CN108473353B - 用于支承玻璃成形设备的成形主体的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种玻璃成形设备可以包括成形主体，其包括在根部处会聚的第一成形表面和第二成形表面。所述设备还可以包括至少一个托架组件，其包括呈V形构造取向的第一接触表面和第二接触表面。接触表面可以与成形表面接合。接触表面可以向成形主体施加保持力，所述保持力具有向上的垂直力分量。成形主体还可以包括与成形主体的端面接合的至少一个端块。所述至少一个端块可以在平行于成形主体长度并且垂直于限制力分量的方向上，向成形主体施加压缩力。
Description
背景
相关申请的交叉引用
本申请根据35 U.S.C.§120要求2016年1月11日提交的系列号为14/992532 的美国申请的优先权权益，本文以该申请的内容为基础并将其全部内容结合于此。
技术领域
本说明书一般涉及玻璃成形设备，更具体而言，涉及用于支承玻璃成形设备的成形主体的方法和设备。
背景技术
熔合工艺是一种形成玻璃带的技术。相比于形成玻璃带的其他工艺，例如浮法和狭缝拉制工艺，熔合工艺生产的玻璃带具有相对较低的缺陷量并且表面具有优良的平坦度。因此，熔合工艺广泛用于生产在LED和LCD显示器的制造中使用的玻璃基材以及需要优异的平坦度和光滑度的其他基材。
在熔合工艺中，将熔融玻璃进料到成形主体中[也被称为等压槽(isopipe)]，所述成形主体包括在根部会聚的成形表面。熔融玻璃均匀地流过成形主体的成形表面，并且形成了具有原始表面的平坦玻璃带，该玻璃带从成形主体的根部拉制出。
成形主体一般由耐火材料(例如耐火陶瓷)制造，耐火材料能够更好地承受熔合工艺的相对较高的温度。然而，即使是温度稳定性最高的耐火陶瓷，其机械性能也可能随着长时间在高温下而下降，从而可能导致由其生产的玻璃带的特性下降或者甚至是使成形主体失效。任何一种情况均可能造成熔合工艺中断，产率下降及生产成本增加。
因此，需要用于减轻玻璃成形设备的成形主体性能下降的替代方法和设备。
发明内容
根据一个实施方式，一种玻璃成形设备可以包括成形主体，其包括第一成形表面和第二成形表面，所述第一成形表面和所述第二成形表面在根部处会聚。所述玻璃成形设备还可以包括至少一个托架组件，其包括相对于彼此呈V形构造取向的第一接触表面和第二接触表面。第一接触表面可以与成形主体的第一成形表面接合，并且第二接触表面可以与成形主体的第二成形表面接合。第一接触表面和第二接触表面可以向成形主体施加保持力，所述保持力具有向上的垂直力分量。成形主体还可以包括与成形主体的端面接合的至少一个端块。所述至少一个端块可以在平行于成形主体长度并且垂直于限制力(restraining force)分量的方向上，向成形主体施加压缩力。
在另一个实施方式中，用于支承成形主体，并且所述成形主体包含在根部处会聚的第一成形表面和第二成形表面的方法可以包括：向第一成形表面和第二成形表面施加保持力，所述保持力具有向上的垂直力分量，从而防止成形主体在向下的垂直方向上移动。所述方法还可以包括在平行于成形主体长度的方向上向成形主体的端面施加压缩力，所述压缩力产生反力矩，从而减轻了沿着成形主体长度的下垂。
在以下的具体实施方式中提出了本文所述的玻璃成形设备的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的实施方式而被认识。
应理解，前述的一般性描述和下文的详细描述都描述了各个实施方式且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对各个实施方式的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本文所描述的各个实施方式，并且与说明书一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性地示出了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式的玻璃成形设备的一个实施方式；
图2示意性地示出了根据本文所示及所述的一个或多个实施方式，由托架组件支承的成形主体的透视图；
图3示意性地示出了根据本文所述的一个或多个实施方式，利用托架组件支承的成形主体的截面图；
图4示意性地示出了托架组件的托架块与成形表面脱离的成形主体的截面图；
图5示意性地示出了根据本文所述的一个或多个实施方式，利用托架组件支承的成形主体的截面图；
