CN110395886A - 一种3d曲面玻璃热吸成型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D曲面玻璃热吸成型的方法，将2D玻璃板放置在上部有3D曲面凹坑，底部设置有吸附用的特殊结构的开放空腔的模具中；然后通过加热板对模具进行加热；当玻璃受热软化和接近软化时，通过对加热腔体从下方抽真空，从而对2D玻璃板形成真空吸力；然后再真空保压冷却模具和玻璃，直至玻璃的尺寸稳定不再变化，即完成3D曲面玻璃热吸成型。充分利用模具上气孔分布均匀，从而真空吸力均匀，适合成型各种复杂的曲面，只有单边模具，且石墨模具不与玻璃相融，脱模简单；热吸温度高于热压温度，玻璃更接近软化点，对于模具的损耗较小；由于真空热吸的均匀性，可以一模双坑或多坑成型，效率明显增加。
Description
技术领域
本发明属于玻璃制作领域，特别涉及一种3D曲面玻璃热吸成型的方法。
背景技术
3D曲面玻璃，具有轻薄、透明洁净、抗指纹、防眩光、耐候性佳等优点， 可以提升智能终端产品外观新颖性以及更好的触控手感体验，更为重要的是， 玻璃材质相比金属材料具有更好的信号接收能力。
目前针对智能终端的3D曲面玻璃成型，主要成型方式是通过接触式热压的 方式以公模母模在适当的温度(通常介于热转移点和软化点之间)相互压合， 使平面玻璃基板进入母模与公模之间的空间内成型的方式制造3D曲面玻璃。曲 面玻璃的尺寸由公模母模本身的加工精度，相互配合的尺寸、形位公差，以及 外部机构提供均匀的压力来保证。公母模加压的方式需要上下模或者三板模， 对模具本身的精度要求高，另外对机台本身加压机构的压力稳定性，结构尺寸 稳定性要求高，而本身零部件加工和组装误差，以及提供压力驱动模块材料的 受热变形等都会导致公模母模内成型3D曲面玻璃的尺寸偏差加大，此外，公模 母模加压的方式使得3D曲面玻璃凹面与凸面均与模具接触，增加了后续针对两 面抛光的难度；且公母模配合挤压的方式也不适合成型复杂的曲面；上述压合 成型复杂的要求造成3D曲面成型的良品率低。
发明内容
本发明提供了一种3D曲面玻璃热吸成型的方法，其目的在于，克服现有技 术中3D玻璃的生产过程，操作复杂，利用公模母模热压成型良率不高，且模具 损耗较大的问题。
一种3D曲面玻璃热吸成型的方法，包括以下步骤：
步骤1：将2D玻璃板放置在设有3D形状凹槽表面模具上，所述模具底部为 具有透气微孔的材料层；
步骤2：将所述2D玻璃板和模具设置在加热腔中，使得所述2D玻璃板加热 至3D玻璃成型软化温度；
步骤3：从加热腔底部抽取真空，在加热腔体内形成真空力，真空力从模具 底部上的微孔穿过，作用于软化后的2D玻璃板下表面，使得2D玻璃板贴合于 模具的3D形状凹槽表面，形成3D玻璃制品；
利用模具本身具有的气孔，使得真空力穿过模具施加到玻璃板上，无需开设 单独的气孔，实现简单，均匀性高，一致性高；
在使所述3D玻璃制品和模具达到成型温度的同时，继续抽取真空，使得加 热腔体内的真空力将所述3D玻璃制品保持贴合在所述模具的3D形状凹槽表面；
步骤4：停止抽取真空，并将所述3D玻璃制品进行冷却至冷却温度，实现 3D玻璃热弯成型。
进一步地，在对所述2D玻璃板进行加热且施加真空力的过程中，至少包括 两个不同强度真空力的施加阶段，且施加真空力的时间至少为20s。
第一阶段施加的真空力大于后续阶段施加的真空力，也可能是中间阶段施加 的真空力最大。
进一步地，调整至少一个阶段参数，控制所述3D玻璃制品的形状。
进一步地，所述阶段参数，包括各阶段真空力大小、施加真空力时间、软化 温度、成型温度以及冷却温度。
进一步地，所述软化温度的取值范围为800℃-950℃。
进一步地，将所述模具底部开设有蜂窝状加强筋。
提升吸附性和透气性，增加真空吸力，蜂窝状结构起到加强模具整体结构强 度的作用，同时比完全掏空的腔体有更好的热传递效果；
进一步地，所述模具为静压石墨材料或带空隙的碳化硅烧结材料制成。
进一步地，所述加热腔体的内、外腔体为耐高温不锈钢材质制成，加热腔体 中的加热板为碳化硅材料制成。
进一步地，所述加热腔体外设置有隔热保温层。
所述加热腔体和模具内充满99.999％氮气，以延长模具，加热板和腔体内部 材料的使用寿命。
将所述2D玻璃板放置在所述模具上之前，对所述2D玻璃板和模具进行预热。
将所述3D玻璃制品和模具放入通有冷却水的钢板上进行散热冷却的同时， 在退火区间时间段继续对模具采用低功率加热，然后再将所述3D玻璃制品和模 具放入冷水中冷却。
