CN109836030B - 一种3d玻璃热弯模具和3d玻璃成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D玻璃热弯模具，用于对玻璃坯料进行加工，其包括凹模和凸模。凹模的底部设有成型凹槽，成型凹槽的槽口边缘向内弯曲以形成第一内弯部，成型凹槽的槽口边缘与水平面的夹角为α，α＞90°。凸模的顶部设有与成型凹槽相配合的成型凸台，成型凸台的底部向内弯曲以形成第二内弯部，第二内弯部可与第一内弯部配合。凸模的热膨胀系数大于玻璃坯料的热膨胀系数，凹模的热膨胀系数小于玻璃坯料的热膨胀系数。本发明的3D玻璃热弯模具通过凸模、凹模、玻璃坯料在受热后的膨胀量的差异来成型边缘向内弯折的3D玻璃产品，可直接对玻璃坯料进行一次热弯成型，而且本发明的3D玻璃热弯模具工作过程简便，有利于大批量生产。

Description

一种3D玻璃热弯模具和3D玻璃成型方法

技术领域

本发明涉及模具技术领域，具体涉及一种3D玻璃热弯模具和3D玻璃成型方法。

背景技术

3D玻璃已广泛应用于智能手机、平板电脑、智能手表等数码产品上，然而，由于热弯工艺的复杂性，现有技术中的3D玻璃的边缘弯曲角度大多是小于90度。

为了制备一种边缘弯曲角度大于90度的3D玻璃产品，申请号为CN201280062038.0的发明专利公开了一种3D玻璃成型方法，其包括将玻璃片材的可成型区域和不可成型区域加热到第一粘度的第一温度，随后将可再成型区域局部加热到对应粘度的第二温度，其中第二粘度低于第一粘度，在局部加热可再成型区域的过程中，在可再成型区域中形成弯曲，这可通过使用第一推杆接触不可再成型区域施加推力，而在可再成型区域发生弯曲，或者通过使用第二推杆接触可再成型区的边缘区域，并沿着圆形路径使推杆旋转，以对可再成型区域的边缘施加推力，而在可再成型区中形成弯曲。

通过上述方法能对玻璃片材进行弯曲，使得3D玻璃产品的边缘弯曲角度能大于90度，即最终得到的3D玻璃产品的边缘向内弯折。

然而，上述方法需要严格控制推杆的推力和移动距离，而且上述方法涉及的设备也较为复杂，不利于大批量生产。此外，上述方法中所述可再成型区域为平面，因此上述方法适用于制备的两侧弯曲的3D玻璃产品（参考图1），而一旦所述可再成型区域为玻璃的直角区域时，上述方法中的推杆将难以加工，因此上述方法不适用于制备四面弯曲的3D玻璃产品（参考图2）。

发明内容

针对现有技术中的成型方法复杂，不利于大批量生产的问题，本发明的其中一个目的在于提供一种3D玻璃热弯模具。该3D玻璃热弯模具能制备边缘向内弯折的3D玻璃产品，而且相比于现有技术，该3D玻璃热弯模具的结构简单、可以直接对玻璃坯料进行一次热弯成型，有利于大批量生产。本发明的另一个目的在于提供一种3D玻璃的成型方法。

为达到以上目的，本发明一方面公开了一种3D玻璃热弯模具，用于对玻璃坯料进行加工，包括凹模和凸模，其中，所述凹模的底部设有成型凹槽，所述成型凹槽的槽口边缘向内弯曲以形成第一内弯部，所述成型凹槽的槽口边缘与水平面的夹角为α，α＞90°；所述凸模的顶部设有与所述成型凹槽相配合的成型凸台，所述成型凸台的底部向内弯曲以形成第二内弯部，所述第二内弯部可与所述第一内弯部配合；所述凸模的热膨胀系数大于所述玻璃坯料的热膨胀系数，所述凹模的热膨胀系数小于所述玻璃坯料的热膨胀系数。

在本发明的3D玻璃热弯模具中，由于凸模、凹模、玻璃坯料之间的热膨胀系数存在差值，因此本发明可通过凸模、凹模、玻璃坯料在受热后的膨胀量的不同来成型结构复杂的3D玻璃，所以本发明的3D玻璃热弯模具尤其适用于制备边缘向内弯折的3D玻璃产品，而且该3D玻璃产品的类型既包括两侧弯曲的3D玻璃产品，也包括四面弯曲的3D玻璃产品。相比于现有技术，本发明的3D玻璃热弯模具结构简单，且可以直接对玻璃坯料进行一次热弯成型，工作过程简便，有利于大批量生产。

优选地，所述玻璃坯料的热膨胀系数与所述凹模的热膨胀系数之间的差值大于1×10^-6/℃。凹模和玻璃坯料之间的热膨胀系数差值会影响3D玻璃产品的边缘弯曲角度，因此，当玻璃坯料的热膨胀系数与凹模的热膨胀系数之间的差值过小时，将难以保证3D玻璃产品的边缘弯曲角度大于90度。

优选地，所述凸模的热膨胀系数与所述玻璃坯料的热膨胀系数之间的差值大于1×10^-6/℃。凸模和玻璃坯料之间的热膨胀系数差值会影响3D玻璃产品的边缘弯曲角度，因此，当凸模的热膨胀系数与玻璃坯料的热膨胀系数之间的差值过小时，将难以保证3D玻璃产品的边缘弯曲角度大于90度。

所述成型凹槽的槽口边缘与水平面的夹角为α，α过大不利于凹模和凸模的合模和脱模，因此α需要控制在合适范围内，优选地，α≤120°

优选地，所述凹模的材料为石墨、陶瓷或合金材料，所述凸模的材料为石墨、陶瓷或合金材料。所述合金材料可选为钨钢。

优选地，所述凹模的底部还设有限位槽，所述限位槽可与所述玻璃坯料配合，所述限位槽对所述玻璃坯料起限位作用。

优选地，所述限位槽与所述玻璃坯料间隙配合。由于凹模的热膨胀系数小于所述玻璃坯料的热膨胀系数，在受热过程中，玻璃坯料的膨胀量会大于凹模的膨胀量，因此，膨胀量的差异可能会导致玻璃坯料在限位槽中被挤爆，为此，所述限位槽必须与所述玻璃坯料间隙配合。

优选地，所述凸模的边缘设有定位凸块，所述凹模的边缘设有定位凹槽，所述定位凸块可与所述定位凹槽配合。定位凸块和定位凹槽的设置可保证凸模和凹模精准合模，避免凸模和凹模在合模过程中出现偏移。

本发明另一方面公开了一种3D玻璃成型方法，其包括以下步骤：

S1，提供以上所述的3D玻璃热弯模具，以及一种玻璃坯料；

S2，将所述玻璃坯料放置在凸模上，并通过所述限位槽对玻璃坯料进行限位；

S3，对所述3D玻璃热弯模具和玻璃坯料进行加热，并对所述凹模和/或凸模施加合模力，使凹模和凸模合模，使所述玻璃坯料热弯成型；

S4，对所述3D玻璃热弯模具进行冷却，冷却至室温后，使凹模和凸模脱模，得到3D玻璃产品。

优选地，在步骤S3中，当加热温度到所述玻璃坯料的玻璃态转化点温度时，才对所述凹模和/或凸模施加合模力。当加热温度低于玻璃态转化点温度时，玻璃坯料的粘度太大，不利于弯曲玻璃板坯料，此时对模具施加合模力会导致玻璃坯料破裂。

优选地，在步骤S3中，加热温度不高于所述玻璃坯料的软化成型温度。当加热温度超过玻璃坯料的软化成型温度时，3D玻璃产品的表面粗糙度会变大，3D玻璃产品的外观效果较差。

为防止3D玻璃产品在降温过程中由于温度骤降而产生应力，应严格控制冷却速率。优选地，在步骤S4中，对所述3D玻璃热弯模具进行缓慢冷却，冷却速率为50-200℃/min。

附图标记

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明所述的两侧弯曲的3D玻璃产品；

图2是本发明所述的四面弯曲的3D玻璃产品；

图3是本发明所述的3D玻璃产品的剖视图；

图4是本发明所述的3D玻璃热弯模具的结构图；

图5是本发明所述的3D玻璃热弯模具的凹模的结构图；

图6是图5中R部放大图；

图7是本发明所述的3D玻璃热弯模具的凸模的结构图；

图8是本发明所述的3D玻璃成型方法的步骤S2的状态图；

图9是本发明所述的3D玻璃成型方法的步骤S3的其中一个状态图，此时凹模和凸模刚开始合模；

图10是本发明所述的3D玻璃成型方法的步骤S3的另外一个状态图，此时凹模和凸模已完全合模；

图11是本发明所述的3D玻璃成型方法的步骤S4的状态图；

图12是图8中Q部的放大图；

图13是凹模尺寸A、凸模尺寸B、玻璃坯料尺寸P与温度的关系图，图中的T1指的是玻璃坯料的退火点温度，T2指的是玻璃坯料的玻璃态转化点温度，T3指的是玻璃坯料的软化成型温度；

