CN1492842A - 共形加热的阳模 - Google Patents
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Abstract
一种用于压制弯曲玻璃板的改进的阳模，其包括作为加热元件的电热丝，电热丝以与阳模外表面相一致的方式设置在阳模内。这些电热丝在阳模的压制表面上提供了更均匀的温度分布，因此能更均匀地加热玻璃板。另外，还提供了一种制造用于采用这种共形加热元件来压制弯曲玻璃板的阳模的方法。
Description
发明领域
本发明大体上涉及曲形玻璃板的生产，更具体地说，涉及一种改进的用于压制弯曲较薄玻璃板的装置。
现有技术的介绍
曲形玻璃板通常用作车辆如汽车等的玻璃隔板或窗户。对于这种应用来说，需要对板进行弯曲以精确地形成由窗户开口的结构和大小以及车辆的整体造型所决定的曲率。另外，要求曲形板满足严格的光学要求，并且隔板或窗户的观看区域不能有会影响观看清晰度的表面缺陷和光学变形。因此，可以理解，不仅需要有能将玻璃板成形为精确曲率的弯曲装置，而且进行弯曲时还不能使其表面具有严重的光学缺陷。
一种生产这种曲形板的经济的方法通常包括将预修整的平玻璃板加热到软化温度，在具有互补成形表面的阳模和阴模之间将此加热过的板压制弯曲到所需的曲率，最后以受控方式冷却曲形板，根据其预期用途而对玻璃板进行退火或回火。这种弯曲技术称为“压制弯曲”，并可在玻璃板垂直地、水平地或倾斜地定位时适当地进行。
在大批量生产操作中，上述操作连续地进行，同时玻璃板沿固定的路径基本上连续地向前传送到加热区域、弯曲区域，以及冷却或回火区域。为了在玻璃板中实现令人满意的回火，玻璃的温度必须高于预定的最小值，以便在暴露于回火介质下时使其心部或中心部分高于变形温度。例如，在厚度例如在0.200到0.255英寸(5.08到6.48毫米)范围内的传统玻璃板中，在弯曲后残留在板中的余热通常高于这一预定的最小值，以便直接向前传送到回火区域并暴露在回火介质下。因此，最初施加到板中以使其达到合适的弯曲温度的热量还可在最终热处理回火操作中被利用。
在过去，汽车行业用的大多数夹层挡风玻璃通过众所周知的重力或热弯弯曲(sag bending)技术来进行弯曲，其中一对重叠在一起的板在适当的框架型模具上通过重力同时地被弯曲。这一技术虽然非常有效，然而它比压制弯曲工艺慢很多，且成本也更高。而且，压制弯曲技术的最近进展使得已经能够在多数情况下生产出比通过重力弯曲所生产出的质量高得多的产品。因此，为了提供改进的产品和降低成本，存在着在可能时采用压制弯曲工艺来制造用于挡风玻璃的弯曲玻璃的不断增长的趋势。
在典型的压制弯曲操作中，在板形成于相对的弯曲件之间之后，立刻将曲形板置于辊式运输机或承载圈之上，以便从弯曲位置传送到冷却位置。下方压制件通常为环形结构，在第一方法中，其支撑弯曲后的板，并在压制件降低到辊之下时将其放在辊式运输机上。在后一种方法中，板由上方真空模具支撑，并在弯曲后立刻将其放在承载圈上。在任一种情况下，在初始冷却阶段中，热玻璃板的周边与冷却器接触，冷却器为基本上连续的环，其可使板的边缘比中心部分冷却得更快。这一差温冷却在板达到室温之后会影响板中的最终应力分布。当压制弯曲用于挡风玻璃的薄玻璃板时，就会导致在板周边的内部存在永久性的高应力区域，这就增大了以后在汽车中使用时因碎屑、磨损、石子撞击等而产生破裂的可能性。
为了得到均匀光整的玻璃，在大多数情况下，模具的温度最好在其与玻璃接触的成形表面上是基本上均匀的。实心式或连续式压制阳模的传统加热元件通常包括螺旋的或卷绕的加热元件，其在成形表面的下方穿过模具。
授予Flaugher等人的美国专利No.5279635介绍了一种用于压制弯曲工艺的方法和装置。此专利通过引用结合于本文中，并介绍了用于压制弯曲玻璃制品的工艺和方法。Flaugher等人在玻璃的压制弯曲中采用了加热过的阳模。
授予Jacques等人的美国专利No.5437703介绍了一种用于压制弯曲玻璃的模制方法和装置。Jacques等人采用了带有螺旋缠绕的加热元件的阳模，加热元件在模具体中切出的通道内延伸。
授予Pickard等人的美国专利No.3753673介绍了另一种用于压制弯曲玻璃板的方法。Pickard等人采用了缠绕并嵌入在模具内的加热元件。在加热元件周围填充了耐火材料以提供良好的热接触。