在退火区间时间段通过对加热腔中间加热，而对加热腔底部冷却，即加热同 时也在冷却，为保证温度稳定，均匀，防止温度降得太快。
有益效果
本发明提供了一种3D曲面玻璃热吸成型的方法，首先选用具有特殊结构特 性的操作作为模具，实现了仅利用单边模具即可实现曲面成型的功能，降低了 上下模具配合加工的要求，材料和加工工艺上降低了成本；其次，创造性的提 出采用真空吸附的形式提供压力，省去了热压成型需要的高精度压力机构，以 及相关的压力控制和检测反馈系统，降低了成本和制造的难度；利用大气的负 压值，玻璃受力更均匀，产品成型的精度更容易保证，提升了产品的良率；另 外热吸成型玻璃只与模具进行单面接触，减少了玻璃的划伤，以及后续抛光处 理更方便。石墨材料模具上气孔分布均匀，真空吸力均匀，适合成型各种复杂 的曲面，只有单边模具，且石墨模具不与玻璃相融，脱模简单；真空非接触式 吸附玻璃，受力均匀，真空负压大小可通过压力控制器根据需求调整，玻璃厚 度尺寸更均匀，较热压尺寸更为稳定；热吸温度高于热压温度，玻璃更接近软 化点，对于模具的损耗较小；由于真空热吸的均匀性，可以一模双坑或多坑成 型，效率明显提升；由于单模具的机构，操作简单，易于实现玻璃和模具自动 化的上下料和清洁工作。
附图说明
图1是3D曲面玻璃热吸成型方法原理示意图；
图2是3D曲面玻璃热吸成型方法原理剖面示意图；
图3是平面玻璃基板、模具、加热板和真空接口剖面示意图；
标号说明：1-隔热保温层，2-上加热板，3-腔体外壁，4-温度检测热电 偶，5-下加热板，6-热抽真空接口，7-下热板支撑块，8-模具，9-成型的3D曲 面玻璃，10-腔体内壁，11-2D玻璃板，12-模具上部曲面凹坑，13是2D玻璃板 与模具上部曲面形成的上部腔体A，14-模具底部开放空腔与下加热板上表面形 成的下部腔体B。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
本发明所述的3D曲面玻璃热吸成型的方法，是将2D玻璃板11放置在上部 有3D曲面凹坑12，底部设置有吸附用的特殊结构的开放空腔的模具8中；然后 通过加热板对模具进行加热；当玻璃受热软化和接近软化时，通过对加热腔体 从下方抽真空，从而对2D玻璃板与模具内3D曲面凹坑形成的腔体A13和模具 底部开放空腔与下加热板上表面形成的下部腔体B14抽真空达到指定时间；然 后再真空保压冷却模具和玻璃，直至玻璃的尺寸稳定不再变化，即完成3D曲面 玻璃热吸成型。
具体过程包括以下步骤：
步骤1：将2D玻璃板放置在设有3D形状凹槽表面模具上，所述模具底部为 具有透气微孔的材料层；
在本实例中，选用一种细晶粒粒度，高纯高密度，含微小孔径气孔，有一定 气孔率，高导热以及热稳定性等静压石墨材料(其他类似材质，如碳化硅也可 以)作为模具材料；
步骤2：将所述2D玻璃板和模具设置在加热腔中，使得所述2D玻璃板加热 至3D玻璃成型软化温度；
步骤3：从加热腔底部抽取真空，在加热腔体内形成真空力，真空力从模具 底部上的微孔穿过，作用于软化后的2D玻璃板下表面，使得2D玻璃板贴合于 模具的3D形状凹槽表面，形成3D玻璃制品；
在使所述3D玻璃制品和模具达到成型温度的同时，继续抽取真空，使得加 热腔体内的真空力将所述3D玻璃制品保持贴合在所述模具的3D形状凹槽表面；
如图1-图3所示，所述加热腔可以采用上加热板2和下加热板5的组合结 构形式，在加热过程中，通过设置在上下加热板中温度检测热电偶4进行温度 的实时监测，控制加热温度；
热抽真空接口6设置在下加热板底部；且加热腔设置在具有隔热保温效果的 腔体中，腔体外壁3采用类似陶瓷纤维毯(板)、纳米毯或者特殊纳米涂层等隔 热保温材料，腔体内壁10考虑热膨胀变形，以及抗氧化，采用特殊的不锈钢材 或进口材料，如SUS430/310S/316以及Inconel 601等；加热腔与腔体内壁之 间还填充有隔热保温层1；且所述加热腔体为碳化硅材料制成。
所述加热腔体和模具内充满99.999％氮气，以延长模具，加热板和腔体内部 材料的使用寿命。
步骤4：停止抽取真空，并将所述3D玻璃制品进行冷却至冷却温度，实现 3D玻璃热弯成型。
冷却过程包括两个区间，一个为退火区间，一个为完全冷却区间；
将所述3D玻璃制品和模具放入通有冷却水的钢板上进行散热冷却的同时， 在退火区间时间段继续对模具采用低功率加热，然后再将所述3D玻璃制品和模 具放入冷水中冷却。
在退火区间时间段通过对加热腔中间加热，而对加热腔底部冷却，即加热同 时也在冷却，为保证温度稳定，均匀，防止温度降得太快。
