一種曲面玻璃的成型方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種曲面玻璃的成型方法，包括將平面玻璃板材置于成型模具中，再將成型模具置于成型設備中且先后經分段加熱、分段成型和分段冷卻的步驟得到所述曲面玻璃；所述分段加熱為其中的每個時間段使用不同的溫度加熱，所述分段成型為其中的每個時間段使用不同的溫度加熱且其中至少有一段內使用從低至高的漸變壓力加壓，所述分段冷卻為其中的每個時間段使用不同的溫度對成型模具中的曲面玻璃進行冷卻。使用本發(fā)明方法成型的玻璃不僅尺寸精度高，成型產品平整度好、成型良率高，而且外觀缺陷少，并且所得產品美觀、表面手感好和外觀漂亮。主要應用于筆記本電腦、手機、平板電腦和智能手表的前蓋、后蓋等電子產品中。
【專利說明】一種曲面玻璃的成型方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種曲面玻璃面板的成型方法，特別是涉及一種高尺寸精度、高外觀品質及超薄壁厚的曲面玻璃產品的成型方法。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)在對于含有曲面的玻璃面板的加工，目前業(yè)內一般采用直接熱壓方式或者是機械加工方式成型，采用熱壓方式成型的具體方法為采用一成型模具，該成型模具包括上模具及下模具，將玻璃面板與所述上模具及下模具一同加熱至高溫800°C左右，超過玻璃軟化點，然后利用上模具往下模具方向移動施壓于玻璃面板，致使玻璃面板的上下表面成型，最后進行降溫冷卻，從而得到含有曲面的玻璃面板。采用這種熱壓成型方法時，成型后玻璃容易產生應力，并且成型玻璃外觀有嚴重麻點、壓痕等缺陷，而且成型后的曲面玻璃良率低，上下表面還會存在不平整的問題，影響曲面玻璃外觀品質。
[0003]專利申請CN201410279379提供一種手機曲面玻璃面板的成型方法，包括將平面玻璃面板置于模具(由凹模、凸模兩部分組成的石墨模具)中，在模具表面施加80-120克/平方厘米(0.008?0.012MPa)的壓力，在保護氣氛爐中分三段加熱至被加工玻璃的軟化溫度T以下10-30°C，保溫后隨爐冷卻至室溫，得到手機曲面玻璃面板。具體地，在保護氣氛爐中的加熱工藝為:第一段:以15-25°C /分鐘的升溫速率加熱至630-650°C，保溫15-20分鐘；第二段:以18-30°C /分鐘的升溫速率加熱至695-715°C，保溫8-12分鐘；第三段:以20-35°C /分鐘的升溫速率加熱至被加工玻璃的軟化溫度T以下10—30°C，保溫6-10分鐘。然后控制爐冷速度為35-42? /分鐘進行降溫冷卻。但這種手機面板成型方法依然會存在玻璃面板的成型良率不高的問題。
[0004]采用機械加工方式成型的具體方法為利用一成型刀具將一平板玻璃面板加工成曲面，然后對曲面進行研磨拋光。采用機械加工方法一般加工工時較長，成本較高，而且曲面的研磨拋光比較復雜。
[0005]因此如何提供一種加工過程簡單，尺寸精度高，成型良率高，而且外觀缺陷少的曲面玻璃面板成型方法，成為業(yè)內人士需要解決的問題。


【發(fā)明內容】

[0006]本領域有必要提供一種加工過程簡單，尺寸精度高、成型產品平整度好、成型良率高而且外觀缺陷少的曲面玻璃成型方法。
[0007]因此，本發(fā)明提供一種曲面玻璃的成型方法，包括將平面玻璃板材置于成型模具中，再將成型模具置于成型設備中且先后經分段加熱、分段成型和分段冷卻的步驟得到所述曲面玻璃；所述分段加熱為其中的每個時間段使用不同的溫度加熱，所述分段成型為其中的每個時間段使用不同的溫度加熱且其中至少有一段內使用從低至高的漸變壓力加壓，所述分段冷卻為其中的每個時間段使用不同的溫度對成型模具中的曲面玻璃進行冷卻，所述分段加熱、分段成型和分段冷卻中的時間段均為兩段或以上。
[0008]本發(fā)明所述成型設備例如為成型爐，所述成型爐中可以僅設置一個成型模具放置位置，此時通過改變成型爐中的輔助部件(例如發(fā)熱板和壓頭)的參數(shù)而使得玻璃在不同時間段上的溫度和/或壓力改變。但更優(yōu)選的是，所述成型爐中例如設置數(shù)量為大于等于分段加熱、分段成型和分段冷卻的總段數(shù)的成型模具放置位置，以便于在成型爐中輔助部件的參數(shù)穩(wěn)定設置的情況下，內含玻璃的成型模具從一段中順利地移至另一段中。
[0009]本發(fā)明采用分段式加熱、分段式壓制成型、分段式冷卻的方法成型的玻璃不僅尺寸精度高，成型產品平整度好、成型良率高，而且外觀缺陷少，適合薄壁產品熱彎成型，并且所得產品具有美觀、表面手感好和外觀漂亮的效果。主要應用于筆記本電腦、手機、平板電腦和智能手表的前蓋、后蓋等電子產品中。
