CN113716844A - 玻璃成型模具及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于成型模具领域，具体公开了一种能够提高玻璃预制件成型质量的玻璃成型模具，以及该玻璃成型模具的制作方法。该玻璃成型模具的模具主体由微孔材料制成，其内微孔结构能够使进入模具主体的气体均匀分散，并可使得气体从玻璃成型面上各处均匀吹出，不仅能够确保作用到熔融玻璃表面上的气流均匀、稳定，而且可使得通入气体流量的变化反映到作用在玻璃上时气流变化较小，便于调控气体流量，因此能够提高成型的玻璃预制件的质量；另外，在模具主体的下部开设过滤气体通道，并在过滤气体通道内设置吸附剂，利用吸附剂能够吸附通入的气体中所含的水分、粉尘等物质，使得作用到熔融玻璃表面上的气体洁净，保证了成型的玻璃预制件的表面质量。
Description
技术领域
本发明属于成型模具领域，具体涉及一种玻璃成型模具及其制作方法。
背景技术
为了省略磨削、研磨等处理工序，目前制造玻璃预制件的方法通常为：使在玻璃熔炉中熔化的熔融玻璃从漏料管或喷嘴流下，根据玻璃的粘性调整熔融玻璃的流量、流速等，同时从玻璃成型模具的底部通入气体并使气体从模具的玻璃成型面喷出，流下的熔融玻璃落至玻璃成型面的上方时，从玻璃成型面喷出的气体作用在熔融玻璃表面上，使熔融玻璃悬浮在玻璃成型面上方，不与模具接触，最后熔融玻璃在自身表面张力作用下固化成型为液滴状的玻璃块。
现有的玻璃成型模具一般包括模具主体，模具主体的上部设有成型凹槽，成型凹槽的表面为玻璃成型面，玻璃成型面包括凹球面和锥形面，锥形面的锥角通常为70°～120°，锥形面位于凹球面的上侧并通过其小口端与凹球面的开口端平滑过渡连接；模具主体的下部设有通气孔，通气孔的出气端位于玻璃成型面上，通气孔的进气端位于成型模具的表面上。
由于制造玻璃预制件时，从玻璃成型模具底部通入的气体需要通过在模具主体上开设的通气孔导入，不够均匀，气体流量与气体作用在熔融玻璃表面的作用力关联性强，即使气体产生微小的流量变化，反映到作用在玻璃上的气体变化仍然非常剧烈，因此气体流量不易调控，成型的玻璃预制件的质量难以保证。而且，通入的气体中往往含有水分、粉尘等物质，气体直接作用在高温状态的熔融玻璃表面时，会降低成型的玻璃预制件的表面质量。另外，目前制作玻璃成型模具的方法过于复杂，成本较高，制成的模具维修和改进均不方便。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高玻璃预制件成型质量的玻璃成型模具。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：玻璃成型模具，包括模具主体，所述模具主体的上部设有成型凹槽，所述成型凹槽的槽面为玻璃成型面，所述玻璃成型面包括凹球面和锥形面，所述锥形面位于凹球面的上侧并通过其小口端与凹球面的开口端平滑过渡连接；所述模具主体由微孔材料制成，且模具主体的下部设有过滤气体通道，所述过滤气体通道内设置有吸附剂。
进一步的是，所述模具主体内微孔的直径为5～10um。
进一步的是，所述锥形面的锥角为70°～120°。
进一步的是，所述过滤气体通道与成型凹槽同轴。
进一步的是，所述模具主体包括从下往上依次同轴连接在一起的倒锥形段、中间圆柱段和上部圆柱段，所述上部圆柱段的直径大于中间圆柱段的直径，所述中间圆柱段的直径大于倒锥形段上端的直径。
进一步的是，所述上部圆柱段的外壁上设有环形安装槽。
本发明还提供了一种操作简便的玻璃成型模具的制作方法，该方法用于制作上述的玻璃成型模具。
进一步的是，该方法包括选材步骤、尺寸确定步骤和加工步骤；