在对所述2D玻璃板进行加热且施加真空力的过程中，至少包括两个不同强 度真空力的施加阶段，且施加真空力的时间至少为20s。
第一阶段施加的真空力大于后续阶段施加的真空力，也可能是中间阶段施加 的真空力最大。
例如，在第一阶段用-90KPA的真空力对软化的2D玻璃板进行吸附，贴合模 具，改变玻璃板形状，直至形状完全与3D形状凹槽表面完整贴合；在第二阶段， 使用较小的真空力，对形变后的玻璃进行真空保压；
例如，在第一阶段用-85KPA的真空力对软化后的2D玻璃板进行预吸，对玻 璃板的形状进行初步改变；在第二阶段用大于-90KPA的真空力，使得玻璃板完 全贴合在具有3D形状的模具表面，在第三阶段减少真空力，对玻璃进行真空保 压，使得3D玻璃成型，得到成型的3D曲面玻璃9；
在成型过程中，通过改变各阶段参数的阶段参数，控制所述3D玻璃制品的 形状。
所述阶段参数，包括各阶段真空力大小、施加真空力时间、软化温度、成型 温度以及冷却温度。
例如，所述软化温度的取值范围为800℃-950℃，针对不同的玻璃制品和成 型要求，改变该温度的取值，适应各玻璃制品的需求。如玻璃成型温度870℃， 吸真空时间50s，真空压力-95Kpa。
在实际操作中，还可以将所述模具底部开设有蜂窝状加强筋。
提升吸附性和透气性，增加真空吸力，蜂窝状结构起到加强模具整体结构强 度的作用，同时比完全掏空的腔体有更好的热传递效果；
若将所述2D玻璃板放置在所述模具上之前，对所述2D玻璃板和模具进行预 热，还能进一步降低热弯成型时间，提高加工效率。
Claims (10)
1.一种3D曲面玻璃热吸成型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将2D玻璃板放置在设有3D形状凹槽表面模具上，所述模具底部为具有透气微孔的材料层；
步骤2：将所述2D玻璃板和模具设置在加热腔中，使得所述2D玻璃板加热至3D玻璃成型软化温度；
步骤3：从加热腔底部抽取真空，在加热腔体内形成真空力，真空力从模具底部上的微孔穿过，作用于软化后的2D玻璃板下表面，使得2D玻璃板贴合于模具的3D形状凹槽表面，形成3D玻璃制品；
在使所述3D玻璃制品和模具达到成型温度的同时，继续抽取真空，使得加热腔体内的真空力将所述3D玻璃制品保持贴合在所述模具的3D形状凹槽表面；
步骤4：停止抽取真空，并将所述3D玻璃制品进行冷却至冷却温度，实现3D玻璃热弯成型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述2D玻璃板进行加热且施加真空力的过程中，至少包括两个不同强度真空力的施加阶段，且施加真空力的时间至少为20s。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，调整至少一个阶段参数，控制所述3D玻璃制品的形状。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述阶段参数，包括各阶段真空力大小、施加真空力时间、软化温度、成型温度以及冷却温度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述软化温度的取值范围为800℃-950℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述模具底部开设有蜂窝状加强筋。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述模具为静压石墨材料或带空隙的碳化硅烧结材料制成。
8.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加热腔体的内、外腔体为耐高温不锈钢材质制成，加热腔体中的加热板为碳化硅材料制成。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加热腔体外设置有隔热保温层。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述2D玻璃板放置在所述模具上之前，对所述2D玻璃板和模具进行预热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20191101 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |