CN110171922A - 一种玻片的热弯成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻片的热弯成型方法，玻璃加工技术领域，3D玻璃热弯成型目前行业内普遍采用的是多站式热弯机进行加工，本发明也是基于该设备的技术方案，本发明所述的方法依次包括玻片的入模组装、预热工序、热压工序、第一冷却工序和第二冷却工序。本方案主要针对电子产品使用的3D玻璃产品，着重针对厚度在1mm以下的玻璃产品。本发明通过对玻片与模具的组合体温度与压力的分时控制，可有效提高热弯产品品质，适合不同材质的玻璃片进行热弯成型，能够快速使成型工艺稳定持续进行。
Description
技术领域
本发明玻璃加工领域，具体涉及一种玻片的热弯成型方法。
背景技术
随着曲屏手机推出，并且在市场上的份额不断增大，使手机所用的盖板玻璃必须加工成曲面的形状，3D曲面玻璃在市场上应运而生，相对于传统的平面玻璃而言，3D曲面玻璃增加了热弯成型工序，使得玻璃片具有一定的弯曲弧度。
玻璃的黏度是模压成型中一个重要的工艺性能，它决定了模压成型过程的条件，比如：玻璃熔化条件，模压条件，以及退火条件：玻璃的黏度取决于玻璃的化学组成。黏度是指接触面积为A的两个平行液层间，当上液层以一定速度向前运动时，下液层就会以相应的速度梯度移动，表现为流体的内摩擦力。
黏度是非晶态玻璃的重要属性，黏度随着温度的不同会有所变化，黏度贯穿于玻璃生产和加工的整个过程中，直接影响着玻璃的溶制、澄清、均化、成型、退火及其热处理等加工过程。3D玻璃属于硅酸盐类型的玻璃，主要类型有钠钙硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃。在玻璃热弯成型过程中玻璃的黏度是随着温度的变化而变化的，目前Arrhenius equation和Vogel-Fulcher-Tamman（VFT）equation 是描述玻璃黏度和温度特性应用最广泛的方程。其中Arrhenius equation表达如下：
其中η代表某一温度对应的黏度，η0为与玻璃组成有关的常数因子；∆H是质点的粘滞活化能，R是气体常数；T是玻璃绝对温度。Arrhenius equation方程在一定黏度范围（109-1012Pa·S）的适应性很好，而在较高温度时玻璃的状态更接近液态性质，（VFT）equation方程能够更好的适应于描述玻璃整个温度与黏度的特性。（VFT）equation福尔切尔方程表示为：
其中，A、B为常数；T0为温度常数；T为玻璃绝对温度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种玻片的热弯成型方法。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种玻片的热弯成型方法，3D玻璃热弯成型目前行业内普遍采用的是多站式热弯机进行加工，本发明也是基于该设备的技术方案，本发明所述的方法依次包括玻片的入模组装、预热工序、热压工序、第一冷却工序和第二冷却工序。
玻片的入模组装是指将按照预定尺寸加工好的玻片与成型玻片所用的凸模与凹模组合在一起，将玻片置于凹模与凸模之间，通过对凹模、凸模和玻片的组合体加热、施压和冷却达到对玻片成型的效果，在以下工序中，保持玻片与模具的组合状态直至成型工艺结束；
预热工序：将玻片与模具组合在一起后，放入加热装置中进行逐步升温，升温速度保持在120-180℃/分钟，将玻片从室温逐步加热到Tg-100℃—Tg-30℃（即在玻片软化点温度以下100~30℃的温度范围内），其中Tg为玻片软化点温度，由于玻璃成份不同导致玻璃的软化点温度也有差别，本工序针对玻璃的软化点温度进行调整，这个温度范围也是对玻璃片成型时需要达到的温度，在本工序中通过置于玻片与模具的组合体上方和下方的加热板进行升温，但并不对玻片与模具的组合体施加压力。
热压工序：在本工序中，将玻片温度保持在Tg-100℃—Tg-30℃范围内，选择这个温度范围一方面因为玻璃在低于软化点时已经开始变形，温度过低不利于后续的成型工序，施加压力时容易使玻片碎裂，另一方面温度过高容易使玻璃产生大面积变形，也容易使得玻璃中析出气泡产生缺陷；加热的目标温度还与被成型玻璃片的材质与厚度有关，玻璃的材质影响玻璃的软化点温度Tg，玻璃片预热工序的目标温度在低于Tg-100℃至低于Tg-30℃之间为宜，当玻璃片厚度较薄时由于热量从玻璃表面传导到内部到时间较短，可以适当提高加热温度，缩短加热时间，当玻璃片温度较厚时，应当适当降低加热温度，延长加热时间，这样可以使玻璃片受热均匀，在本工序中对玻片与模具的组合体加热的同时对玻片与模具的组合体分三个阶段施压：
