WO2021138971A1 - 玻璃产品的成型模具、成型设备以及加工方法 - Google Patents

玻璃产品的成型模具、成型设备以及加工方法 Download PDF

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  • the mold 302 with high-angle features will increase the risk of breaking the glass product 301 during the shrinking process of the glass product 301, because the glass shrinks more than the mold during the cooling process, and the high-angle feature of the mold 302 will prevent the glass product 301 Freely shrink in the horizontal direction. For large-diameter glass products, the impact is even greater.

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Abstract

本发明提供了玻璃产品的成型模具、成型设备以及加工方法，玻璃产品成型设备包括动力机构和玻璃产品成型模具，玻璃产品成型模具包括模芯组件、顶针和挡块，模芯组件具有用于成型玻璃产品的成型面和与成型面相背设置的底面，模芯组件设有若干个贯穿成型面和底面的穿孔，顶针用于将玻璃产品与模芯组件分离，顶针可活动穿设于穿孔，挡块用于对顶针形成止挡，挡块设于底面的一侧，通过挡块与顶针的配合，能够在完全冷却之前使玻璃产品与模具本体脱离，消除了玻璃产品与模具之间的热膨胀系数差异带来的影响，使玻璃产品冷却更加均匀，同时模芯组件中存在的任何特征都不会阻止玻璃产品的自然收缩，此外，通过更早地移出玻璃产品，能够减少生产时间。

