CN110750883A - 一种溢流砖槽底曲线设计优化方法 - Google Patents

一种溢流砖槽底曲线设计优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于玻璃基板制造领域，公开了一种溢流砖槽底曲线设计优化方法，包括以下步骤：S1根据溢流砖的设计参数，得到溢流砖的标准引出量；S2根据溢流砖的标准引出量，得到初始溢流砖槽底曲线；S3根据溢流砖分流块的长度对初始溢流砖槽底曲线进行直线修正，得到溢流砖槽底曲线；S4根据溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数，通过溢流模拟得到成型玻璃基板的厚度极差；S5当成型玻璃基板的厚度极差≤预设阈值时，采用溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数进行溢流砖加工；当成型玻璃基板的厚度极差>预设阈值时，调节溢流砖的设计参数并重复S1～S4。有效地解决了玻璃基板成型厚度波动的问题，从设计上增加了生产裕量，使得玻璃基板成型的厚度能够满足需求。

Description

一种溢流砖槽底曲线设计优化方法
技术领域
本发明属于玻璃基板制造领域，涉及一种溢流砖槽底曲线设计优化方法。
背景技术
一般的TFT-LCD(薄膜晶体管显示器)、PDP(等离子体显示屏)等平板显示器制造领域所用的玻璃基板以溢流下拉的方式制造，在成型工序中将由玻璃熔化炉熔化了的玻璃液供给到熔融溢流下拉成型装置来制造。
显示器制造要求越来越大的玻璃基板以提高生产效率和降低成本，但越大的玻璃基板其生产难度更大，玻璃基板的质量控制更复杂。溢流砖是玻璃基板制造成型装置的核心部件之一，其中，玻璃基板厚度均匀性的控制是特别重要的工艺技术之一，以0.7mm玻璃基板为例，其厚度波动必须在大约20um或30um以内。溢流砖结构设计好坏和工艺裕度大小是成型工艺稳定的关键因素之一，根据溢流砖远近端边板流量与平衡控制、整体厚度初始分布来进行成型工艺调整，如流量、温度等，以免玻璃引出质量分布和热量分布的瞬时变化，即，使用溢流下拉法制造对应力、翘曲、厚度和板材弯曲等特性严格要求和性能稳定的玻璃基板，玻璃基板厚度及其一致性控制是非常重要的设计和工艺技术之一。由于玻璃基板很薄，生产过程的任何工艺波动，包括气流、热场等，都会对成型玻璃基板的厚度产生影响，造成生产的玻璃基板厚度分布不满足需求，进而对显示器的质量造成负面影响，所以溢流砖设计时要考虑这些复杂因素对玻璃基板厚度分布的影响，也就是从设计上增加生产裕量，相对应一般要求玻璃基板全板厚度极差＜15μm。
如何保证玻璃基板厚度分布满足需求是玻璃基板制造的重要工艺控制和质量管理项目之一，已成为玻璃基板制造中最棘手的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中溢流下拉法制作的玻璃基板厚度分布经常不满足需求的缺点，提供一种溢流砖槽底曲线设计优化方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种溢流砖槽底曲线设计优化方法，包括以下步骤：
S1：根据溢流砖的设计参数，得到溢流砖的标准引出量；
S2：根据溢流砖的设计参数和溢流砖的标准引出量，得到初始溢流砖槽底曲线；
S3：根据溢流砖分流块的长度对初始溢流砖槽底曲线进行直线修正，得到溢流砖槽底曲线；
S4：根据溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数，通过溢流模拟得到成型玻璃基板的厚度极差；
S5：当成型玻璃基板的厚度极差≤预设阈值时，采用溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数进行溢流砖加工；
当成型玻璃基板的厚度极差>预设阈值时，调节溢流砖的设计参数并重复S1～S4。
本发明进一步的改进在于：
所述S1中溢流砖的设计参数通过产线和产品设计得到，包括溢流砖的入口槽底高度、入口槽宽、溢流面长度、溢流堰倾角和设计引出量。
所述S1中得到溢流砖的标准引出量的具体方法为：
S101：通过式(1)计算玻璃溢流流体参数A：
其中，ρ为玻璃的密度，单位为Kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；η为玻璃的成型粘度，单位为poise；
S102：通过式(2)计算玻璃表面张力参数B：
B＝Sin(j) (2)
其中，j为玻璃表面张力角；
S103：通过式(3)计算溢流砖单位长度溢流面的标准流量C：
Figure BDA0002221855760000032
其中，Qs为溢流砖的标准引出量，单位为kg/s；L为溢流面长度，单位为mm；
S104：通过式(4)计算溢流槽的溢位高度D：
Figure BDA0002221855760000033
S105：通过式(5)计算溢流槽的高宽比E：
Figure BDA0002221855760000034
其中，H为溢流砖的入口槽底高度，W为溢流砖的入口槽宽；
S106：通过式(6)计算溢流槽截面函数F，计算公式如下所示：
Figure BDA0002221855760000035
S107：通过式(7)计算溢流砖的标准引出量Qs：
Qs＝A×tanφ×[W×(H+D)3-2×F×(H+D)4] (7)
S108：联立式(1)～(7)得到溢流砖的标准引出量Qs。
所述溢流砖的标准引出量Qs>溢流砖的设计引出量Qd。
所述玻璃表面张力角j＝21.7°，玻璃的成型粘度η＝35000poise。
所述S2的具体方法为：
S201：将溢流砖的溢流面长度L划分为n等份且n≥5，每一等份分别对应一个槽底位置Z值，Z值为0到L的n等分值；
S202：联立式(1)～(8)，得到溢流砖的溢流面长度L的n等份中每一份对应的Z值所对应的溢流砖的溢流槽高度h并记录，得到初始溢流砖槽底曲线：
Figure BDA0002221855760000041
其中，
Figure BDA0002221855760000042
为溢流砖的溢流堰倾角。
所述S3的具体方法为：
S301：根据溢流砖分流块的长度L0，将溢流砖溢流面长度L分为两段，分别为0到L-L0段及L-L0到L段；
S302：将S2得到的初始溢流砖槽底曲线也划分为0到L-L0段及L-L0到L段两段，
Figure BDA0002221855760000043
对应的槽底高度为
Figure BDA0002221855760000044
Z＝L对应的槽底高度为h＝0；
S303：将
Figure BDA0002221855760000045
对应的槽底高度
Figure BDA0002221855760000046
与Z＝L对应的槽底高度h＝0连成直线，进行直线修正，得到溢流砖槽底曲线。
所述S4的具体方法为：
根据溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数，采用流体软件FLUENT进行溢流模拟，得到成型玻璃基板的厚度极差Δ。
所述S5的具体方法为：
当成型玻璃基板的厚度极差≤预设阈值时，采用溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数进行溢流砖加工；
当成型玻璃基板的厚度极差>预设阈值时，调整溢流砖的入口槽宽W并重复S4、调整溢流砖的入口槽底高度H并重复S1～S4或调整溢流砖的入口槽宽W和溢流砖的入口槽底高度H并重复S1～S4。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本方法首先根据产线和产品设计，确定溢流砖的设计参数；然后计算溢流砖的标准引出量，并结合与玻璃粘度和密度相关的溢流流体参数、玻璃表面张力参数、与溢流堰玻璃溢出厚度相关的溢位高度等，设计计算槽底曲线，利用流体软件进行溢流模拟，验证并优化设计，使溢流砖的初始厚度极差最终满足设计目标，有效地解决了玻璃基板成型厚度波动的问题，从设计上增加了生产裕量，使得玻璃基板成型的厚度能够满足需求，进而减少对工艺调整的复杂要求，进一步的维持产线稳定性。
附图说明
图1为溢流系统结构示意图；
图2为溢流砖外形结构示意图；
图3为溢流砖内溢流槽的结构示意图；
图4为本发明提供的一种溢流砖槽底曲线设计优化方法流程框图；
图5为本发明提供的一种溢流砖槽底曲线设计优化实施例。