图6示意性地示出了托架组件的托架块与成形表面脱离的成形主体的截面图；
图7示意性地示出了常规的在两个端部处用墩块支承的成形主体；
图8示意性地示出了在一个端部处用托架组件支承而在相对的端部处用墩块支承的成形主体；
图9用图表的形式示出了在不同的支承条件下，对于三种成形主体来说，成形主体中的模型化应力随着时间的变化情况；以及
图10用图表的形式示出了在不同的支承条件下，对于三种成形主体来说，成形主体中的模型化变形随着沿成形主体长度的位置的变化情况。
具体实施方式
现将详细参考玻璃成形设备的实施方式，这些实施方式的实例在附图中例示出。只要可能，在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。图1示意性地示出了玻璃成形设备10的一个实施方式。玻璃成形设备10可以包括成形主体60，其包括第一成形表面62和第二成形表面64，所述第一成形表面62和所述第二成形表面64在根部70处会聚。玻璃成形设备10还可以包括至少一个托架组件120，其包括相对于彼此呈V形构造取向的第一接触表面132和第二接触表面 134。第一接触表面132可以与成形主体60的第一成形表面62接合，并且第二接触表面134可以与成形主体60的第二成形表面64接合。第一接触表面132和第二接触表面134可以向成形主体60施加保持力，所述保持力具有向上的垂直力分量。成形主体60还可以包括与成形主体60的端面接合的至少一个端块170a。所述至少一个端块170a可以在平行于成形主体60的长度并且垂直于限制力分量的方向上，向成形主体60施加压缩力。本文将具体参考附图进一步详细地描述玻璃成形设备10以及用于支承玻璃成形设备10的成形主体60的方法的各个实施方式。
本文所用的方向术语——例如上、下、左、右、前、后、顶、底——仅仅是参照绘制的附图而言，并不用来暗示绝对的取向。
除非另有明确说明，否则本文所述的任何方法不应理解为其步骤需要按具体顺序进行，或者要求使任何设备具有特定取向。因此，如果方法权利要求没有实际叙述其步骤要遵循的顺序，或者任何设备没有实际叙述各组件的顺序或取向，或者权利要求书或说明书中没有另外具体陈述步骤限于具体顺序，或者没有叙述设备组件的具体顺序或取向，那么在任何方面都不应推断顺序或取向。这适用于解释上的任何可能的非表达性基础，包括：涉及步骤安排的逻辑问题、操作流程、组件的顺序或组件的取向问题；由语法组织或标点派生的明显含义问题和说明书中描述的实施方式的数量或类型问题。
除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，例如，提到的“一种”组件包括具有两种或更多种这类组件的方面，除非文本中有另外的明确表示。
现参考图1，其示意性地示出了一种用于制造玻璃制品(例如玻璃带12)的玻璃成形设备10。玻璃成形设备10一般可以包括熔融容器15，其被构造成用于接收来自储料仓18的批料16。批料16可通过用发动机22驱动的批料输送装置20 引入到熔融容器15中。可以提供任选的控制器24以启动发动机22，并且熔融玻璃液位探针28可用于测量竖管30中的玻璃熔体液位并且将测量到的信息传递给控制器24。
玻璃成形设备10还可包括澄清容器38(例如澄清管)，其通过第一连接管 36与熔融容器15相连。混合容器42通过第二连接管40与澄清容器38相连。输送容器46通过输送管道44与混合容器42相连。如图进一步所示，对下导管48 进行定位以将玻璃熔体从输送容器46输送至成形主体60的进口50。在本文所示和所述的实施方式中，成形主体60为熔合成形容器，其也可以被称为等压槽。
熔融容器15通常由耐火材料制成，例如耐火(如陶瓷)砖。玻璃成形设备10 还可以包含通常由导电性耐火金属制成的部件，所述导电性耐火金属例如铂或含铂金属，如铂-铑、铂-铱及其组合。所述耐火金属还可以包括钼、钯、铼、钽、钛、钨、钌、锇、锆及其合金和/或二氧化锆。含铂部件可包括第一连接管36、澄清容器38、第二连接管40、竖管30、混合容器42、输送管道44、输送容器46、下导管48和进口50中的一种或多种。
现在参考图2和3，成形主体60一般包括槽61、第一成形表面62和第二成形表面64。槽61位于成形主体60的上部65中。第一成形表面62和第二成形表面64在下游方向上(即，附图所示的坐标轴的–Z方向)从成形主体60的上部65 延伸，并且朝向彼此会聚，从而在根部70处结合。根部70形成成形主体60的下边缘。因此，应理解的是，第一成形表面62和第二成形表面64形成了从成形主体 60的上部65延伸的倒等腰(或等边)三角形，同时根部70在下游方向上形成了该三角形的最低顶点。拉制平面72一般在附图所示的坐标轴的+/-Y方向上将根部 70对开，并沿下游方向延伸。
现在参考图1-3，在操作时，利用批料输送装置20将批料16，尤其是形成玻璃的批料从储料仓18供料到熔融容器15中。在熔融容器15中将批料16熔化成熔融玻璃。熔融玻璃通过第一连接管36从熔融容器15进入澄清容器38中。从澄清容器38中的熔融玻璃中去除可能导致玻璃缺陷的溶解气体。然后使熔融玻璃通过第二连接管40从澄清容器38进入混合容器42中。混合容器42对熔融玻璃进行均化，例如通过搅拌来均化，并且使均化的熔融玻璃通过输送管道44进入输送容器 46。输送容器46排出均化的熔融玻璃，该均化的熔融玻璃通过下导管48并且进入进口50中，进口50进而使均化的熔融玻璃进入成形主体60的槽61中。
均化的熔融玻璃填充成形主体60的槽61并且最终溢流，其沿着成形主体60 的长度L并且沿下游方向流过成形主体60的上部65。均化的熔融玻璃从成形主体 65的上部流动，并且流到第一成形表面62和第二成形表面64上。流过第一成形表面62和第二成形表面64的均化的熔融玻璃流在根部70处结合并熔合在一起(因此“熔合成形”)，从而形成了由牵拉辊(未示出)沿下游方向在拉制平面72上拉制的玻璃带12。还可以在成形主体60的下游加工玻璃带12，例如通过将玻璃带 12分割成离散的玻璃片，使玻璃带12自身进行卷绕，和/或向玻璃带12施涂一种或多种涂层。
成形主体60通常由耐火陶瓷材料形成，所述耐火陶瓷材料在化学上可与熔融玻璃兼容并且能够承受得住与熔合成形工艺相关的高温。形成成形主体的典型材料包括但不限于，基于锆石、碳化硅、磷钇矿和/或氧化铝的耐火陶瓷。鉴于成形主体60和熔融玻璃的组合质量，以及熔合成形工艺的高温，成形主体60往往由于材料蠕变而沿着其长度L沿下游方向下垂。该下垂在成形主体60的长度L的未受支承的中点处最为显著。
成形主体60的下垂造成流过成形表面62、64的均化的熔融玻璃重新分布，从而使熔融玻璃不均匀地流过成形表面62、64，这导致得到的玻璃带12的尺寸属性发生改变。例如，玻璃带12的厚度可因为下垂而在玻璃带中心附近增加。另外，由于下垂导致沿着长度L流向成形表面62、64的中心的熔融玻璃流重新分布，这造成了在成形主体60的端部附近的玻璃流动减少，从而导致玻璃带12在附图中所示的坐标轴的+/-X方向上尺寸不均匀。
已经确定的是，减轻下垂的技术将应力引入到成形主体60中，该应力结合材料蠕变可缩短成形主体的使用期限。本文所述的玻璃成形设备10和成形主体60 的实施方式减轻了成形主体60中的应力和下垂，从而延长了成形主体的使用期限并稳定了玻璃带12的尺寸特性。
现在参考图1-4，本文所述的玻璃成形设备10的实施方式包括至少一个托架组件120，其与成形主体60的成形表面62、64接合以减轻成形主体60的下垂。在图1和2中示出了第一和第二托架组件120a、120b；在图3和4中描述了单件托架组件120。在一个实施方式中，托架组件120包括一对托架块(即，第一托架块122和第二托架块124，所述第二托架块124与第一托架块122分开并独立于第一托架块122)。图3示意性地示出了托架组件120与成形主体的成形表面62、64 接合的成形主体60的截面。图4为了便于描述，示意性地示出了托架块122、124 与成形主体60的成形表面62、64脱离的托架组件120。
托架组件120的第一托架块122包括第一接触表面132，其与成形主体60的第一成形表面62接合。在一些实施方式中，第一托架块122的第一接触表面132 相对于第一托架块122的基底123以角α1倾斜，使得角α1与在拉制平面72和成形主体60的第一成形表面62之间形成的角β1互余。
类似地，托架组件120的第二托架块124包括第二接触表面134，其与成形主体60的第二成形表面64接合。在一些实施方式中，第二托架块124的第二接触表面134相对于第二托架块124的基底125以角α2倾斜，使得角α2与在拉制平面 72和成形主体60的第二成形表面64之间形成的角β2互余。在该实施方式中，托架组件120的第一接触表面132和第二接触表面134相对于彼此呈V形构造取向。