Description

玻璃产品的成型模具、成型设备以及加工方法 技术领域
本发明涉及玻璃成形技术领域，尤其涉及一种玻璃产品的成型模具、成型设备以及加工方法。
 背景技术
透镜是由透明物质（如玻璃、水晶等）制成的一种光学元件,透镜可广泛应用于安防、车载、数码相机、激光、光学仪器等各个领域，随着市场不断的发展，透镜技术也越来越应用广泛。特别是随着互联网时代的发展，电子设备的运用越来越多的进入人们的生活，比如手机、平板电脑、笔记本等，对透镜应用于电子产品的要求也越来越高。
现有技术中，对于由玻璃材质制成的晶圆级透镜，一般采用玻璃加工模具通过热成型来生产，该种玻璃加工模具合模后，模具本体会围成具有预设形状的间隙，从而利用该间隙来局限加热状态的玻璃基材的形状使其成型，然后进行冷却以成型具有预设形状的玻璃产品，由于重力的作用，玻璃产品会在模具本体底部冷却下来。
 技术问题
然而，现有技术中的玻璃加工模具在加工过程中，存在如下问题：
1、在成型过程的最后一步，玻璃产品301可能会与模具302的特征处303粘在一起，或者在某个随机点304与模具粘接在一起，形成点接触，如图6所示，其中箭头表示玻璃产品301的收缩方向；由于玻璃产品301的粘接区域会冷却的更快，这就可能导致玻璃产品收缩不均匀，使得玻璃产品301发生变形现象，如图7所示。
2、在成型过程中，玻璃产品301与模具302表面的附着力强，虽然在冷却过程中，附着力会逐渐降低，但是实现玻璃产品301完全冷却并自行释放需要的时间长，因此增加成本。另外，如果粘合力太强的话，很有可能会造成玻璃产品301破裂。
3、具有高角度特征的模具302在玻璃产品301收缩过程中会增加破碎玻璃产品301的风险，因为玻璃在冷却过程中收缩率比模具更大，而且模具302的高角度特征会阻止玻璃产品301在水平方向自由收缩。对于大直径的玻璃产品来说，对其影响更大。由于玻璃产品301的热膨胀系数比模具302的热膨胀系数大，因此玻璃产品301收缩的更多，如图8所示，其中箭头表示玻璃产品301和模具302的收缩方向；当模具302与玻璃产品301之间由收缩差异导致的应变大于玻璃产品301所能承受的应变时，玻璃产品301就会发生破裂，如图9所示。
因此，有必要提供一种新的模具来解决上述问题。
 技术解决方案
本发明的第一个目的在于提供一种能够使玻璃产品冷却更加均匀，同时不会阻止玻璃产品自然收缩的玻璃产品成型模具。
本发明的技术方案如下：
一种玻璃产品成型模具，包括：
模芯组件，具有用于成型玻璃产品的成型面和与所述成型面相背设置的底面，所述模芯组件设有若干个贯穿所述成型面和所述底面的穿孔；
顶针，用于将玻璃产品与所述模芯组件分离，所述顶针可活动穿设于所述穿孔；
挡块，用于对所述顶针形成止挡，所述挡块设于所述底面的一侧。
作为一种改进方式，所述顶针包括第一延伸段、第二延伸段以及通过所述第二延伸段与所述第一延伸段连接的第三延伸段，所述第二延伸段的外径大于所述第三延伸段的外径，所述穿孔包括从所述成型面朝向所述底面延伸的第一孔部、从所述第一孔部朝向所述底面延伸的第二孔部、以及从所述第二孔部朝向所述底面延伸的第三孔部，所述第一延伸段与所述第一孔部配合，所述第二延伸段与所述第二孔部配合，所述第三延伸段与所述第三孔部配合。
作为一种改进方式，所述第二延伸段的外径大于所述第一延伸段的外径。
作为一种改进方式，所述模芯组件包括模芯和设于所述模芯远离所述挡块的一侧的模仁，所述模仁远离所述模芯的一侧设有所述成型面，所述模芯远离所述模仁的一侧设有所述底面，所述模芯贯穿开设有所述第二孔部与所述第三孔部，所述模仁贯穿开设有所述第一孔部。
作为一种改进方式，所述模仁在所述第一孔部的边缘做倒角处理。
作为一种改进方式，所述成型面包括成型区和环绕所述成型区的空白区，所述若干个穿孔环绕所述成型区的边缘间隔设置。
本发明的第二个目的在于提供一种玻璃产品成型设备，包括上述的玻璃产品成型模具以及用于驱动所述模芯组件朝向或远离所述挡块移动的动力机构。
本发明的第三个目的在于提供一种玻璃产品加工方法，包括：
提供玻璃基材和玻璃产品成型设备，所述玻璃产品成型设备为上述的玻璃产品成型设备；
将所述玻璃基材放置于所述玻璃产品成型模具中成型玻璃产品；
在所述玻璃产品的温度下降到玻璃化转变温度值以下时，所述顶针伸出所述成型面并顶出所述玻璃产品使所述玻璃产品与所述玻璃产品成型模具分离；
冷却所述玻璃产品。
作为一种改进方式，所述的玻璃产品加工方法还包括：
冷却完成后，所述动力机构驱动所述模芯组件远离所述挡块运动，所述顶针远离所述挡块的一端缩回至所述模芯组件内。
 有益效果
本发明的玻璃产品成型模具通过挡块与顶针的配合，能够在完全冷却之前使玻璃产品与模芯组件脱离，消除了玻璃产品与模具之间的热膨胀系数差异带来的影响，使玻璃产品冷却更加均匀，同时模芯组件中存在的任何特征都不会阻止玻璃产品的自然收缩，此外，通过更早地移出玻璃产品，能够减少生产时间，降低成本。
 附图说明
图1为本发明实施例的玻璃产品成型设备的结构示意图；
图2为本发明的玻璃产品成型模具的分解图；
图3为本发明的玻璃产品与玻璃产品成型模具的装配图，此时，玻璃产品与模芯组件处于分离状态；
图4为本发明的玻璃产品与玻璃产品成型模具装配状态下的俯视图，此时，玻璃产品与模芯组件处于分离状态；
图5为图4的A向视图；
图6为现有玻璃产品与模具的结构示意图；
图7为现有玻璃产品因热量分布不均匀而发生变形的示意图；
图8为现有玻璃产品与模具收缩时的示意图；
图9为现有玻璃产品因收缩差异而发生破裂的示意图。
附图说明：
1、玻璃产品成型设备；
10、玻璃产品成型模具；
20、动力机构；
100、模芯组件；11、成型面；111、成型区；112、空白区；12、底面；13、穿孔；131、第一孔部；132、第二孔部；133、第三孔部；14、模芯；15、模仁；
200、顶针；21、第一延伸段；22、第二延伸段；23、第三延伸段；
300、挡块；
2、玻璃产品；
3、玻璃基材。
 本发明的实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
如图1-图5所示，本发明实施例提供一种玻璃产品成型设备1，玻璃产品成型设备1包括玻璃产品成型模具10以及动力机构20，玻璃产品成型模具10包括模芯组件100、顶针200和挡块300，模芯组件100具有用于成型玻璃产品2的成型面11和与成型面11相背设置的底面12，成型面11包括成型区111和环绕成型区111的空白区112，模芯组件100设有若干个贯穿成型面11和底面12的穿孔13，若干个穿孔13环绕成型区111的边缘间隔设置，顶针200用于将玻璃产品2与模芯组件100分离，顶针200可活动穿设于穿孔13，挡块300用于对顶针200形成止挡，挡块300设于底面12的一侧，动力机构20用于驱动模芯组件100朝向或远离挡块300移动，利用挡块300与顶针200配合将玻璃产品2与模芯组件100分离，不需要再额外增加任何动力源，而且顶针200的顶出过程由力活塞控制，控制精度高。
玻璃基材3在玻璃产品成型模具10中成型为玻璃产品2，模芯组件100在动力机构20的驱动下朝向挡块300运动，而顶针200则背离挡块300运动，从而伸出成型面11并顶出玻璃产品2，使玻璃产品2与玻璃产品成型模具10分离，此时，玻璃产品2已经形成透镜的几何形状并且温度下降到玻璃化转变温度值以下；玻璃产品2在后期冷却过程与成型面11不接触，消除了玻璃产品2与玻璃产品成型模具10之间由于热膨胀系数差异带来的影响，使玻璃产品2冷却更加均匀，同时模芯组件100中存在的任何特征都不会阻止玻璃产品2的自然收缩，保证了产品质量，又不会破坏模芯组件100。此外，还能在顶针200顶起玻璃产品2至玻璃产品2完全冷却的任意时间段将玻璃产品2移出玻璃产品成型模具10，进一步缩短生产周期。
具体地，在本实施例中，玻璃基材3的轮廓为圆形。
具体地，顶针200环绕成型区111的边缘间隔设置有多个，例如可以设置为五个，成型区111的轮廓为圆形，五个顶针200环绕成型区111的圆心等间距分布，五个顶针200同时作用于一个玻璃产品2，玻璃产品2受力点多，受力平衡，可平稳地从模芯组件100上脱离并稳定地位于顶针200上。可以理解地，顶针200的数量可根据实际情况进行设置，比如，设置四个、六个、七个都是可以的，穿孔13的数量与顶针200的数量对应设置。
具体地，顶针200与玻璃产品2接触的端面平整光滑，在顶出过程不会在玻璃产品2上留下压痕。
优选地，顶针200包括第一延伸段21、第二延伸段22以及通过第二延伸段22与第一延伸段21连接的第三延伸段23，第二延伸段22的外径大于第三延伸段23的外径从而避免顶针200脱离模芯组件100，且第二延伸段22的外径大于第一延伸段21的外径以限制顶针200的顶出行程，穿孔13包括从成型面11朝向底面12延伸的第一孔部131、从第一孔部131朝向底面12延伸的第二孔部132、以及从第二孔部132朝向底面12延伸的第三孔部133，第一延伸段21与第一孔部131配合，第二延伸段22与第二孔部132配合，第三延伸段23与第三孔部133配合，将顶针200设置成三段式结构，既能够对顶针200的顶出行程进行限制，又能够避免顶针200脱离模芯组件100，初始状态下，第一延伸段21自由悬挂在第一孔部131内，此时，挡块300刚好与顶针200接触，挡块300朝向模芯组件100一侧的表面充当顶针200推靠的表面，这样设计，模芯组件100、顶针200和挡块300在玻璃产品成型设备1中占用的空间更少，玻璃产品成型设备1整体结构更加紧凑。
更进一步地，模芯组件100包括模芯14和设于模芯14远离挡块300一侧的模仁15，模仁15远离模芯14的一侧设有上述成型面11，模芯14远离模仁15的一侧设有上述底面12，第二孔部132与第三孔部133设于模芯14，第一孔部131设于模仁15，模仁15在第一孔部131的边缘做倒角处理，避免第一孔部131的锐边损坏玻璃产品2。
 