第一阶段：对玻片与模具的组合体施加压强P1，P1的范围在0.1-0.3MPa，施压过程压强由0增加至P1，当压力达到P1后，保压至第一阶段结束，第一阶段持续时间为10-30秒，保压时间为2~10秒；
第二阶段：对玻片与模具的组合体施加压强P2，P2的范围在0.1-0.4MPa，施压过程压强由0增加至P2，当压力达到P2后，保压至第二阶段结束，第二阶段持续时间为10-30秒，保压时间为2~10秒；
第三阶段：对玻片与模具的组合体施加压强P3， P3的范围在0.1-0.5MPa，施压过程压强由0增加至P3，当压力达到P3后，保压至第三阶段结束，第三阶段持续时间为10-30秒，保压时间为2~10秒；
第一冷却工序：完成热压工序后，对玻片与模具的组合体进行快速降温，降温过程中，一方面使用加热板对玻片与模具的组合体持续加热，另一方面使用水冷系统强制冷却，降温速度保持在120-140℃/分钟，第一冷却工序结束时使玻片的温度达到300-350℃，冷却过程中玻片的温度下降尽量均匀，避免温度下降速度过快导致玻片应力过大而碎裂。
第二冷却工序：在完成第一冷却工序后进一步的通过水冷系统对玻片与模具的组合体进行降温，玻片降温速度保持在90-140℃/分钟，直至玻片温度降低至室温。在本工序中可不再对玻片与模具的组合体进行加热，在120-180秒时间内使玻片的温度降低至室温。
进一步地，为防止在高温环形下模具氧化，玻片因氧化产生缺陷，所述的预热工序、热压工序、第一冷却工序和第二冷却工序中，所述的玻片与模具的组合体均在氮气保护的氛围下进行，使玻片与模具的组合体所处氛围的含氧量小于200ppm。
考虑到玻璃的膨胀系数和脱模的便利性，所述模具采用石墨材料或二氧化硅材料制作，当然随着材料科学发展，不排除使用其它材料制作模具。
本方案主要针对电子产品使用的3D玻璃产品，着重针对厚度在1mm以下的玻璃产品。
有益效果：本发明通过对玻片与模具的组合体温度与压力的分时控制，可有效提高热弯产品品质，适合不同材质的玻璃片进行热弯成型，能够快速使成型工艺稳定持续进行。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明，但不应作为对本发明保护范围的限制。
实施例1
一种玻片的热弯成型方法，依次包括玻片的入模组装、预热工序、热压工序、第一冷却工序和第二冷却工序工序，所述模具为石墨模具，具体过程如下：
玻片的入模组装是指将按照预定尺寸加工好的玻片样品1与玻片样品1（高铝硅玻璃，厚度0.33毫米，四川旭虹光电科技有限公司）所用的凸模与凹模组合在一起，将玻片样品1置于凹模与凸模之间，通过对凹模、凸模和玻片样品1的组合体加热、施压和冷却达到对玻片样品1成型的效果，在以下工序中，保持玻片样品1与模具的组合状态直至成型工艺结束；整个过程在氮气保护的氛围下进行，使玻片与模具的组合体所处氛围的含氧量小于200ppm。
预热工序：将样品1与模具组合在一起后，放入加热装置中进行逐步升温，升温速度保持在150℃/分钟，将玻片样品1从室温逐步加热到Tg-100℃—Tg-30℃，玻片样品1的软化点温度经检测为719℃；
热压工序：在本工序中，将玻片样品1温度保持在Tg-100℃—Tg-30℃范围内的同时，对玻片样品1与模具的组合体分三个阶段施压，三个阶段分别在三个工位进行：
第一阶段：对玻片样品1与模具的组合体施加压强P1，P1=0.2MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P1，用时8秒，当压力达到P1后，保压2秒，第一阶段结束；
第二阶段：对玻片样品1与模具的组合体施加压强P2，P2=0.3MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P2，用时10秒，当压力达到P2后，保压5秒，第二阶段结束；
第三阶段：对玻片样品1与模具的组合体施加压强P3， P3=0.5MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P3，用时20秒，当压力达到P3后，保压10秒，第三阶段结束；
第一冷却工序：完成热压工序后，对玻片样品1与模具的组合体进行快速降温，降温速度保持在120℃/分钟，第一冷却工序结束时使玻片样品1的温度达到300℃；
第二冷却工序：在完成第一冷却工序后进一步的通过水冷系统对玻片样品1与模具的组合体进行降温，玻片样品1降温速度保持在90℃/分钟，直至玻片样品1温度降低至室温。
在不改变其他工艺参数的前提下，在不同的三种预热工序目标温度和热压工序温度环境下进行了测试，通常情况下预热工序目标温度是预热工序结束时的玻璃片温度，应当与热压工序温度一致，但不排除其它原因（例如电压不稳、氮气气压变化等）导致设备局部温度稍有变化相差几摄氏度的情况，当玻璃片样品1的热压工序温度设定在610℃时，由于该温度未能使玻璃软化，导致成型时玻璃片碎裂；当玻璃片样品1的热压工序温度设定在689℃时，成型良好，此时689= Tg1-30℃，当玻璃片样品1的热压工序温度设定在700℃时，玻璃片表面出现麻点、气泡，说明玻璃表面由于温度过高析出微小结晶和气体导致了麻点和气泡，具体结果详见表1。
实施例2
一种玻片的热弯成型方法，依次包括玻片的入模组装、预热工序、热压工序、第一冷却工序和第二冷却工序工序，所述模具为石墨模具，具体过程如下：
玻片的入模组装是指将按照预定尺寸加工好的玻片样品2与玻片样品2（高铝硅玻璃，厚度0.33毫米，购自美国康宁公司）所用的凸模与凹模组合在一起，将玻片样品2置于凹模与凸模之间，通过对凹模、凸模和玻片样品2的组合体加热、施压和冷却达到对玻片样品2成型的效果，在以下工序中，保持玻片样品2与模具的组合状态直至成型工艺结束；整个过程中在氮气保护的氛围下进行，使玻片与模具的组合体所处氛围的含氧量小于200ppm。
预热工序：将样品2与模具组合在一起后，放入加热装置中进行逐步升温，升温速度保持在120℃/分钟，将玻片样品2从室温逐步加热到Tg-100℃—Tg-30℃，玻片样品2的软化点温度经检测为823℃；
热压工序：在本工序中，将玻片样品2温度保持在Tg-100℃—Tg-30℃范围内的同时，对玻片样品2与模具的组合体分三个阶段施压，三个阶段分别在三个工位进行：
第一阶段：对玻片样品2与模具的组合体施加压强P1，P1=0.1MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P1，用时10秒，当压力达到P1后，保压5秒，第一阶段结束；
第二阶段：对玻片样品2与模具的组合体施加压强P2，P2=0.2MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P2，用时20秒，当压力达到P2后，保压5秒，第二阶段结束；
第三阶段：对玻片样品2与模具的组合体施加压强P3， P3=0.3MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P3，用时10秒，当压力达到P3后，保压10秒，第三阶段结束；
第一冷却工序：完成热压工序后，对玻片样品2与模具的组合体进行快速降温，降温速度保持在130℃/分钟，第一冷却工序结束时使玻片的温度达到350℃；
第二冷却工序：在完成第一冷却工序后进一步的通过水冷系统对玻片与模具的组合体进行降温，玻片样品2降温速度保持在120℃/分钟，直至玻片样品2温度降低至室温。
玻璃片样品2的软化点温度经检测为823℃，在不改变其他工艺参数的情况下，当玻璃片样品2的热压工序温度设定在715℃时，由于该温度未能使玻璃片软化，导致成型时玻璃片弯折不到位；当玻璃片样品2的热压工序温度设定在723℃时，成型良好，此时689=Tg2-100℃，当玻璃片样品2的热压工序温度设定在812℃时，玻璃片表面出现条纹，具体结果详见表1。
实施例3
一种玻片的热弯成型方法，依次包括玻片的入模组装、预热工序、热压工序、第一冷却工序和第二冷却工序工序，所述模具为石墨模具，具体过程如下：
玻片的入模组装是指将按照预定尺寸加工好的玻片样品3与玻片样品3（普通钠钙玻璃，0.55毫米）用的凸模与凹模组合在一起，将玻片样品3置于凹模与凸模之间，通过对凹模、凸模和玻片样品3的组合体加热、施压和冷却达到对玻片样品1成型的效果，在以下工序中，保持玻片样品3与模具的组合状态直至成型工艺结束；整个过程中在氮气保护的氛围下进行，使玻片与模具的组合体所处氛围的含氧量小于200ppm。
预热工序：将样品3与模具组合在一起后，放入加热装置中进行逐步升温，升温速度保持在180℃/分钟，将玻片样品3从室温逐步加热到Tg-100℃—Tg-30℃，玻片样品3的软化点温度经检测为667℃；
热压工序：在本工序中，将玻片样品3温度保持在Tg-100℃—Tg-30℃范围内的同时，对玻片样品3与模具的组合体分三个阶段施压，三个阶段分别在三个工位进行：
第一阶段：对玻片样品3与模具的组合体施加压强P1，P1=0.3MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P1，用时20秒，当压力达到P1后，保压10秒，第一阶段结束；
第二阶段：对玻片样品3与模具的组合体施加压强P2，P2=0.4MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P2，用时15秒，当压力达到P2后，保压10秒，第二阶段结束；
第三阶段：对玻片样品3与模具的组合体施加压强P3， P3=0.5MPa，施压过程压强由0缓慢增加至P3，用时20秒，当压力达到P3后，保压5秒，第三阶段结束；
第一冷却工序：完成热压工序后，对玻片样品3与模具的组合体进行快速降温，降温速度保持在140℃/分钟，第一冷却工序结束时使玻片的温度达到320℃；
第二冷却工序：在完成第一冷却工序后进一步的通过水冷系统对玻片样品3与模具的组合体进行降温，玻片样品3降温速度保持在140℃/分钟，直至玻片样品3温度降低至室温。
玻璃片样品3的软化点温度经检测为667℃，在不改变其他工艺参数的情况下，当玻璃片样品3的热压工序温度设定在558℃时，由于该温度未能使玻璃片软化，导致玻璃片碎裂，划伤模具；当玻璃片样品3的热压工序温度设定在723℃时，成型良好，此时610= Tg3-57℃，当玻璃片样品3的热压工序温度设定在812℃时，玻璃片边部出现波浪条纹，具体详见表1。
表1 样品1、样品2和样品3 在Tg-100℃—Tg-30℃温度范围内以及超出该温度范围加工成型后的效果对比
通过以上三个样品的实验数据，可以看出，玻璃片成型良好工艺温度应处于Tg-100℃—Tg-30℃之间。
Claims (4)
1.一种玻片的热弯成型方法，依次包括玻片的入模组装、预热工序、热压工序、第一冷却工序和第二冷却工序工序，其特征在于，具体过程如下：
玻片的入模组装是指将按照预定尺寸加工好的玻片与成型玻片所用的凸模与凹模组合在一起，将玻片置于凹模与凸模之间，通过对凹模、凸模和玻片的组合体加热、施压和冷却达到对玻片成型的效果，在以下工序中，保持玻片与模具的组合状态直至成型工艺结束；
预热工序：将玻片与模具组合在一起后，放入加热装置中进行逐步升温，升温速度保持在120-180℃/分钟，将玻片从室温逐步加热到Tg-100℃—Tg-30℃，其中Tg为玻片软化点温度；
热压工序：在本工序中，将玻片温度保持在Tg-100℃—Tg-30℃范围内的同时，对玻片与模具的组合体分三个阶段施压：
第一阶段：对玻片与模具的组合体施加压强P1，P1的范围在0.1-0.3MPa，施压过程压强由0增加至P1，当压力达到P1后，保压至第一阶段结束，第一阶段持续时间为10-30秒，保压时间2~10秒；
第二阶段：对玻片与模具的组合体施加压强P2，P2的范围在0.1-0.4MPa，施压过程压强由0增加至P2，当压力达到P2后，保压至第二阶段结束，第二阶段持续时间为10-30秒，保压时间2~10秒；
第三阶段：对玻片与模具的组合体施加压强P3， P3的范围在0.1-0.5MPa，施压过程压强由0增加至P3，当压力达到P3后，保压至第三阶段结束，第三阶段持续时间为10-30秒，保压时间2~10秒；
第一冷却工序：完成热压工序后，对玻片与模具的组合体进行快速降温，降温速度保持在120-140℃/分钟，第一冷却工序结束时使玻片的温度达到300-350℃；
第二冷却工序：在完成第一冷却工序后进一步的通过水冷系统对玻片与模具的组合体进行降温，玻片降温速度保持在90-140℃/分钟，直至玻片温度降低至室温。
2.根据权利要求1所述的玻片的热弯成型方法，其特征在于：所述的预热工序、热压工序、第一冷却工序和第二冷却工序中，所述的玻片与模具的组合体均在氮气保护的氛围下进行，使玻片与模具的组合体所处氛围的含氧量小于200ppm。
3.根据权利要求1所述的玻片的热弯成型方法，其特征在于：所述模具采用石墨材料或二氧化硅材料制作。
4.根据权利要求1所述的玻片的热弯成型方法，其特征在于：所述玻片为厚度在1mm以下的3D玻璃产品。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190827 |