授予Kay等人的美国专利No.3854920应用了大致处于玻璃的弯曲温度下的互补形状的弯曲表面，并维持此温度一段时间，其足以允许热不均匀性和弯曲应力的衰减。
上述结构和方法限制在阳模所能产生的温度下。优选采用能产生至少400℃、最好接近550℃到600℃的表面温度的仪器。另外，已知方法的局限性在于，压制弯曲表面上的表面温度趋于不规则。更均匀的温度能提高玻璃成品的质量。已知阳模的另一问题是，当传统的加热元件失效时，它们会发生“爆炸”，基本上会嵌入到阳模中，使得很难或不可能从阳模中取出失效的加热元件。
发明概要
本发明通过提供一种改进的阳模而减轻了已知设备的上述缺点，此阳模采用了以与阳模的外表面轮廓基本上相符的方式设置在模具中的加热元件。阳模最好为带有模制孔的陶瓷体，此孔用于安装柔性加热元件。加热元件最好为电热丝，例如镍铬(Ni-Cr)丝，其以离阳模的外轮廓面为基本上恒定距离的方式穿过阳模，从而与阳模的轮廓匹配。Ni-Cr电热丝倾向于以不会嵌入到阳模内的方式失效。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于压制弯曲玻璃板的改进的阳模，与目前本领域所使用的那些模具相比，这种模具能在压制表面上保持更均匀的表面温度。
本发明的另一目的是提供一种用于压制弯曲玻璃板的改进的阳模，其可在压制表面上被加热到较高的温度，优选是超过400℃，最好为约550-600℃或更高。可以认为，此温度可增加到可铸材料的最大温度。优选的可铸材料可加热到约1100℃。
本发明的另一目的是提供一种用于压制弯曲玻璃板的改进的阳模，与目前本领域所使用的那些模具相比，这种模具采用了成本更低的加热元件。
本发明的另外一个目的是提供一种用于压制弯曲玻璃板的改进的阳模，其采用了更简单和更经济的加热元件来代替本领域中通常使用的加热元件。
在结合附图来阅读下述介绍的过程中可以更加清楚其它的目的和优点。
附图简介
在附图中，相似的标号表示相似的部件：
图1是根据本发明的用于压制弯曲玻璃的阳模和阴模的透视图；
图2是基本上沿图1中线2-2的本发明阳模的放大侧剖视图；
图3是沿图2中线3-3的放大侧剖视图；
图4是本发明的一个实施例的端视图；和
图5显示了已知阳模的一个例子。
优选实施例的详细介绍
现参考附图，在图1显示了用于压制弯曲玻璃的阳模10和阴模12。所示的模具为用于压制弯曲工艺的典型结构，其中阳模10位于阴模12之上，并向下进行压制以在模具之间形成玻璃板。阳模10具有压制或成形表面14，其设计成具有成品玻璃板所需的轮廓。阳模还固定在底板24上。另外还显示了至少一个加热元件16，最好是具有多个加热元件16。如下所述，加热元件16与阳模的压制表面14相一致，以便使阳模在其轮廓上保持基本上均匀的温度。虽然已经知道可采用金属阳模来用于此加热工艺，然而优选采用陶瓷模具，例如由可铸熔融石英制成的模具。
图5显示了包括有已知的加热元件102的已知阳模100。这些加热元件102线性式地穿过阳模100，并不与阳模表面104的轮廓相一致。已知加热元件的一个例子为Watlow FIREROD加热元件盒。此盒体包括镍-铬电阻丝，其带有位于Incoloy(Inco公司的注册商标)护套内的氧化锰绝缘体。如上所述，这些元件的普遍缺点是，当元件失效时，它们会产生变形并膨胀，使得非常难或不可能将其模具中取出。
图2是根据本发明的阳模10的侧视图。侧视图显示了阳模的弯曲或有轮廓的压制表面14，以及与模具的表面14相一致的延伸穿过模具的加热元件16(见图3)。在这里，与模具表面相一致是指无论表面14的轮廓如何，加热元件16穿过阳模10的路径均基本上保持成离阳模10的表面14为恒定的距离。通过将加热元件16保持成离表面14为恒定的距离，就可以在表面14处达到比原先所能达到的更均匀的温度。
当在用于玻璃板成形的浮选系统中使用时，模具的操作要求保持真空，以便定位和控制玻璃板。因此，设置了通过阳模的压制表面14的真空孔18(图3和4)。这些真空孔允许在压制工艺中形成支撑玻璃板所需的负压。另外，在阳模中设置了热电偶20。热电偶和真空孔的使用在用于确定给定点处的温度的浮选工艺中是众所周知的。作为多种方法中的一种，可采用固定螺栓22来将阳模10固定到底板24上。
