CN108218198B - 一种手机曲面玻璃屏加工系统及加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工艺简单、操作方便、成品率高的手机玻璃曲面成型方法，自动化程度高。模具自动进出炉体工位台，工位台工段作用衔接，温度控制精确。模具采用石墨材料，润滑性能高，热应力小，不容易粘模。发热体采用分段电加热，功率控制精确；同时采用电加热管或红外发射管可以保证炉体清洁。在炉腔内采用高纯氮气保护模具，模具使用寿命高。退火工段和热压工段有绝热保温过渡，温度控制精确。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃加工领域，尤其涉及一种手机曲面玻璃屏加工系统及加工方法。
背景技术
手机的玻璃盖板是电容式触摸屏最外层起保护作用的一层材质。3D曲面玻璃具有轻薄、透明洁净、抗指纹、防眩光、坚硬、耐刮伤、耐候性佳等特点，可型塑做出3D多形状外观具有产品特殊设计新颖性与质感佳，又可增加弧形边缘触控功能带来出色的触控手感，还可完善出更好的握感体验。手机产品的创新以及4G，5G，无线充电灯等新通讯技术的发明促进了3D玻璃在手机上的应用。
3D曲面玻璃的生产方法是将玻璃基板经过模板切割、磨边、清洗、热弯成型、抛光、化学钢化、清洗，然后再根据触摸屏的制造工艺，进行镀膜，光刻线路等，制成各种规格型号的产品。其中，玻璃热弯技术是3D玻璃生产过程的难点之一。国内外基本都是采用模热弯技术玻璃，利用2D玻璃毛胚-装预制模-预热弯-成型热弯-退火处理-成品玻璃。
3D玻璃的模压成型的难点是玻璃在烧制过程中炉体内的温度要均匀，并使玻璃能均匀受热，一般难以控制热压的温度和精度，玻璃易出现受热不均的情况，出现应力脆裂。
发明内容
鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种手机曲面玻璃屏加工系统及加工方法，工艺简单、操作方便、成品率高。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种手机曲面玻璃屏加工系统，所述手机曲面玻璃屏加工系统包括模具、预热单元、热弯成型单元、退火单元、冷却单元、机械运动单元和PLC控制单元，所述预热单元、热弯成型单元和退火单元均由多个加热炉构成，炉腔内设有发热体和温度感应装置，所述构成热弯成型单元的加热炉内设有热压装置，所述机械运动单元推动模具依次通过预热单元、热弯成型单元、退火单元和冷却单元，所述机械运动单元包括两个横向推进装置和两个纵向推进装置，通过两个横向推进装置和两个纵向推进装置使模具完成一次方形循环运动，所述冷却单元包括多个冷却炉，冷却炉内设有冷却板、温度感应装置和冷却水循环装置，所述PLC单元控制预热单元、热弯成型单元、退火单元、冷却单元和机械运动单元。
依照本发明的一个方面，所述手机曲面玻璃屏加工系统包括氮气单元，所述氮气单元与所述预热单元、热弯成型单元、退火单元和冷却单元相连。
依照本发明的一个方面，所述机械运动单元包括气缸和执行机构，所述气缸和执行机构运动受PLC控制单元控制。
依照本发明的一个方面，所述加热炉内的发热体为电加热丝或红外发热体，所述发热体为多组。
依照本发明的一个方面，所述模具包括凹模和凸模两部分，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，所述模具通过推板与机械运动单元相连，所述模具下方设有支撑件支撑模具与推板。
一种手机曲面玻璃屏加工方法，所述手机曲面玻璃屏加工方法包括以下步骤：
待加工玻璃板入模；
通过预热单元的加热炉进行加热以达到第一预设温度650℃左右；
通过热弯成型单元的加热炉继续加热以达到695℃-715℃的第二预设温度；
通过热压装置将待加工玻璃板抵持于模具表面通过外接压力使玻璃板适形于模具表面，热压曲面成型；
通过调整退火单元的发热体功率进行慢速降温退火；
通过冷却单元迅速冷却至低于玻璃应变点的第三温度并持续冷却至常温。
依照本发明的一个方面，所述手机曲面玻璃屏加工方法包括：通过氮气单元氮气管路充入氮气。
依照本发明的一个方面，所述充入氮气的纯度为99.999％，氮气管路口的出气压力为5barg。