选材步骤：选取气孔率不低于30％且其内微孔的直径为5～10um的微孔材料作为制作模具主体的材料，所述微孔材料在常温时的洛氏硬度不低于35、在400～600℃时的洛氏硬度不低于30；
尺寸确定步骤：根据玻璃成型模具需要制造的玻璃预制件确定成型凹槽的大小及锥形面的锥角；
加工步骤：先将选取的微孔材料粗加工成为模具主体并保留精加工余量，再对模具主体进行精加工并在成型凹槽的玻璃成型面处保留抛光余量；之后对玻璃成型面进行抛光处理，使抛光后的玻璃成型面的表面粗糙度≤0.2um、面型精度PV≤10um。
进一步的是，尺寸确定步骤中，先将玻璃预制件下半段的下端部拟合为球缺结构，并确定凹球面比球缺结构高2～5mm、凹球面开口端的直径比球缺结构的截面直径大4～10mm；再将玻璃预制件下半段除下端部以外的其他部分拟合为倒锥台结构，根据倒锥台结构的锥角将锥形面的锥角确定为70°～120°，并确定锥形面的高度与倒锥台结构的高度相差不超过3mm。
进一步的是，尺寸确定步骤还包括将过滤气体通道的直径确定为成型凹槽的开口端直径的三分之一。
本发明的有益效果是：该玻璃成型模具的模具主体由微孔材料制成，其内微孔结构能够使进入模具主体的气体均匀分散，并可使得气体从玻璃成型面上各处均匀吹出，不仅能够确保作用到熔融玻璃表面上的气流均匀、稳定，而且可使得通入气体流量的变化反映到作用在玻璃上时气流变化较小，便于调控气体流量，因此能够提高成型的玻璃预制件的质量；另外，在模具主体的下部开设过滤气体通道，并在过滤气体通道内设置吸附剂，利用吸附剂能够吸附通入的气体中所含的水分、粉尘等物质，使得作用到熔融玻璃表面上的气体洁净，保证了成型的玻璃预制件的表面质量。
附图说明
图1是本发明中玻璃成型模具的实施结构示意图；
图中标记为：成型凹槽10、凹球面11、锥形面12、过滤气体通道20、倒锥形段30、中间圆柱段40、上部圆柱段50、环形安装槽51。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，玻璃成型模具，包括模具主体，所述模具主体的上部设有成型凹槽10，所述成型凹槽10的槽面为玻璃成型面，所述玻璃成型面包括凹球面11和锥形面12，所述锥形面12位于凹球面11的上侧并通过其小口端与凹球面11的开口端平滑过渡连接；所述模具主体由微孔材料制成，且模具主体的下部设有过滤气体通道20，所述过滤气体通道20内设置有吸附剂。
该玻璃成型模具一般放置到模具座上使用，由于模具主体由微孔材料制成，模具主体内部的微孔结构能够使进入模具主体的气体均匀分散，可使得气体从玻璃成型面上各处均匀吹出，不仅能够确保作用到熔融玻璃表面上的气流均匀、稳定，而且可使得通入气体流量的变化反映到作用在玻璃上时气流变化较小，便于调控气体流量，因此能够提高成型的玻璃预制件的质量；另外，在模具主体的下部开设过滤气体通道20，并在过滤气体通道20内设置吸附剂，利用吸附剂能够吸附通入的气体中所含的水分、粉尘等物质，使得作用到熔融玻璃表面上的气体洁净，保证了成型的玻璃预制件的表面质量。
其中，模具主体为该玻璃成型模具的主体部分，用于制作其的微孔材料内部具有微孔结构，微孔结构主要由多个相互交错、弯曲的微孔构成；制作模具主体的微孔材料可以有多种，例如：透气陶瓷、金属钛或不锈钢制成的微孔材料等，优选采用气孔率不低于30％且其内微孔的直径为5～10um的微孔材料制作；气孔率又称孔隙率，是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。
为了进一步使得通入的气体能够在模具主体内从下往上均匀流动并分散，再如图1所示，所述模具主体包括从下往上依次同轴连接在一起的倒锥形段30、中间圆柱段40和上部圆柱段50，所述上部圆柱段50的直径大于中间圆柱段40的直径，所述中间圆柱段40的直径大于倒锥形段30上端的直径。该结构的模具主体截面尺寸从下往上变大，利于使得通入的气体跟随模具主体的截面尺寸朝侧部扩散并向上均匀传递，最终可使得约80％气体均匀地从凹球面11向上吹出对待成型的熔融玻璃进行托举，另外约20％气体均匀地从锥形面12吹出作用于熔融玻璃下半段的侧部，利于其成型。