图3显示了加热元件16的一个优选实施例。通常来说，在用于压制弯曲操作的传统阳模中采用了直杆式(刚性)加热元件，其直接延伸穿过阳模。然而如图3所示，最好约为12号的Ni-Cr电热丝作为加热元件16“穿过”阳模。如此图所示，最好在模具中延伸穿过电热丝“组”，其优选为五条丝一组的结构，其中三个孔26更接近模具10的表面14，而其余两个孔26离表面14更远。这些电热丝可以具有多种不同的结构。例如，可在各孔26中穿过单独的丝。虽然这种结构对于更换有缺陷的丝来说是最简单的，然而优选采用其它结构。
如果在各孔26中未使用单独的丝，那么一条丝简单地穿过一个孔26，并在模具10的另一端从另一孔26中穿回，这就在模具的背面形成了回路32。在此图中显示了这种回路32。也可以采用单独的丝来在穿过孔30的两条电热丝之间进行连接。如此图所示，丝的端部28最好全部位于模具10的同一端，而模具的另一端只具有回路32。这些端部28通过常用于连接电线的任一方式相互连接，或者独立地连接到电源中以对阳模提供热量。
可采用其它的连接件(未示出)来将外罩(见图4)连接到阳模上。此连接件最好为简单的卡扣式连接件。
图4显示了阳模的成形表面的视图，其具有相对于阳模设置的耐热布料外罩36和玻璃板38。外罩36最好由耐热材料如不锈钢织物制成，这是压制弯曲领域传统上所用的。通常在压制弯曲领域中，阳模处于阴模之上，玻璃板置于模具之间。因此，这一视图实际上是阳模的“底”视图。
由于各电热丝16优选地穿过模具并来回许多次，这就留下了未连接端，其将连接到电源上以加热电热丝。外罩36的切开部分显示了电热丝16的所有这些未连接端最好处于模具的同一端，在另一端不存在电热丝的未连接部分。这就在模具的同一端提供了电热丝的所有电接头。
显然应注意到，所有电热丝16基本上相互间平行，如此图所示。因此，真空孔18也设置在电热丝组之间的相互平行的线上。传统模具中的加热元件通常以“扇形”图案而延伸，从模具10的窄端40延伸到模具10的宽端42，这样就避免了在模具10侧面设置短得多的加热元件16，如此图所示。类似地，真空孔18传统上也以这种“扇形”图案来设置。结合本发明可以发现，最好将所有元件设置成相互平行，以便帮助减小模具上的温度差异。加热元件的传统设置会在窄端40处形成比宽端42更高的温度，这是因为加热元件16在窄端40处必然比在宽端42处相互间更接近。
模具的加热元件可单个地或分区域地调节，以帮助在玻璃板中建立最佳的温度分布，从而有利于正确的弯曲。由加热元件阵列在加热玻璃板中建立的温度分布应与在炉中建立的温度分布相匹配，之后在玻璃板前进到弯曲位置时被热扩散而修正，以达到合适的弯曲温度。也可采用加热元件来在玻璃板中产生通常高于在炉中初始建立的温度分布。
已经发现，用于在阳模中形成加热元件的孔的优选方法是在模具的成形过程中将材料悬挂在模具中。此材料最好可在模制工艺中保持其形状，然而又具有足够的弹性，以便在模具形成后能从阳模中容易地取出。通常来说，模具可通过铸造工艺形成，然而在本发明的范围内也可采用其它形成模具的方法。
已经令人惊讶地发现，O形环的原料特别适用于形成本发明的加热元件孔。这种材料可在模具形成的过程中充分地保持其形状，从而形成能基本上保持它们与模具表面之间的距离的通道，然而在形成模具后又能容易地从模具中取出。一旦从阳模中取出O形环的原料，就可将Ni-Cr丝以所需的结构穿过此通道。上述O形环的原料是指可通常得到的设计成按常规切成所需大小的线材。一个优选的例子是Buna-N的O形环的线材，McMaster Carr零件号No.9679K22。这种材料适于从-40到230°F的温度范围，其硬度为70±5肖氏(A)硬度。虽然上述材料的标称直径为6.5毫米，然而这一直径应当根据所用电热丝的大小来进行选择。
Claims (23)
1.一种用于压制弯曲玻璃板的装置，包括：
定位成可在它们之间压制玻璃板的阳模和阴模，所述阳模具有朝向所述阴模的压制表面，所述压制表面具有带轮廓的形状，以便将所述玻璃板压制弯曲成特定的形状；
所述阳模包括多个设置在所述阳模中的加热元件；和
各所述加热元件设置成基本上顺应所述压制表面的所述轮廓形状，从而与所述阳模的所述压制表面保持基本上恒定的距离。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，各所述加热元件为共形电热丝。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述共形电热丝由镍铬丝制成。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳模由陶瓷制成。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阳模的所述轮廓形状设计成可将所述玻璃板压制成车辆挡风玻璃或后窗或侧窗中之一的形状。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，各所述加热元件基本上相互平行。