本发明实施例还提供一种玻璃产品加工方法，包括如下步骤：
提供玻璃基材3和玻璃产品成型设备1；
将玻璃基材3放置于玻璃产品成型模具10中，并使其在高于玻璃化转变温度的高温下成型玻璃产品2；
然后冷却玻璃产品2，在玻璃产品2的温度下降到玻璃化转变温度值以下时，顶针200伸出成型面11并顶出玻璃产品2使玻璃产品2与玻璃产品成型模具10分离；
冷却玻璃产品2。
其中，玻璃化转变温度是指由高弹态转变为玻璃态或者由玻璃态转变为高弹态所对应的温度，玻璃产品2在高于玻璃化转变温度的环境下表现为高弹态，此时玻璃产品2在外力作用下很容易发生变形；玻璃产品2在低于玻璃化转变温度的环境下表现为玻璃态，此时玻璃产品2具有一定的刚性，即使在外力作用下也难以发生形变，因此在玻璃产品2的温度下降到玻璃化转变温度以下时，才驱动顶针200顶出玻璃产品2，避免因顶针200推动而导致玻璃产品2变形的问题。
优选地，玻璃产品加工方法还包括：冷却完成后，动力机构20驱动模芯组件100远离挡块300运动，顶针200远离挡块300的一端缩回至模芯组件100内。
本发明实施例提供玻璃产品加工方法通过在玻璃产品2的温度下降到玻璃化转变温度值以下时，将玻璃产品2快速、稳地定与玻璃产品成型模具10分离，消除了成型后、冷却前的玻璃产品2因与玻璃产品成型模具10接触而成为次品的各种潜在因素，成型的玻璃产品2完全独立于玻璃产品成型模具10之外，其冷却更佳均匀，保证了产品质量，同时加快了玻璃产品2的冷却速度，缩短生产周期。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