托架组件120的托架块122、124相对于成形主体60定位，使得成形主体60 的根部70在下游方向上延伸通过托架组件120并且位于托架组件120的下方。但是应理解，还考虑了替代性的布置并且它们是可能的。例如，在一个替代性实施方式(未示出)中，托架组件120的托架块122、124相对于成形主体60定位，使得根部70与托架块122、124的相应基底123、125处于相同的平面中。在另一个替代性实施方式(未示出)中，根部70可以定位在托架组件120的托架块122、124 的相应基底123、125的上游。
托架组件120的托架块122、124可以可滑动地定位在相应的结构元件302、 304上，该结构元件302、304进而静态地固定于底面，使得托架块122、124在附图所示的坐标轴的+Z方向上得到支承。
在图3和4示出的托架组件120的实施方式中，将托架块122、124偏置成与成形主体60的相应成形表面62、64接触，使得托架块122、124的接触表面132、 134在成形主体60的相应成形表面62、64上施加保持力Fh。如在本文中使用的术语“偏置”和“偏置的”意为托架块122、124被压向成形主体60的相应成形表面 62、64。保持力Fh冲击位于第一托架块122与第二托架块124之间的成形主体60。另外，由于托架块122、124的成角度的接触表面132、134，通过托架块122、124 向成形主体60的相应成形表面62、64施加的保持力Fh包括在图中所示的坐标轴的+Z方向上(即，在上游或向上的垂直方向上)的限制力分量Fr。限制力分量Fr限制成形主体在下游方向上移动，从而相对于图中所示的坐标轴的-Z方向保持成形主体的位置。
仍然参考图1-4，通过托架块122、124向成形主体60的相应成形表面62、64 施加的保持力Fh还可以包括在图中所示的坐标轴的+Y方向上的冲击力分量Fi(来自托架块122)和–Y方向上的冲击力分量Fi(来自托架块124)。冲击力分量限制了成形主体60在横向方向(即，+/-Y方向)上的移动。
在一些实施方式中，可以操纵冲击力分量Fi以通过调整冲击力分量Fi的量值在上游方向或下游方向上调整成形主体60的高度。冲击力分量Fi可以通过将第一托架块122和/或第二托架块124向着另一个推进来调整，进而增大或减小冲击力分量Fi。例如，当第一托架块122和第二托架块124中的一个托架块向着另一个托架块推进时，冲击力分量Fi增大。由于托架块122、124的第一和第二接触面132、 134的角度以及成形主体60的成形表面62、64的角度的原因，增大冲击力分量 Fi造成成形主体60在上游方向上相对于托架块122、124滑动，从而使成形主体的高度增加。
冲击力分量Fi可以通过使第一托架块122和/或第二托架块124远离另一个来减小，进而减小冲击力分量Fi。例如，当第一托架块122和第二托架块124中的一个托架块远离另一个托架块时，冲击力分量Fi减小。由于托架块122、124的第一和第二接触面132、134的角度以及成形主体60的成形表面62、64的角度的原因，减小冲击力分量Fi造成成形主体60在下游方向上相对于托架块122、124滑动，从而使成形主体的高度降低。
在本文所述的一些实施方式中，第一托架块122和第二托架块124可以利用图3所示的推杆352、354向着彼此偏置或远离彼此。例如，托架组件120还可以包括与第一托架块122接合的第一推杆352以及与第二托架块124接合的第二推杆 354。推杆352、354可以是机械推杆，或者替代性地，为液压推杆。推杆352、354 可以与相应的托架块122、124相连，使得推杆的致动造成托架块122、124向着彼此推进或使彼此远离。
虽然图3示出了第一推杆352和第二推杆354与相应的托架块122、124接合，但应理解的是，还考虑了其他构造并且它们是可能的。例如，在一个替代性实施方式(未示出)中，托架组件120包括单个推杆(例如，与第一托架块122接合的第一推杆352)，并且第二托架块124固定在图中所示的坐标轴的+/-Y方向中的位置中。在该实施方式中，通过第一推杆352来调整第一托架块122的相对位置调整了保持力Fh(包括限制力分量Fr和冲击力分量Fi)以及成形主体60的高度。
现参考图5和6，所述附图示意性示出了托架组件120’的一个替代性实施方式。在该实施方式中，托架组件120’包括单个托架块150。图5示意性地示出了托架组件120’与成形主体60的成形表面62、64接合的成形主体60的截面。图6为了便于描述，示意性地示出了托架组件120’的托架块150与成形主体60脱离的托架组件120’。