7.一种用于压制弯曲玻璃板的装置，包括：
具有压制表面的阳模，所述压制表面具有带轮廓的形状，以便将所述玻璃板压制弯曲成特定的形状；
所述阳模包括多个设置在所述阳模中的加热元件；和
各所述加热元件设置成基本上顺应所述压制表面的所述轮廓形状，从而与所述阳模的所述压制表面保持基本上恒定的距离。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，各所述加热元件为共形电热丝。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述共形电热丝由镍铬丝制成。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述阳模由陶瓷制成。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述阳模的所述轮廓形状设计成可将所述玻璃板压制成车辆挡风玻璃或后窗或侧窗中之一的形状。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，各所述加热元件基本上相互平行。
13.一种制造用于压制弯曲玻璃的阳模的方法，包括步骤：
提供用于铸造所述阳模的框架；
将可拆卸的弹性体管悬挂在所述框架中，以便在所述阳模中形成通道；
将所述可拆卸的弹性体管设于所述框架中，以便与所述铸造阳模的表面相一致；
铸造所述阳模；
在所述阳模基本上固化后从所述阳模中取出所述可拆卸的弹性体管，从而在所述阳模中留下通道；和
使加热元件穿过所述阳模中的通道。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述可拆卸的弹性体管由O形环的原料制成。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述阳模由陶瓷材料铸造而成。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述加热元件由镍铬丝制成。
17.一种用于压制弯曲玻璃板的方法，包括步骤：
将阳模和阴模定位成可在它们之间压制玻璃板，所述阳模具有朝向所述阴模的压制表面，所述压制表面具有带轮廓的形状，以便将所述玻璃板压制弯曲成特定的形状，所述阳模包括多个设置在所述阳模中的加热元件，各所述加热元件设置成基本上顺应所述压制表面的所述轮廓形状，从而与所述阳模的所述压制表面保持基本上恒定的距离；和
在所述阴模和阳模之间压制玻璃板。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，各所述加热元件为共形电热丝。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述共形电热丝由镍铬丝制成。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述阳模为陶瓷的。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述阳模的所述轮廓形状设计成可将所述玻璃板压制成车辆挡风玻璃的形状。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，各所述加热元件基本上相互平行。
23.一种用于压制弯曲玻璃板的方法，包括步骤：
提供具有压制表面的阳模，所述压制表面具有带轮廓的形状，以便将所述玻璃板压制弯曲成特定的形状；所述阳模包括多个设置在所述阳模中的加热元件，各所述加热元件设置成基本上顺应所述压制表面的所述轮廓形状，从而与所述阳模的所述压制表面保持基本上恒定的距离；和
在所述阳模和阴模之间压制玻璃板。
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