  1. 一种玻璃产品成型模具，其特征在于，包括：
    模芯组件，具有用于成型玻璃产品的成型面和与所述成型面相背设置的底面，所述模芯组件设有若干个贯穿所述成型面和所述底面的穿孔；
    顶针，用于将玻璃产品与所述模芯组件分离，所述顶针可活动穿设于所述穿孔；
    挡块，用于对所述顶针形成止挡，所述挡块设于所述底面的一侧。
  2. 根据权利要求1所述的玻璃产品成型模具，其特征在于，所述顶针包括第一延伸段、第二延伸段以及通过所述第二延伸段与所述第一延伸段连接的第三延伸段，所述第二延伸段的外径大于所述第三延伸段的外径，所述穿孔包括从所述成型面朝向所述底面延伸的第一孔部、从所述第一孔部朝向所述底面延伸的第二孔部、以及从所述第二孔部朝向所述底面延伸的第三孔部，所述第一延伸段与所述第一孔部配合，所述第二延伸段与所述第二孔部配合，所述第三延伸段与所述第三孔部配合。
  3. 根据权利要求2所述的玻璃产品成型模具，其特征在于，所述第二延伸段的外径大于所述第一延伸段的外径。
  4. 根据权利要求2所述的玻璃产品成型模具，其特征在于，所述模芯组件包括模芯和设于所述模芯远离所述挡块的一侧的模仁，所述模仁远离所述模芯的一侧设有所述成型面，所述模芯远离所述模仁的一侧设有所述底面，所述模芯贯穿开设有所述第二孔部与所述第三孔部，所述模仁贯穿开设有所述第一孔部。
  5. 根据权利要求4所述的玻璃产品成型模具，其特征在于，所述模仁在所述第一孔部的边缘做倒角处理。
  6. 根据权利要求1所述的玻璃产品成型模具，其特征在于，所述成型面包括成型区和环绕所述成型区的空白区，所述若干个穿孔环绕所述成型区的边缘间隔设置。
  7. 一种玻璃产品成型设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的玻璃产品成型模具以及用于驱动所述模芯组件朝向或远离所述挡块移动的动力机构。
  8. 一种玻璃产品加工方法，其特征在于，包括：
    提供玻璃基材和玻璃产品成型设备，所述玻璃产品成型设备为权利要求7所述的玻璃产品成型设备；
    将所述玻璃基材放置于所述玻璃产品成型模具中成型玻璃产品；
    在所述玻璃产品的温度下降到玻璃化转变温度值以下时，所述顶针伸出所述成型面并顶出所述玻璃产品使所述玻璃产品与所述玻璃产品成型模具分离；
    冷却所述玻璃产品。
  9. 根据权利要求8所述的玻璃产品加工方法，其特征在于,还包括：
    冷却完成后，所述动力机构驱动所述模芯组件远离所述挡块运动，所述顶针远离所述挡块的一端缩回至所述模芯组件内。
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