在300-600 KPa之间；在施加压力的同时通过温度低于成型模具的电阻加热设备6使盖板玻璃冷却至常温后成型。
具体来说，所述冷却工站3的各冷却工位的温度呈递减趋势，并且，经过成型工站进入冷却工站后，如果此时冷却工位的电阻加热设备的温度与成型工站中的温度差值过大时，盖板玻璃会在压力下出现破碎的情况，而如果两者之间的温度差值过小，则盖板玻璃的冷却效率慢，发明人通过实验发现，当冷却工站中的第一个冷却工位的电阻加热设备的温度与盖板玻璃的软化点的温度差在200±10℃之间时，能够获得最优的效果。
并且，在整个加工过程中，控制成型模具4在每个工位停留的时间相同，从而能够使各工位的加工节拍匹配，能够实现多个产品的同时加工。并且，成型模具在每个工位的停留的时间参数是可调节的，且时间决定设备的出片效率，在保证质量的前提下，时间越短效率越高。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.高效3D盖板玻璃的预热装置，其特征在于：至少包括采用电磁感应加热设备（5）加热的第二预热工位（12）以及位于其后方的采用电阻加热设备（6）加热的第三预热工位（13）。
2.根据权利要求1所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其特征在于：所述电磁感应加热设备（5）的感应频率在30kHz-80kHz之间，电压为380VAC。
3.根据权利要求1所述的高效3D盖板玻璃热弯机，其特征在于：所述第二预热工位（12）采用电磁感应加热设备（5）和电阻加热设备（6）进行复合加热。
4.根据权利要求1所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其特征在于：所述第二预热工位（12）的前端还设置有采用电阻加热设备（6）进行加热的第一预热工位（11）。
5.根据权利要求1-4任一所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其特征在于：所述电阻加热设备（6）包括位置固定的下加热模块（61）和可升降的上加热模块（62），所述下加热模块（61）和上加热模块（62）均包括内置有电阻棒加热管（601）的加热块（602），所述加热块（602）背向成型模具（4）的一侧设置有隔热装置（603），所述隔热装置（603）连接散热装置（604），所述上加热模块（62）的散热装置（604）连接驱动其升降的驱动装置。
6.根据权利要求5所述的高效3D盖板玻璃的预热装置，其特征在于：所述隔热装置（603）是与加热块（602）线接触和/或多点接触的不锈钢体或者超级合金体，所述散热装置（604）是采用冷却液的冷却设备。
7.高效3D盖板玻璃热弯机，包括预热工站（1）、成型工站（2）、冷却工站（3）及用于使成型模具（4）依次经过各工站的输送设备，其特征在于：还包括权利要求1-6任一所述的高效3D盖板玻璃的预热装置。
8.根据权利要求7所述的高效3D盖板玻璃热弯机，其特征在于：所述成型工站（2）采用所述电阻加热设备（6）进行加热，其使成型模具（4）保持在软化点温度；所述冷却工站（3）采用温度低于成型模具的电阻加热设备（6）实现冷却。
9.高效3D盖板玻璃的预热方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，将装有盖板玻璃的成型模具置入第一预热工位，通过电阻加热设备进行加热，加热期间不对盖板玻璃施加压力；
S2，将经过S1步骤的成型模具置入第二预热工位，至少通过电磁感应加热设备加热，使成型模具的温度升高至不低于盖板玻璃的软化点温度，加热期间不对盖板玻璃施加压力；
S3，将经过S2步骤的成型模具置入第三预热工位，采用电阻加热设备加热，使经过S2步骤的成型模具和盖板玻璃的温度均匀化并维持在盖板玻璃的软化点温度，加热期间不对盖板玻璃施加压力。
10.根据权利要求9所述的高效3D盖板玻璃的预热方法，其特征在于：在S2步骤中，通过电磁感应加热设备及电阻加热设备进行复合加热。
11.高效3D盖板玻璃的加工方法，其特征在于：采用权利要求9或10的预热方法进行预预热；还包括S4，将经过预热的成型模具置入成型工站，采用电阻加热设备使成型模具保持在盖板玻璃的软化点温度同时对盖板玻璃施加压力；
S5，将经过S4步骤的成型模具置入冷却工站，对盖板玻璃施加压力，同时通过温度低于成型模具的电阻加热设备（6）使盖板玻璃冷却至常温后成型。
12.根据权利要求11所述的高效3D盖板玻璃的加工方法，其特征在于：在S4步骤中，对盖板玻璃施加压力在600-1200KPa之间。
13.根据权利要求11所述的高效3D盖板玻璃的加工方法，其特征在于：在S5步骤中，对盖板玻璃施加的压力在300-600 KPa之间。
14.根据权利要求11所述的高效3D盖板玻璃的加工方法，其特征在于：在S5步骤中，所述冷却工站的各冷却工位的温度递减，且第一个冷却工位的电阻加热设备的温度与盖板玻璃的软化点的温度差在200±10℃之间。
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