依照本发明的一个方面，所述预热单元、热弯成型单元和退火单元的加热炉为多个，所述冷却单元的冷却炉为多个，待加工玻璃板在每个加热炉或冷却炉内的停留时间为30S。
本发明实施的优点：
1、模具自动进出炉体工位台，工位台工段作用衔接，温度控制精确；
2、发热体采用分段电加热，功率控制精确；同时采用电加热管或红外发射管可以保证炉体清洁；
3、在炉腔内采用高纯氮气保护模具，模具使用寿命高；
4、退火工段和热压工段有绝热保温过渡，温度控制精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的一种手机曲面玻璃屏加工系统俯视结构示意图；
图2为本发明所述的一种手机曲面玻璃屏加工系统正视结构示意示意图；
图3为本发明所述的一种手机曲面玻璃屏加工系统侧视结构示意图；
图4为本发明实施例二所述的一种手机曲面玻璃屏加工方法示意图；
图5为本发明所述的手机曲面玻璃屏加工方法的温度控制曲线示意图；
图6为本发明实施例三所述的一种手机曲面玻璃屏加工方法示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1、图2和图3所示，一种手机曲面玻璃屏加工系统，所述手机曲面玻璃屏加工系统包括模具1、预热单元2、热弯成型单元3、退火单元4、冷却单元5、机械运动单元6和PLC控制单元，所述预热单元2、热弯成型单元3和退火单元4均由多个加热炉构成，炉腔内设有发热体7和温度感应装置8，所述构成热弯成型单元的加热炉内设有热压装置31，所述机械运动单元6推动模具1依次通过预热单元2、热弯成型单元3、退火单元4和冷却单元5，所述机械运动单元包括两个横向推进装置和两个纵向推进装置，通过两个横向推进装置和两个纵向推进装置使模具完成一次方形循环运动，所述冷却单元5包括多个冷却炉，冷却炉内设有冷却板、温度感应装置和冷却水循环装置51，所述PLC控制单元分别控制所述预热单元、热弯成型单元、退火单元、冷却单元和机械运动单元。
在实际应用中，所述手机曲面玻璃屏加工系统还可包括氮气单元，所述氮气单元与所述预热单元、热弯成型单元、退火单元和冷却单元相连。
在实际应用中，所述机械运动单元包括气缸和执行机构，所述气缸和执行机构运动受PLC控制系统控制。
在实际应用中，所述加热炉内的发热体为电加热丝或红外发热体，所述发热体为多组。
在实际应用中，所述模具包括凹模和凸模两部分，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，所述模具通过推板与机械运动单元相连，所述模具下方设有支撑件支撑模具与推板。
在实际应用中，采用U型设计，一般由多个工位台组成，即多个步进式工位，工位台由单体炉腔组成，工位根据成型工艺分为预热、成型、退火、冷却四阶段，机械运行稳定，利于模压和成型，单体炉腔限定在工位台上，工位台和炉腔不运动。每个加热炉至少一组发热体，采用电加热丝发热体或红外发射体，至少一组发热体，发热体布置在每个单体炉腔中。发热体根据成型工艺要求分别布置，每个工位的加热功率不同，加热体根据功率设计和升温曲线变化。一般情况下，至少一组发射体布置在模具的上下方，相对布置。采用电加热管或红外发射管保证炉体清洁。
至少一个炉腔中存在保温系统。采用双层炉腔设计，外壁冷却，内壁保温，另外炉腔夹层填充保温材料更利于保温和散热。保温材料一般选择绝热耐火材料。
机械运动单元由多个气缸和执行机构组成，气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力，推动工位上的模具按照行程和节拍进行运动，完成预热、成型、退火、冷却四阶段。加工品自动入料，成品自动出料，行程全自动化控制。
在实际应用中，所述模具采用石墨材料，因为石墨具有硬度高、导电性好、防辐射、耐腐蚀、导热性好、成本低，而且还具有耐高温的特性，与金属升温变化具有相反的性能，温度越高，材质越硬。金属模具表面在高温下润滑效果差，玻璃成型后在模具内极容易出现粘模。使用石墨材料来制作，不仅大大降低了生产成本，模具加工难度也大大的降低。