图14是本发明所述的3D玻璃成型方法的流程图。

附图标号说明：

1-凹模，11-成型凹槽，111-第一内弯部，112-槽口边缘，12-定位凹槽，13-限位槽；

2-凸模，21-成型凸台，211-第二内弯部，212-成型凸台底部，22-定位凸块；

3-玻璃坯料；

4-3D玻璃产品。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、 “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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“装配”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下实施例中所述的边缘向内弯折的3D玻璃产品指的是玻璃外周边缘的弯曲角度大于90度的3D玻璃产品。具体而言，参考附图1-3，3D玻璃产品4是经过热弯成型加工，故其外周边缘会弯曲一定角度。此处定义该弯曲角度为玻璃产品外周边缘的切线j与水平面的夹角β。在本发明实施例的3D玻璃产品4中，所述夹角β大于90°。因此，本发明实施例的3D玻璃产品4的边缘会靠近3D玻璃产品4的内部，即3D玻璃产品4的边缘向内弯折。

本发明的其中一个实施例提供一种3D玻璃热弯模具，如图4-7所示，所述3D玻璃热弯模具包括凹模1和凸模2。

凹模1的底部设有成型凹槽11，成型凹槽11具体设置在凹模1底部的中间位置。成型凹槽11的槽口边缘112向内弯折以形成第一内弯部111，成型凹槽11的槽口边缘112与水平面的夹角为α，α＞90°。具体而言，如图6所示，切线k与成型凹槽11的槽口边缘112相切，切线k与水平面的夹角α大于90度，即成型凹槽11的槽口边缘112与水平面的夹角α为钝角，成型凹槽11的槽口边缘112往成型凹槽11的内部弯曲，使得成型凹槽11的整体形状为大致“Ω”型。

凸模2的顶部设有与成型凹槽11相配合的成型凸台21，因此，成型凸台21的形状会与成型凹槽11的形状相适应，所以，成型凸台底部212向内弯曲以形成第二内弯部211，第二内弯部211可与第一内弯部111配合。由于成型凸台21的形状与成型凹槽11的形状相适应，故此处不对成型凸台21的形状进行赘述。

如图5所示，定义成型凹槽11的最大宽度为A，定义成型凹槽11的槽口边缘112的宽度为D，由于成型凹槽11的槽口边缘112向内弯折，故D<A。如图7所示，定义成型凸台21的最大宽度为B。为了使凹模1和凸模2顺利合模，在室温下（在凹模1和凸模2未合模的情况下），成型凹槽11的槽口边缘宽度必须大于成型凸台21的最大宽度，即D>B。

此外，夹角α过大不利于凹模1和凸模2的合模和脱模，因此α需要控制在合适范围内，优选地，90°＜α≤120°。

本发明的3D玻璃热弯模具为了制备如图1-3所示的边缘向内弯折的3D玻璃产品4，成型凹槽11和成型凸台21的形状会与3D玻璃产品4的形状相适应。而且，凸模2的热膨胀系数大于玻璃坯料（用以制备3D玻璃产品4的原料）的热膨胀系数，凹模1的热膨胀系数小于玻璃坯料的热膨胀系数。如图8-12所示，由于凸模2、凹模1、玻璃坯料3之间的热膨胀系数存在差值，因此本发明可通过凸模2、凹模1、玻璃坯料3在受热后的膨胀量的不同来成型结构复杂的3D玻璃产品4，所以本发明的3D玻璃热弯模具尤其适用于制备边缘向内弯折的3D玻璃产品4。

具体地，如图9所示，当玻璃坯料3被加热至玻璃态转化点温度时，凹模1和凸模2开始合模，玻璃坯料3也开始形变。当玻璃坯料3开始形变后，玻璃坯料3的尺寸（此处以宽度为例）也会发生变化，为表述方便，此处定义从3D玻璃热弯模具开始合模到最后脱模期间，玻璃坯料3的最大宽度为P。