为了方便该玻璃成型模具的安装固定，通常在上部圆柱段50的外壁上设有环形安装槽51。
锥形面12的锥角是指经过锥形面12的轴心线的轴截面，所截得锥形面12上的两条母线之间的角；将锥角限定为70°～120°，一方面是为了避免锥角过小，导致从熔融玻璃下半段的侧部释放的气体仍然沿凹球面11作曲线运动，形成乱流，另一方面是为了避免锥角过大，导致从气体还没有充分的作用在熔融玻璃上就从逸散出去，造成成型的玻璃预制件圆度差；锥角的具体值一般根据实际成型产品的大小及玻璃的粘度进行选择。
为了达到更好的成型效果，使成型的玻璃预制件圆度好、外观更为平滑，优选在凹球面11上侧设置锥角为90°、100°或110°的锥形面12。
过滤气体通道20主要用于过滤通入的气体，其内设置的吸附剂可以为多种，例如：氧化铝粉末、活性炭、沸石分子筛等；过滤气体通道20一般设在成型凹槽10的正下方，为了提高过滤效果，优选使过滤气体通道20与成型凹槽10同轴；考虑到成型凹槽10尺寸越大单位时间内通入的气体的量相应的也越多，因此为了有效过滤通入的气体，优选使过滤气体通道20的直径为成型凹槽10的开口端直径的三分之一。
本发明还提供了一种玻璃成型模具的制作方法，该方法用于制作上述的玻璃成型模具。
该方法包括选材步骤、尺寸确定步骤和加工步骤；
选材步骤：选取气孔率不低于30％且其内微孔的直径为5～10um的微孔材料作为制作模具主体的材料，所述微孔材料在常温时的洛氏硬度不低于35、在400～600℃时的洛氏硬度不低于30；
尺寸确定步骤：根据玻璃成型模具需要制造的玻璃预制件确定成型凹槽10的大小及锥形面12的锥角；
加工步骤：先将选取的微孔材料粗加工成为模具主体并保留精加工余量，再对模具主体进行精加工并在成型凹槽10的玻璃成型面处保留抛光余量；之后对玻璃成型面进行抛光处理，使抛光后的玻璃成型面的表面粗糙度≤0.2um、面型精度PV≤10um。
优选的，尺寸确定步骤中，先将玻璃预制件下半段的下端部拟合为球缺结构，并确定凹球面11比球缺结构高2～5mm、凹球面11开口端的直径比球缺结构的截面直径大4～10mm；再将玻璃预制件下半段除下端部以外的其他部分拟合为倒锥台结构，根据倒锥台结构的锥角将锥形面12的锥角确定为70°～120°，并确定锥形面12的高度与倒锥台结构的高度相差不超过3mm。
再优选的，尺寸确定步骤还包括将过滤气体通道20的直径确定为成型凹槽10的开口端直径的三分之一。
实施例
某次制作玻璃成型模具的过程如下：
选材步骤：选取气孔率不低于30％且其内微孔的直径为5～10um的微孔材料作为制作模具主体的材料，所述微孔材料在常温时的洛氏硬度不低于35、在400～600℃时的洛氏硬度不低于30；
尺寸确定步骤：根据玻璃成型模具需要制造的玻璃预制件，
先将玻璃预制件下半段的下端部拟合为球缺结构，并确定凹球面11比球缺结构高3mm、凹球面11开口端的直径比球缺结构的截面直径大6mm；再将玻璃预制件下半段除下端部以外的其他部分拟合为倒锥台结构，根据倒锥台结构的锥角将锥形面12的锥角确定为90°，并确定锥形面12的高度与倒锥台结构的高度相差1mm；将过滤气体通道20的直径确定为成型凹槽10的开口端直径的三分之一；
加工步骤：先将选取的微孔材料粗加工成为模具主体并保留精加工余量，再对模具主体进行精加工并在成型凹槽10的玻璃成型面处保留抛光余量；粗加工时，对于成型凹槽10的玻璃成型面，先用
的平底刀进行基准面找平，基准面找平工序的切削量控制在20um、主轴转速控制在3000r/min，再用R2mm的球头刀对玻璃成型面进行曲面开粗加工，曲面开粗加工工序的切削量控制在100um、主轴转速控制在8000r/min；精加工时，对于成型凹槽10的玻璃成型面，先用R1mm的球头刀进行第一次半精加工，第一次半精加工工序的切削量控制在10um、主轴转速控制在12000r/min，然后用R1mm的球头刀对玻璃成型面进行第二次半精加工，第二次半精加工工序的切削量控制在3um、主轴转速控制在18000r/min，再然后用R1mm的球头刀对玻璃成型面进行曲面精加工，曲面精加工工序的切削量控制在1um、主轴转速控制在24000r/min；之后对玻璃成型面进行抛光处理，使抛光后的玻璃成型面的表面粗糙度≤0.2um、面型精度PV≤10um。
Claims (10)
1.玻璃成型模具，包括模具主体，所述模具主体的上部设有成型凹槽(10)，所述成型凹槽(10)的槽面为玻璃成型面，所述玻璃成型面包括凹球面(11)和锥形面(12)，所述锥形面(12)位于凹球面(11)的上侧并通过其小口端与凹球面(11)的开口端平滑过渡连接；其特征在于：所述模具主体由微孔材料制成，且模具主体的下部设有过滤气体通道(20)，所述过滤气体通道(20)内设置有吸附剂。
2.如权利要求1所述的玻璃成型模具，其特征在于：所述模具主体内微孔的直径为5～10um。
3.如权利要求1所述的玻璃成型模具，其特征在于：所述锥形面(12)的锥角为70°～120°。
4.如权利要求1所述的玻璃成型模具，其特征在于：所述过滤气体通道(20)与成型凹槽(10)同轴。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的玻璃成型模具，其特征在于：所述模具主体包括从下往上依次同轴连接在一起的倒锥形段(30)、中间圆柱段(40)和上部圆柱段(50)，所述上部圆柱段(50)的直径大于中间圆柱段(40)的直径，所述中间圆柱段(40)的直径大于倒锥形段(30)上端的直径。
6.如权利要求5所述的玻璃成型模具，其特征在于：所述上部圆柱段(50)的外壁上设有环形安装槽(51)。
7.玻璃成型模具的制作方法，其特征在于：该方法用于制作权利要求1至6中任意一项所述的玻璃成型模具。
8.如权利要求7所述的玻璃成型模具的制作方法，其特征在于：包括选材步骤、尺寸确定步骤和加工步骤；
选材步骤：选取气孔率不低于30％且其内微孔的直径为5～10um的微孔材料作为制作模具主体的材料，所述微孔材料在常温时的洛氏硬度不低于35、在400～600℃时的洛氏硬度不低于30；
尺寸确定步骤：根据玻璃成型模具需要制造的玻璃预制件确定成型凹槽(10)的大小及锥形面(12)的锥角；
加工步骤：先将选取的微孔材料粗加工成为模具主体并保留精加工余量，再对模具主体进行精加工并在成型凹槽(10)的玻璃成型面处保留抛光余量；之后对玻璃成型面进行抛光处理，使抛光后的玻璃成型面的表面粗糙度≤0.2um、面型精度PV≤10um。
9.如权利要求8所述的玻璃成型模具的制作方法，其特征在于：尺寸确定步骤中，先将玻璃预制件下半段的下端部拟合为球缺结构，并确定凹球面(11)比球缺结构高2～5mm、凹球面(11)开口端的直径比球缺结构的截面直径大4～10mm；再将玻璃预制件下半段除下端部以外的其他部分拟合为倒锥台结构，根据倒锥台结构的锥角将锥形面(12)的锥角确定为70°～120°，并确定锥形面(12)的高度与倒锥台结构的高度相差不超过3mm。
10.如权利要求8或9所述的玻璃成型模具的制作方法，其特征在于：尺寸确定步骤还包括将过滤气体通道(20)的直径确定为成型凹槽(10)的开口端直径的三分之一。
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