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由面玻璃面板的弯曲弧度一致。模腔和推板经精抛光加工。有效保证了高温下的材质稳定和尺寸的一致性，提高了产品的成品率和良品率。
每个模具支撑件被构造成将所述模具中的一个支撑在所述工位台上，模具支撑系统采用高温合金材料，一方面支撑模具和推板，一方面有效导热，降低高温热应力。
实施例二
如图4和图5所示，一种手机曲面玻璃屏加工方法，所述手机曲面玻璃屏加工方法包括以下步骤：
步骤S1：待加工玻璃板入模；
步骤S2：通过预热单元的加热炉进行加热以达到第一预设温度650℃左右；
步骤S3：通过热弯成型单元的加热炉继续加热以达到695℃-715℃的第二预设温度；
步骤S4：通过热压装置将待加工玻璃板抵持于模具表面通过外接压力使玻璃板适形于模具表面，热压曲面成型；
步骤S5：通过调整退火单元的发热体功率进行慢速降温退火；
步骤S6：通过冷却单元迅速冷却至低于玻璃应变点的第三温度并持续冷却至常温。
在实际应用中，可包括如下具体实施方案：
打开预热单元开始预热。将二维(2D)玻璃板放置在模具凹模表面上，凹模与凸模内腔的弧度与设计的由面玻璃面板的弯曲弧度一致。将2D玻璃板和模具放置在加热环境中并且将所述2D玻璃板加热至在玻璃的返火点和软化点之间的第一温度，650℃左右。
机械运动单元通过气缸提供动力，利用推杆自动推动模具根据时间节拍步进，自动推模，收模。
通过热弯成型单元使所述2D玻璃板和模具加热至695℃-715℃第二温度，同时通过气缸外界施力由热压装置将玻璃板抵持于所述模具表面通过外接压力使2D玻璃板适形于模具表面，热压曲面成型，变形为和模具表面曲线一致的3D玻璃屏。
在退火单元，调整发热体功率，保温慢速降温退火。
在冷却单元，迅速冷却至低于玻璃应变点的第三温度，冷却和模具成型。冷却流体循环通过冷却腔，通过冷却板对模具进行冷却。冷却水的进水压力达到预设压力4barg，水温达到预设水温25℃。
热炉内部设多个炉温点，以监测炉内温度均匀性。
总工段设计四个功能段，一般10个以上工位台。单模工位台步进时间至少30S，完成单个模具的行程。
在实际应用中，可包括29个工位台：1-12工位台共计12工位，属于预热段，使玻璃温度达到软化点以下；13-15工工位台共计3工位，热弯成型工位，压力使玻璃变形3D面模压成型；16-19工位台共计4工位，主要是保温慢速降温退火作用；20-29工位台共计10工位，主要是冷却玻璃和模具成型。时间单模单工段时间30S，整个循环总用时870S\14.5分钟。
实施例三
如图5和图6所示，一种手机曲面玻璃屏加工方法，所述手机曲面玻璃屏加工方法包括以下步骤：
步骤S1：待加工玻璃板入模；
步骤S2：通过氮气单元氮气管路充入氮气；
步骤S3：通过预热单元的加热炉进行加热以达到第一预设温度650℃左右；
步骤S4：通过热弯成型单元的加热炉继续加热以达到695℃-715℃的第二预设温度；
步骤S5：通过热压装置将待加工玻璃板抵持于模具表面通过外接压力使玻璃板适形于模具表面，热压曲面成型；
步骤S6：通过调整退火单元的发热体功率进行慢速降温退火；
步骤S7：通过冷却单元迅速冷却至低于玻璃应变点的第三温度并持续冷却至常温。
在实际应用中，可包括如下具体实施方案：
打开氮气单元管路阀，进气压力达到预设压力5barg；打开冷却水循环装置进水阀，进水压力达到预设压力4barg，水温达到预设水温25℃。炉腔中充入氮气保护气，氮气纯度(99.999％N2)一方面保护模具，使模具腐蚀氧化最小化，延长使用寿命，一方面可调节冷却热压加热段。
打开预热单元开始预热。将二维(2D)玻璃板放置在模具凹模表面上，凹模与凸模内腔的弧度与设计的由面玻璃面板的弯曲弧度一致。将2D玻璃板和模具放置在加热环境中并且将所述2D玻璃板加热至在玻璃的返火点和软化点之间的第一温度，650℃左右。
机械运动单元通过气缸提供动力，利用推杆自动推动模具根据时间节拍步进，自动推模，收模。
通过热弯成型单元使所述2D玻璃板和模具加热至695℃-715℃第二温度，同时通过气缸外界施力由热压装置将玻璃板抵持于所述模具表面通过外接压力使2D玻璃板适形于模具表面，热压曲面成型，变形为和模具表面曲线一致的3D玻璃屏。