其中：1-溢流砖；2-溢流槽；3-玻璃液供料装置；4-溢流砖根部；5-分流块；6-初始溢流砖槽底曲线；7-溢流砖槽底曲线。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为溢流系统结构示意图，溢流系统由溢流砖1和玻璃液供料装置3连接构成。溢流砖1内开设有溢流槽2，溢流砖1的底部为溢流砖1的根部；在玻璃基板以熔融溢流的方式制造时，在成型工序中将由玻璃熔化炉熔化了的玻璃液供给到熔融溢流成型装置中的玻璃液供料装置3，并沿溢流槽2通过溢流砖1两侧溢流，从溢流砖1的溢流砖根部4以下形成玻璃基板。
参见图2和图3，图2为溢流下拉法制造玻璃基板所用溢流砖的外形结构示意图，图3为溢流砖内溢流槽的结构示意图，图中给出了关键的结构设计尺寸，包括溢流砖的入口槽底高度H、入口槽宽W、溢流面长度L、溢流堰倾角
Figure BDA0002221855760000062
溢流槽的溢位高度、溢流砖分流块5的长度L0和溢流砖的溢流槽高度h，在实际生产中，溢流砖都包括以上参数，当然还包括溢流槽底曲线。
参见图4，图4为本发明提供的溢流砖槽底曲线设计优化流程框图，包括以下步骤：首先根据产线和产品设计，确定溢流砖的入口槽底高度H、入口槽宽W、溢流面长度L、溢流堰倾角设计引出量Qd等；然后计算溢流砖的标准引出量Qs，并结合与玻璃粘度和密度相关的溢流流体参数、玻璃表面张力参数、与溢流堰玻璃溢出厚度相关的溢位高度等，设计计算槽底曲线，利用专业的流体软件(如FLUENT)进行溢流模拟，验证并优化设计，使溢流砖的初始厚度极差Δ最终满足设计目标。具体的：
S1：根据溢流砖的设计参数，得到溢流砖的标准引出量。
其中，溢流砖1的设计参数通过产线和产品设计得到，包括溢流砖1的入口槽底高度H、入口槽宽W、溢流面长度L、溢流堰倾角
Figure BDA0002221855760000071
和设计引出量Qd。
得到溢流砖的标准引出量的具体方法为：
S101：通过式(1)计算玻璃溢流流体参数A：
其中，ρ为玻璃的密度，单位为Kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；η为玻璃的成型粘度，单位为poise，设计值一般为35000poise，也可以是其它设计值；
S102：通过式(2)计算玻璃表面张力参数B：
B＝Sin(j) (2)
其中，j为玻璃表面张力角，一般为21.7°，也可以根据具体玻璃采用不同的张力角；
S103：通过式(3)计算溢流砖单位长度溢流面的标准流量C：
Figure BDA0002221855760000073
其中，Qs为溢流砖的标准引出量，单位为kg/s；L为溢流面长度，单位为mm；
S104：通过式(4)计算溢流槽的溢位高度D：
S105：通过式(5)计算溢流槽的高宽比E：
Figure BDA0002221855760000081
其中，H为溢流砖的入口槽底高度，W为溢流砖的入口槽宽；
S106：通过式(6)计算溢流槽截面函数F，计算公式如下所示：
Figure BDA0002221855760000082
S107：通过式(7)计算溢流砖的标准引出量Qs：
Qs＝A×tanφ×[W×(H+D)3-2×F×(H+D)4] (7)
S108：联立式(1)～(7)得到溢流砖的标准引出量Qs，溢流砖的标准引出量Qs>溢流砖的设计引出量Qd。
S2：根据溢流砖的设计参数和溢流砖的标准引出量设计，得到初始溢流砖槽底曲线。
S201：将溢流砖的溢流面长度L划分为n等份且n≥5，每一等份分别对应一个槽底位置Z值，Z值为0到L的n等分值；
S202：联立式(1)～(8)，得到溢流砖的溢流面长度L的n等份中每一份对应的Z值所对应的溢流砖的溢流槽高度h并记录，得到初始溢流砖槽底曲线：
Figure BDA0002221855760000083
其中，为溢流砖的溢流堰倾角。
S3：根据溢流砖分流块5的长度对初始溢流砖槽底曲线进行直线修正，得到溢流砖槽底曲线。
S301：根据溢流砖分流块5的长度L0，将溢流砖溢流面长度L分为两段，分别为0到L-L0段及L-L0到L段；
S302：将S2得到的初始溢流砖槽底曲线也划分为0到L-L0段及L-L0到L段两段，