在图5和6示出的实施方式中，托架组件120’的托架块150包括与成形主体 60的第一成形表面62接合的第一接触表面132，以及与成形主体60的第二成形表面64接合的第二接触表面134。第一接触表面132和第二接触表面134相对于彼此呈V形构造取向。在该实施方式中，第一接触表面132和第二接触表面134是在托架块150中形成的V形凹槽135的相对两侧。
在一些实施方式中，托架块150的第一接触表面132相对于与托架块150的基底152平行的平面151以角α1倾斜，使得角α1与在拉制平面72和成形主体60 的第一成形表面62之间形成的角β1互余。类似地，托架块150的第二接触表面 134相对于与托架块150的基底152平行的平面151以角α2倾斜，使得角α1与在拉制平面72和成形主体60的第一成形表面62之间形成的角β1互余。
当成形主体60与托架组件120’的托架块150接合时，成形主体60定位在V 形凹槽135中，使得成形主体60的根部70位于在V形凹槽135的顶点处形成的切口(relief)凹槽155中，并且成形主体60的成形表面62、64与托架组件120’的托架块150的相应接触表面132、134接合。因此，在该实施方式中，成形主体 60的根部70不延伸通过托架组件120’而是位于托架块150的基底152上方的固定位置中。
托架组件120’的托架块150定位在结构元件302、304上，该结构元件302、 304静态地固定于底面，使得托架块150在附图所示的坐标轴的+Z方向上得到支承。结果，托架块150，特别是接触表面132、134在成形主体60的相应成形表面 62、64上施加保持力Fh。由于托架块150的成角度的接触表面132、134，向成形主体60的成形表面62、64施加的保持力Fh包括在上游或向上的垂直方向上的限制力分量Fr。限制力分量Fr限制成形主体在下游方向上移动，从而相对于图中所示的坐标轴的+/-Z方向保持成形主体的位置。向成形主体60的成形表面62、64 施加的保持力Fh还可以包括在图中所示的坐标轴的+Y方向上的冲击力分量Fi(来自接触表面132)和–Y方向上的冲击力分量Fi(来自接触表面134)。冲击力分量限制了成形主体60在横向方向(即，+/-Y方向)上的移动。
在图3-6所示的托架组件120、120’的实施方式中，托架块122、124和150 可以由适于承受熔合成形工艺的相对高温的耐火陶瓷材料形成。合适的材料包括但不限于锆石、氧化铝、碳化硅和/或磷钇矿。在一些实施方式中，托架块122、124、 150可以由与成形主体60相同的材料形成，以确保与流过成形主体的熔融玻璃的兼容性。在其他实施方式中，托架块122、124、150可以由不同于成形主体60的材料形成。
再次参考图1和2，在图1所示的玻璃成形设备10的实施方式以及图2所示的成形主体60的实施方式中，成形主体60包括与图3和4所示及所述的托架组件 120类似的一对托架组件120a、120b。如图1和2所示，在该实施方式中，第一托架组件120a在成形主体60的第一端部处与成形主体60接合，并且第二托架组件 120b在与成形主体的第一端部相对的成形主体的第二端部处与成形主体60接合。
虽然图1和2示意性地示出了具有与图3和4所示的托架组件120相似的托架组件120a、120b的玻璃成形设备10(图1)和成形主体60(图2)，但应理解的是，替代性地，托架组件120a、120b可以构造成与图5和6中描述的托架组件 120’相同。
现在参考图2，在本文所述的实施方式中，玻璃成形设备10还包括与成形主体60的端面66a、66b接合的至少一个端块(在图2中示出为端块170a、170b)。端块170a、170b可以可滑动地定位在相应的结构元件310、312上，该结构元件 310、312静态地固定于底面，使得端块170a、170b在附图所示的坐标轴的+Z方向上得到支承。
在一些实施方式中，端块170a、170b可以由适于承受熔合成形工艺的相对高温的耐火陶瓷材料形成。合适的材料包括但不限于锆石、氧化铝、碳化硅和/或磷钇矿。或者，端块可以由适于在高温下使用的合金形成，例如由钴基合金和/或镍基合金形成。
端块170a、170b向着彼此偏置，使得端块170a、170b在与成形主体60的长度L平行的方向上向成形主体60施加压缩力Fc。也就是说，压缩力Fc一般平行于图2所示的坐标轴的+/-X方向。在一些实施方式中，在成形主体60的质心处或质心下方将压缩力Fc施加于端面66a、66b，使得压缩力Fc直接作用在成形主体60 的根部70上或附近。
在本文所述的一些实施方式中，压缩力Fc一般垂直于上文关于图3-6所示和所述的保持力Fh的限制力分量Fr。在一些实施方式中，可以使用推杆向端面66a、 66b施加压缩力Fc，所述推杆例如与上文关于图3示意性所示及所述的推杆352、 354类似的推杆。
在成形主体60的端面66a、66b处施加的压缩力Fc沿着长度L在成形主体60 的中点处形成了在上游方向上的弯矩Mb。该弯矩Mb抵消了成形主体60的根部70 处的下垂，从而减轻了利用成形主体60形成的玻璃带12的尺寸变化。
在本文所述的一些实施方式中，已经发现，相对于用于限制成形主体的常规技术，向成形主体60的端面66a、66b直接施加压缩力Fc，以及利用本文所述的托架组件向成形主体60的成形表面62、64分别直接施加保持力Fh减少了抵消成形主体中的下垂所需的压缩力的量。这具有减少成形主体60上的应力的作用，进而降低成形主体60的断裂风险并延长其静态疲劳寿命。
更具体地，图7示意性地示出了用于支承玻璃成形设备的成形主体500的一种常规技术。在该常规技术中，形成的成形主体500在成形主体500的任意一端处具有凸缘502、504。凸缘502静态支承在墩块506、508上，所述墩块506、508 紧靠成形主体500的端面。成形主体500的根部570和各成形表面(图7中示出了一个成形表面562)在墩块506、508之间延伸。然而，墩块506、508不与根部570 或成形表面562接触。相反，用于在上游方向上限制成形主体的保持力Fh从根部 570和成形表面562向外施加于凸缘502、504。在该常规技术中，利用压缩块510、 512向墩块506、508施加压缩力Fc，而不是直接向成形主体的端面施加。然而，已经发现的是，使用墩块506、508和压缩块510、512将显著的应力引入到凸缘附近的成形主体500中，尤其是引入到区域520、521中，所述应力可导致成形主体 500开裂或者甚至是失效。下文给出的实施例1提供了模型化数据，该模型化数据示出了相对于图7所示的用于支承成形主体的常规技术，使用本文所述的托架组件使成形主体上的应力减小。另外，在图7所示的用于减轻下垂的常规技术中，在相连的结构中将保持力Fh和压缩力Fc施加于成形主体，在所述相连的结构中，压缩块510、512通过墩块506、508作用在成形主体500上。已经确定的是，相比于使用托架块的实施方式，该布置要求施加更大的压缩力来达到相同的下垂减轻量。下文给出的实施例2提供了模型化数据，该模型化数据示出了相对于图7所示的用于支承成形主体的常规技术，使用本文所述的托架组件使下垂减少得到改进。
此外，由于保持力Fh是直接施加于成形主体60的成形表面62、64并远离成形主体60的端面66a、66b，因此向成形主体60的端面66a、66b施加压缩力Fc的位置具有更大的灵活性。也就是说，可调整施加在端面66a、66b上的压缩力Fc的位置，以在根部70处具有最大弯矩，从而最大程度地减轻成形主体60的下垂情况。虽然不希望囿于理论，但是应认为，向成形主体的端面66a、66b施加压缩力 Fc的位置的灵活性更大允许相对于成形主体的质心更精确地施加压缩力Fc，这进而减小了压缩力Fc的量值，同时还使弯矩最大化。更具体地，在图7所示的用于减轻下垂的常规技术中，在相连的结构中将保持力Fh和压缩力Fc施加于成形主体，在所述相连的结构中，压缩块510、512通过墩块506、508作用在成形主体500 上，这实际上使压缩力施加在端面的大面积上。然而，在本文所述的实施方式中，压缩力直接施加于端面，并且可以相对于成形主体的质心在垂直方向上调整施加位置，从而允许以最小的压缩力获得减轻下垂的最大弯矩，这进而降低了成形主体中的应力。
此外，由于保持力Fh直接施加于成形主体60的成形表面62、64并远离成形主体60的端面66a、66b，因此可去除成形主体端部附近的凸缘(图7)，从而增大了成形表面的面积并允许形成宽度尺寸更大的玻璃带。
另外，在本文所述的一些实施方式中，挡板区域D是指可用于形成玻璃带12 的成形主体的长度L的部分。在本文所述的一些实施方式中，与成形主体60的成形表面62、64附接的托架组件120a、120b还可以用作防止熔融玻璃流动离开成形主体60的端面66a、66b的挡板的替代物，而不使分开的挡板进一步偏离托架组件 120a、120b内侧的成形主体60的端面66a、66b。因此，应理解的是，在一些实施方式中，具有托架组件120a、120b的成形主体60的挡板区域D在第一托架组件 120a与第二托架组件120b之间延伸，并且接触第一托架组件120a和第二托架组件120b。
虽然图1和2一般性地示出了使用一对托架组件120a、120b来支承成形主体 60，但是应认为，可使用单个托架组件，同时仍然在成形主体中获得减小的应力，进而降低成形主体60的断裂风险并延长其静态疲劳寿命。例如参考图8，在一个实施方式中，可以利用单个托架组件120a在成形主体60的一个端部处向各成形表面(图8示出的是成形表面64)施加保持力，并且可以使用单个端块170a向毗邻单个托架组件120a的成形主体60的端面66a施加压缩力Fc。在该实施方式中，可以利用墩块508支承成形主体60的相对端部，使得墩块508抵靠端面66b固定。通过使端块170a在朝向固定另一个端面66b的墩块508的方向上直接抵靠端面 66a，可以向成形主体60的根部70施加压缩力。虽然该实施方式包括在成形主体 60的一个端部处使用墩块508，但是应认为，相对于图7所示的用于支承成形主体的常规技术，使用单个托架组件120a向成形表面直接施加保持力Fh，结合向成形主体60的端面66a直接施加压缩力Fc(而不通过墩块)，能够使成形主体中的应力减小，以及使成形主体的可用成形区域增加。另外，可以使用图8示意性所示的实施方式以更好地对成形主体60进行定向。例如，墩块508与成形主体60之间的界面可以用作使成形主体相对于图8所示的坐标轴的垂直平面和水平平面进行定向的基准。
实施例
通过以下实施例进一步阐述本文所述的实施方式。
实施例1
形成三种独立的支承条件下的成形主体的数学模型，所述三种独立的支承条件为：(1)常规地，在任意端部处用墩块支承成形主体，如图7所示，同时施加的压缩力为9000lbs.(4082.3kg-F)；(2)用托架组件(两个托架块构造)支承成形主体，所述托架组件在成形主体的任意端部处接触成形主体的成形表面，并且端块向成形主体的端面施加9000lbs.(4082.3kg-F)的压缩力，如图2所示；以及(3) 用托架组件(两个托架块构造)支承成形主体，所述托架组件在成形主体的任意端部处接触成形主体的成形表面，并且端块向成形主体的端面施加8000lbs.(3628.7 kg-F)的压缩力，如图2所示。模型化成形主体是基于锆石成形主体，在约1300℃的温度下，以约2000lbs/小时(900kg/小时)的速率向该模型化成形主体传送熔融玻璃。根据时间(天)计算成形主体的端面处的进口应力。还确定在1年的模型化时间段内，成形主体沿着其长度的变形(即下垂)。
图9用图表的形式描述了上述支承条件下，三种模型化成形主体的在成形主体进口端处的应力。如图9所示，如图2所示的用托架组件支承的成形主体，其应力显著低于如图7所示的用墩块支承的成形主体的应力。事实上，曲线(2)显示出，在相同的负载条件下，通过使用托架组件而非墩块，成形主体中的应力可以下降超过50PSI。较低的应力可以通过减轻静态疲劳而延长成形主体的使用期限。另外，图9的数据在总体上表明通过使用托架组件而非墩块，可以利用较低的压缩力来实现相同的下垂率。施加的较低的压缩力进一步降低了成形主体中的应力，进而减轻了静态疲劳。
图10用图表的形式描述了在上述支承条件下，对于三种模型化成形主体来说，成形主体中的变形或下垂随着沿成形主体长度的位置的变化情况。曲线(5)显示出在相同的压缩力负载条件(9000lbs.)下，通过本文所述的托架组件支承的成形主体比通过墩块支承的成形主体[用曲线(4)表示]具有显著更低的下垂，特别是在成形主体的中心附近。曲线(6)显示出通过托架组件支承并且施加的压缩力较低(8000lbs.)的成形主体比通过墩块支承的成形主体可具有稍微更严重的下垂。然而，结合图9的数据来解读该数据，下垂增加伴随着成形主体中的应力减小，这可以通过减轻静态疲劳来延长成形主体的使用期限。基于该数据，应认为，存在某一施加的压缩力的量值，其既能够减轻下垂又能够减小成形主体中的应力，从而延长成形主体的使用期限。例如，在该实施例中，应认为，存在8000lbs.至9000lbs. 之间的施加的压缩力的量值，其能够减轻下垂并减小成形主体中的应力。
基于上述，现应理解，本文所述的托架组件可用于支承玻璃成形设备的成形主体以减少成形主体的下垂。使用与成形主体的成形表面相连的托架组件将保持力 Fh——更具体来说是保持力Fh的限制力分量Fr——与压缩力Fc分离，从而减少了成形主体中的应力的量，同时仍抵消下垂。成形主体中的应力减小降低了静态疲劳的风险，减少了失效的风险并延长了成形主体的使用期限。