在退火单元，调整发热体功率，保温慢速降温退火。
在冷却单元，迅速冷却至低于玻璃应变点的第三温度，冷却和模具成型。冷却流体循环通过冷却腔，通过冷却板对模具进行冷却。冷却水的进水压力达到预设压力4barg，水温达到预设水温25℃。
热炉内部设多个炉温点，以监测炉内温度均匀性。
总工段设计四个功能段，一般10个以上工位台。单模工位台步进时间至少30S，完成单个模具的行程。
在实际应用中，可包括29个工位台：1-12工位台共计12工位，属于预热段，使玻璃温度达到软化点以下；13-15工工位台共计3工位，热弯成型工位，压力使玻璃变形3D面模压成型；16-19工位台共计4工位，主要是保温慢速降温退火作用；20-29工位台共计10工位，主要是冷却玻璃和模具成型。时间单模单工段时间30S，整个循环总用时870S\14.5分钟。本发明实施的优点：
1、提供了一种工艺简单、操作方便、成品率高的手机玻璃曲面成型方法，自动化程度高。
2、模具自动进出炉体工位台，工位台工段作用衔接，温度控制精确。
3、模具采用石墨材料，润滑性能高，热应力小，不容易粘模。
4、发热体采用分段电加热，功率控制精确；同时采用电加热管或红外发射管可以保证炉体清洁。
5、在炉腔内采用高纯氮气保护模具，模具使用寿命高。
6、退火工段和热压工段有绝热保温过渡，温度控制精确。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种手机曲面玻璃屏加工系统，其特征在于，所述手机曲面玻璃屏加工系统包括模具、氮气单元、预热单元、热弯成型单元、退火单元、冷却单元、机械运动单元和PLC控制单元，所述氮气单元与所述预热单元、热弯成型单元、退火单元和冷却单元相连，所述预热单元、热弯成型单元和退火单元均由多个加热炉构成，炉腔内设有发热体和温度感应装置，所述构成热弯成型单元的加热炉内设有热压装置，所述机械运动单元推动模具依次通过预热单元、热弯成型单元、退火单元和冷却单元，所述机械运动单元包括两个横向推进装置和两个纵向推进装置，通过两个横向推进装置和两个纵向推进装置使模具完成一次方形循环运动，所述冷却单元包括多个冷却炉，冷却炉内设有冷却板、温度感应装置和冷却水循环装置，所述PLC控制单元控制预热单元、热弯成型单元、退火单元、冷却单元和机械运动单元。
2.根据权利要求1所述的手机曲面玻璃屏加工系统，其特征在于，所述机械运动单元包括气缸和执行机构，气缸和执行机构的运动受PLC控制单元控制。
3.根据权利要求1所述的手机曲面玻璃屏加工系统，其特征在于，所述加热炉内的发热体为电加热丝或红外发热体，所述发热体为多组。
4.根据权利要求1至3之一所述的手机曲面玻璃屏加工系统，其特征在于，所述模具包括凹模和凸模两部分，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，所述模具通过推板与机械运动单元相连，所述模具下方设有支撑件支撑模具与推板。
5.一种采用权利要求1所述的加工系统进行加工的手机曲面玻璃屏加工方法，其特征在于，所述手机曲面玻璃屏加工方法包括以下步骤：
待加工玻璃板入模；
通过预热单元的加热炉进行加热以达到第一预设温度650℃左右；
通过热弯成型单元的加热炉继续加热以达到695℃-715℃的第二预设温度；
通过热压装置将待加工玻璃板抵持于模具表面通过外接压力使玻璃板适形于模具表面，热压曲面成型；
通过调整退火单元的发热体功率进行慢速降温退火；
通过冷却单元迅速冷却至低于玻璃应变点的第三温度并持续冷却至常温。
6.根据权利要求5所述的手机曲面玻璃屏加工方法，其特征在于，所述手机曲面玻璃屏加工方法包括：通过氮气单元氮气管路充入氮气。
7.根据权利要求6所述的手机曲面玻璃屏加工方法，其特征在于，所述充入氮气的纯度为99.999％，氮气管路口的出气压力为5barg。
8.根据权利要求5所述的手机曲面玻璃屏加工方法，其特征在于，所述预热单元、热弯成型单元和退火单元的加热炉为多个，所述冷却单元的冷却炉为多个，待加工玻璃板在每个加热炉或冷却炉内的停留时间为30S。
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