如图10、图13所示，当凹模1和凸模2完全合模后，持续对3D玻璃热弯模具和玻璃坯料进行加热，在此过程中，由于成型凸台21的膨胀量比玻璃坯料的膨胀量大，成型凸台21会紧贴玻璃坯料的内表面，与此同时，又由于玻璃坯料的膨胀量比成型凹槽11的膨胀量大，玻璃坯料的外表面会紧贴成型凹槽11，最终使得玻璃坯料的形状与成型凹槽11、成型凸台21的形状相适应，即玻璃坯料完全成型为边缘向内弯折的3D玻璃产品4。

本实施例的3D玻璃热弯模具采用与现有技术完全不同的成型方式，其通过成型凹槽11、成型凸台21直接对玻璃进行成型，因此其可适应多种类型的3D玻璃产品4，而且该3D玻璃热弯模具的结构简单，使用简便且无需借用其他机械设备，因此该3D玻璃热弯模具有利于边缘向内弯折的3D玻璃产品4的推广和生产。

凹模1和玻璃坯料3之间的热膨胀系数差值会影响到凹模1和玻璃坯料3之间的膨胀量差值，而本实施例的3D玻璃热弯模具之所以能成型边缘向内弯折的3D玻璃产品4，正是因为在受热时凹模1和玻璃坯料3之间的膨胀量存在差值，所以凹模1和玻璃坯料3之间的膨胀量差值会与3D玻璃产品4的边缘弯曲角度正相关。所以，当玻璃坯料3的热膨胀系数与凹模1的热膨胀系数之间的差值过小时，将难以保证3D玻璃产品4的边缘弯曲角度大于90度。所以，优选地，玻璃坯料3的热膨胀系数与凹模1的热膨胀系数之间的差值需大于1×10^-6/℃。同理，凸模2的热膨胀系数与玻璃坯料3的热膨胀系数之间的差值也需要大于1×10-6/℃。

凹模1的材料为石墨、陶瓷或合金材料，凸模2的材料为石墨、陶瓷或合金材料，所述合金材料优选为钨钢。上述材料的热膨胀系数为本领域技术人员的公知常识，此处不再赘述，因此，在已知玻璃坯料的热膨胀系数后，本领域技术人员可根据具体需求选取合适的凹模材料和凸模材料。

示例性地，玻璃坯料可选用康宁大猩猩3代玻璃，已知康宁大猩猩3代玻璃的热膨胀系数为7.6×10^-6/℃。此时，凹模材料可选用西格里R8650（石墨材料），西格里R8650的热膨胀系数为3.9×10^-6/℃。同时，凸模材料可选用步高GF-LT（石墨材料），该材料的热膨胀系数为8.6×10^-6/℃。

如图5、图8、图12所示，在本发明的优选实施例中，凹模1的底部还设有限位槽13，当使用本实施例的3D玻璃热弯模具时，限位槽13会与玻璃坯料3配合，限位槽13主要用以对玻璃坯料3进行限位，避免玻璃坯料3在加工过程中偏移。限位槽13的深度可根据玻璃坯料3的厚度来具体设置。

由于凹模1的热膨胀系数小于玻璃坯料3的热膨胀系数，在受热过程中，玻璃坯料3的膨胀量会大于凹模1的膨胀量，因此，膨胀量的差异可能会导致玻璃坯料3在限位槽13中被挤爆，为此，限位槽13必须与玻璃坯料3间隙配合。如图12所示，定义限位槽13与玻璃坯料3的配合间隙为C，优选地，0.02mm≤C≤1mm。

如图4所示，在本发明的优选实施例中，凸模2的边缘设有定位凸块22，凹模1的边缘设有定位凹槽12，定位凸块22可与定位凹槽12配合。定位凸块22和定位凹槽12的设置可保证凸模2和凹模1精准合模，避免凸模2和凹模1在合模过程中出现偏移。

本发明的另一个实施例提供一种3D玻璃成型方法，下面结合图8-14对该方法的各个步骤进行详细描述。

S1，提供上述实施例的3D玻璃热弯模具，以及一种玻璃坯料3。本实施例的玻璃坯料3以板材为例。

S2，将玻璃坯料3放置在凸模2上，并通过限位槽13对玻璃坯料3进行限位。具体地，如图8所示，玻璃坯料3的底部与成型凸台21的顶部接触，玻璃坯料3的顶部与限位槽13接触。