对本领域的技术人员显而易见的是，可以对本文所述的实施方式进行各种修改和变动而不偏离要求保护的主题的精神和范围。因此，本说明书旨在涵盖本文所述的各个实施方式的修改和变化形式，条件是这些修改和变化形式落入所附权利要求及其等同内容的范围之内。
Claims (17)
1.一种玻璃成形设备，包括：
成形主体，其包括第一成形表面和第二成形表面，所述第一成形表面和所述第二成形表面在根部处会聚；
至少一个托架组件，其包括相对于彼此呈V形构造取向的第一接触表面和第二接触表面，其中：
第一接触表面与成形主体的第一成形表面接合；并且
第二接触表面与成形主体的第二成形表面接合，所述第一接触表面和第二接触表面向成形主体施加保持力，所述保持力具有向上的垂直分量；以及
与成形主体的端面接合的至少一个端块，所述至少一个端块在平行于成形主体的长度方向并且垂直于限制力分量的方向上，向成形主体施加压缩力。
2.如权利要求1所述的玻璃成形设备，其中，根部延伸通过所述至少一个托架组件并且位于所述至少一个托架组件的下方。
3.如权利要求1所述的玻璃成形设备，其中：
第一接触表面定位在第一托架块上；并且
第二接触表面定位在独立于第一托架块的第二托架块上。
4.如权利要求3所述的玻璃成形设备，其中，第一托架块和第二托架块向着彼此偏置，从而冲击位于第一托架块与第二托架块之间的成形主体。
5.如权利要求1所述的玻璃成形设备，其中，在成形主体质心的下方向成形主体的端面施加压缩力。
6.如权利要求1所述的玻璃成形设备，其中，第一接触表面和第二接触表面是在托架块中形成的V形凹槽的相对两侧。
7.如权利要求1所述的玻璃成形设备，其中：
所述至少一个托架组件包括第一托架组件和第二托架组件；
第一托架组件在成形主体的第一端部处与成形主体接合；并且
第二托架组件在成形主体的第二端部处与成形主体接合。
8.如权利要求7所述的玻璃成形设备，其中：
所述至少一个端块包括第一端块和第二端块；
第一端块与成形主体的第一端面接合；
第二端块与成形主体的第二端面接合；并且
第一端块和第二端块向着彼此偏置，从而在成形主体的长度方向上向成形主体施加压缩力。
9.如权利要求7所述的玻璃成形设备，其中，成形主体的挡板区域从第一托架组件延伸到第二托架组件，所述挡板区域接触第一托架组件和第二托架组件。
10.如权利要求1所述的玻璃成形设备，其中：
所述至少一个托架组件在成形主体的第一端部处与成形主体接合；并且
成形主体的第二端部支承在墩块上。
11.如权利要求10所述的玻璃成形设备，其中：
所述至少一个端块与成形主体的第一端面接合；
墩块与成形主体的第二端面接合；并且
所述至少一个端块向着墩块偏置，从而在成形主体的长度方向上向成形主体施加压缩力。
12.一种用于支承成形主体的方法，所述成形主体包括在根部处会聚的第一成形表面和第二成形表面，所述方法包括：
向第一成形表面和第二成形表面施加保持力，所述保持力具有向上的垂直力分量以防止成形主体在向下的垂直方向上移动；以及
在平行于成形主体长度的方向上向成形主体的端面施加压缩力，所述压缩力产生反力矩，从而减轻沿着成形主体长度的下垂，
其中，施加保持力包括：
使托架组件的第一接触表面与成形主体的第一成形表面接合；以及
使托架组件的第二接触表面与成形主体的第二成形表面接合，其中，第一接触表面和第二接触表面相对于彼此呈V形构造取向，并且
其中，施加压缩力包括使至少一个端块与成形主体的端面接合。
13.如权利要求12所述的用于支承成形主体的方法，其中：
托架组件包括第一托架块以及独立于第一托架块的第二托架块；
第一接触表面定位在第一托架块上；并且
第二接触表面定位在第二托架块上。
14.如权利要求13所述的用于支承成形主体的方法，其中，使第一接触表面与第一成形表面接合以及使第二接触表面与第二成形表面接合包括使第一托架块和第二托架块向着彼此偏置。
15.如权利要求12所述的用于支承成形主体的方法，其中，根部延伸通过托架组件并且位于托架组件的下方。
16.如权利要求12所述的用于支承成形主体的方法，其中，托架组件包括托架块，并且第一接触表面和第二接触表面是在托架块中形成的V形凹槽的相对两侧。
17.如权利要求12所述的用于支承成形主体的方法，其中，在成形主体质心的下方施加压缩力。
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