Figure BDA0002221855760000085
对应的槽底高度为
Figure BDA0002221855760000086
Z＝L对应的槽底高度为h＝0；
S303：将
Figure BDA0002221855760000091
对应的槽底高度
Figure BDA0002221855760000092
与Z＝L对应的槽底高度h＝0连成直线，进行直线修正，得到溢流砖槽底曲线。
S4：根据溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数，采用流体软件FLUENT进行溢流模拟，得到成型玻璃基板的厚度极差Δ。
S5：当成型玻璃基板的厚度极差≤预设阈值时，采用溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数进行溢流砖加工；
当成型玻璃基板的厚度极差>预设阈值时，调整溢流砖的入口槽宽W并重复S4、调整溢流砖的入口槽底高度H并重复S1～S4或调整溢流砖的入口槽宽W和溢流砖的入口槽底高度H并重复S1～S4。
本方法首先根据产线和产品设计，确定溢流砖1的设计参数；然后计算溢流砖1的标准引出量，并结合与玻璃粘度和密度相关的溢流流体参数、玻璃表面张力参数、与溢流堰玻璃溢出厚度相关的溢位高度等，设计计算槽底曲线，利用流体软件进行溢流模拟，验证并优化设计，使溢流砖的初始厚度极差最终满足设计目标，有效地解决了玻璃基板成型厚度波动的问题，从设计上增加了生产裕量，使得玻璃基板成型的厚度能够满足需求，进而减少对工艺调整的复杂要求，进一步的维持产线稳定性。
参见图5，图5为本发明提供的一种参考溢流砖槽底曲线设计优化的实施例。本溢流砖优化后的入口槽底高度H为259.254mm、入口槽宽W为200.032mm、溢流面长度L为2973mm、溢流堰倾角
Figure BDA0002221855760000093
为6.0°、设计引出量Qd为20吨/天；厚度极差目标为小于70μm。图5中的初始溢流砖槽底曲线6和溢流砖槽底曲线7，利用FLUENT流体软件仿真模拟，厚度极差为68.52μm，完全满足设计目标。另一个实施例，溢流砖优化后的入口槽底高度H为265.308mm、入口槽宽W为204.855mm、溢流面长度L为2973mm、溢流堰倾角
Figure BDA0002221855760000101
为6.0°、设计引出量Qd为22吨/天；厚度极差目标为小于70μm。利用FLUENT流体软件仿真模拟，厚度极差为67.95μm，完全满足设计目标。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据溢流砖的设计参数，得到溢流砖的标准引出量；
S2：根据溢流砖的设计参数和溢流砖的标准引出量，得到初始溢流砖槽底曲线；
S3：根据溢流砖分流块的长度对初始溢流砖槽底曲线进行直线修正，得到溢流砖槽底曲线；
S4：根据溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数，通过溢流模拟得到成型玻璃基板的厚度极差；
S5：当成型玻璃基板的厚度极差≤预设阈值时，采用溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数进行溢流砖加工；
当成型玻璃基板的厚度极差>预设阈值时，调节溢流砖的设计参数并重复S1～S4。
2.根据权利要求1所述的溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，所述S1中溢流砖的设计参数通过产线和产品设计得到，包括溢流砖的入口槽底高度、入口槽宽、溢流面长度、溢流堰倾角和设计引出量。
3.根据权利要求1所述的溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，所述S1中得到溢流砖的标准引出量的具体方法为：
S101：通过式(1)计算玻璃溢流流体参数A：
Figure FDA0002221855750000011
其中，ρ为玻璃的密度，单位为Kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；η为玻璃的成型粘度，单位为poise；
S102：通过式(2)计算玻璃表面张力参数B：
B＝Sin(j) (2)
其中，j为玻璃表面张力角；
S103：通过式(3)计算溢流砖单位长度溢流面的标准流量C：
Figure FDA0002221855750000021
其中，Qs为溢流砖的标准引出量，单位为kg/s；L为溢流面长度，单位为mm；
S104：通过式(4)计算溢流槽的溢位高度D：
Figure FDA0002221855750000022
S105：通过式(5)计算溢流槽的高宽比E：
Figure FDA0002221855750000023
其中，H为溢流砖的入口槽底高度，W为溢流砖的入口槽宽；
S106：通过式(6)计算溢流槽截面函数F，计算公式如下所示：
Figure FDA0002221855750000024
S107：通过式(7)计算溢流砖的标准引出量Qs：
Qs＝A×tanφ×[W×(H+D)3-2×F×(H+D)4] (7)
S108：联立式(1)～(7)得到溢流砖的标准引出量Qs。
4.根据权利要求3所述的溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，所述溢流砖的标准引出量Qs>溢流砖的设计引出量Qd。
5.根据权利要求3所述的溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，所述玻璃表面张力角j＝21.7°，玻璃的成型粘度η＝35000poise。
6.根据权利要求3所述的溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，所述S2的具体方法为：
S201：将溢流砖的溢流面长度L划分为n等份且n≥5，每一等份分别对应一个槽底位置Z值，Z值为0到L的n等分值；
S202：联立式(1)～(8)，得到溢流砖的溢流面长度L的n等份中每一份对应的Z值所对应的溢流砖的溢流槽高度h并记录，得到初始溢流砖槽底曲线：
其中，
Figure FDA0002221855750000032
为溢流砖的溢流堰倾角。
7.根据权利要求6所述的溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，所述S3的具体方法为：
S301：根据溢流砖分流块的长度L0，将溢流砖溢流面长度L分为两段，分别为0到L-L0段及L-L0到L段；
S302：将S2得到的初始溢流砖槽底曲线也划分为0到L-L0段及L-L0到L段两段，
Figure FDA0002221855750000033
对应的槽底高度为
Figure FDA0002221855750000034
Z＝L对应的槽底高度为h＝0；
S303：将
Figure FDA0002221855750000035
对应的槽底高度
Figure FDA0002221855750000036
与Z＝L对应的槽底高度h＝0连成直线，进行直线修正，得到溢流砖槽底曲线。
8.根据权利要求7所述的溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，所述S4的具体方法为：
根据溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数，采用流体软件FLUENT进行溢流模拟，得到成型玻璃基板的厚度极差Δ。
9.根据权利要求8所述的溢流砖槽底曲线设计优化方法，其特征在于，所述S5的具体方法为：
当成型玻璃基板的厚度极差≤预设阈值时，采用溢流砖槽底曲线和溢流砖的设计参数进行溢流砖加工；
当成型玻璃基板的厚度极差>预设阈值时，调整溢流砖的入口槽宽W并重复S4、调整溢流砖的入口槽底高度H并重复S1～S4或调整溢流砖的入口槽宽W和溢流砖的入口槽底高度H并重复S1～S4。
CN201910937080.6A 2019-09-29 2019-09-29 一种溢流砖槽底曲线设计优化方法 Active CN110750883B (zh)

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