S3，对3D玻璃热弯模具和玻璃坯料3进行加热，并对凹模1和/或凸模2施加合模力，使凹模1和凸模2合模，使玻璃坯料3热弯成型。具体地，如图9所示，当加热温度到玻璃坯料3的玻璃态转化点温度T2时，才对凹模1和/或凸模2施加合模力。当加热温度低于玻璃态转化点温度T2时，玻璃坯料3的粘度太大，不利于弯曲玻璃板坯料3，此时对模具施加合模力会导致玻璃坯料3破裂。如图10所示，当凹模1和凸模2完全合模后，通过凹模1、凸模2和玻璃坯料的膨胀量差异，玻璃坯料最终成型为所需的3D玻璃产品4。

需要注意的是，加热温度不高于玻璃坯料的软化成型温度T3。当加热温度超过玻璃坯料的软化成型温度T3时，3D玻璃产品的表面粗糙度会变大，3D玻璃产品的外观效果较差。

S4，对3D玻璃热弯模具进行冷却，冷却至室温后，使凹模1和凸模2脱模，得到3D玻璃产品4。具体地，当加热温度达到玻璃坯料的软化成型温度T3时，可停止加热，并对所述3D玻璃热弯模具进行缓慢冷却，为防止3D玻璃在降温过程中由于温度骤降而产生应力，应严格控制冷却速率在50-200℃/min范围内。

如图11、13所示，在冷却过程，凸模2的收缩量会比3D玻璃产品4的收缩量大，因此3D玻璃产品4可轻易地从成型凸台21上脱下，同理，3D玻璃产品4的收缩量会比凹模1的收缩量大，因此3D玻璃产品4也可以轻易地从成型凹槽11上脱下。优选地，3D玻璃产品4最好在退火点温度T1以下的温度进行脱模。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D玻璃热弯模具，用于对玻璃坯料进行加工，包括凹模和凸模，其特征在于，

所述凹模的底部设有成型凹槽，所述成型凹槽的槽口边缘向内弯曲以形成第一内弯部，所述成型凹槽的槽口边缘与水平面的夹角为α，α＞90°；

所述凸模的顶部设有与所述成型凹槽相配合的成型凸台，所述成型凸台的底部向内弯曲以形成第二内弯部，所述第二内弯部与所述第一内弯部配合；

所述凸模的热膨胀系数大于所述玻璃坯料的热膨胀系数，所述凹模的热膨胀系数小于所述玻璃坯料的热膨胀系数；

所述玻璃坯料的热膨胀系数与所述凹模的热膨胀系数之间的差值大于1×10^-6/℃；

所述凸模的热膨胀系数与所述玻璃坯料的热膨胀系数之间的差值大于1×10^-6/℃。

2.如权利要求1所述的3D玻璃热弯模具，其特征在于，所述成型凹槽的槽口边缘与水平面的夹角为α，α≤120°。

3.如权利要求1所述的3D玻璃热弯模具，其特征在于，所述凹模的材料为石墨、陶瓷或合金材料，所述凸模的材料为石墨、陶瓷或合金材料。

4.如权利要求1所述的3D玻璃热弯模具，其特征在于，所述凹模的底部还设有限位槽，所述限位槽与所述玻璃坯料配合，所述限位槽对所述玻璃坯料起限位作用。

5.如权利要求4所述的3D玻璃热弯模具，其特征在于，所述限位槽与所述玻璃坯料间隙配合。

6.如权利要求1所述的3D玻璃热弯模具，其特征在于，所述凸模的边缘设有定位凸块，所述凹模的边缘设有定位凹槽，所述定位凸块与所述定位凹槽配合。

7.一种3D玻璃成型方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1，提供如权利要求1-6任意一项所述的3D玻璃热弯模具，以及一种玻璃坯料；

S2，将所述玻璃坯料放置在凸模上，并通过限位槽对玻璃坯料进行限位；

S3，对所述3D玻璃热弯模具和玻璃坯料进行加热，并对所述凹模和/或凸模施加合模力，使凹模和凸模合模，使所述玻璃坯料热弯成型；

S4，对所述3D玻璃热弯模具进行冷却，冷却至室温后，使凹模和凸模脱模，得到3D玻璃产品。

8.如权利要求7所述的3D玻璃成型方法，其特征在于，在步骤S3中，当加热温度到所述玻璃坯料的玻璃态转化点温度时，才对所述凹模和/或凸模施加合模力。

9.如权利要求7所述的3D玻璃成型方法，其特征在于，在步骤S3中，加热温度不高于所述玻璃坯料的软化成型温度。

10.如权利要求7所述的3D玻璃成型方法，其特征在于，在步骤S4中，对所述3D玻璃热弯模具进行缓慢冷却，冷却速率为50-200℃/min。

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