[0010]在一種【具體實施方式】中，所述分段加熱包括第I?3段，在I?3段的每段中均為恒定溫度加熱，且第I?3段間的溫度逐段升高，第I段的溫度為300-450°C、第2段的溫度為400-650°C、第3段的溫度為650-700°C，且其中相鄰兩段間的溫差為100?200°C。
[0011]在另一種【具體實施方式】中，所述分段成型包括第4?6段，在4?6段的每段中均為恒定溫度加熱，且第4?6段間的溫度逐段升高，第4段的溫度為700-720°C、第5段的溫度為700-730°C、第6段的溫度為700-750°C，且其中相鄰兩段間的溫差為3?20°C ;第4?6段為恒定壓力或漸變壓力施壓，且其中至少有一段為漸變壓力施壓；第4?6段中每段的壓力值均不低于其前一段的任意壓力值，且第4段的壓力為0.02-0.1MPa、第5段的壓力為 0.02-0.3MPa、第 6 段的壓力 0.02-0.5MPa0
[0012]在一種【具體實施方式】中，所述分段冷卻包括第7?9段和自由冷卻階段，在7?9段的每段中均為恒定溫度對玻璃冷卻，且第7?9段間的溫度逐段降低，第7段的溫度為500-600°C、第8段的溫度為350-500°C、第9段的溫度為200-350 °C，且其中相鄰兩段間的溫差為80?250°C ;所述自由冷卻階段的溫度不高于第9段中的冷卻溫度。
[0013]本發(fā)明中，在第I?3段中可以使用可變壓力氣缸通過壓頭對玻璃板施加漸變的壓力，但更優(yōu)選是使用普通氣缸對其施加固定的壓力，此時在I?3段的每段中都是在恒定的壓力(壓頭給成型模具和玻璃板的壓力)下操作。且在I?3段中的壓力可以不受過多限制，例如為0.005?IMPa，優(yōu)選0.01?0.5MPa，更優(yōu)選0.015?0.1MPa0在I?3段中施加一定大小的壓力有利于更快傳熱，且不會壓力過大而使玻璃在軟化前破裂。
[0014]第I?3段每段中的停留時間相等，以利于連續(xù)自動化操作。當?shù)谝粔K玻璃和成型模具進入第二段時，同時第二塊玻璃和成型模具進入第一段，以此類推實現(xiàn)連續(xù)自動化操作。例如每段中的停留時間為60-300S。
[0015]本發(fā)明中，在更為常用的情況下，第I段的溫度為300-400°C、第2段的溫度為400-600 °C、第 3 段的溫度為 650-700 °C。
[0016]第I?3段的三段式加熱可以根據(jù)產品形狀與厚度調試最佳的加熱參數(shù)，使模具與玻璃慢慢均勻受熱，防止急速加熱模具與板材玻璃導致板材玻璃破裂和玻璃內殘留應力。
[0017]經過第I?3段加熱的玻璃板材已經接近或達到玻璃軟化點，接下來進入第4?6段的分段成型步驟。不同的玻璃材質其軟化點不同，但常見的玻璃軟化點在650-750°C，成型階段中每段的溫度并非一定要高于玻璃軟化點的溫度，因為玻璃并非需要在完全軟化后才能彎曲。
[0018]本發(fā)明中，所述漸變壓力施壓是指在一定時間內壓力值產生變化，如第5段的壓力范圍為0.02-0.3MPa，具體可以是第5段的整個過程中壓力在0.02-0.04MPa漸變，或者第5段的整個過程中壓力在0.05-0.1OMPa漸變，或者第5段的整個過程中壓力在0.15-0.3MPa漸變，或者第5段的整個過程中壓力在整個0.02-0.3MPa中漸變，這些都屬于本發(fā)明的范疇，具體漸變壓力的起點和終點壓力值是根據(jù)平面玻璃的具體厚度、形狀和材質而設計的。當然，本領域技術人員可以理解的，本發(fā)明中的漸變壓力是指壓力從低至高的過程。本發(fā)明中，所述漸變壓力可以是真正意義上的漸變，即隨著時間的推移壓力一直在變化；而本發(fā)明中的漸變壓力還可以是對同一溫度段內設置2次、3次或多次逐步升高的壓力值，使得玻璃上實際承受的壓力逐漸升高。
[0019]本發(fā)明中，更為優(yōu)選的是第4段為恒定壓力，而第5、6段均為漸變壓力。如此得到的廣品的成型良率最尚。
[0020]優(yōu)選第4?6段每段中的停留時間相等，更優(yōu)選的是第4?6段每段中的停留時間與第I?3段每段中的停留時間相等，以利于連續(xù)自動化操作。第4?6段例如每段中的停留時間為60-300S。
[0021]第4?6段的三段式成型可以根據(jù)產品形狀與厚度調試最佳的成型參數(shù)，使不同形狀與壁厚的玻璃均可調整溫度、壓力與時間逐步成型到位，防止玻璃成型過快碎裂，防止玻璃成型過早產生麻點與壓痕等缺陷。
[0022]在4?6段中，每經過一階段的成型后，玻璃的彎曲度增加；至第6階段結束后，模具完全閉合，玻璃已經彎曲至其設計的曲率尺寸。
[0023]本發(fā)明中，在更為常用的情況下，第7段的溫度為500-600°C、第8段的溫度為400-500 °C、第 9 段的溫度為 200-300 °C。
[0024]在一種具體的實施反式中，所述自由冷卻階段也分為10?12三段，使用溫度為20-30°C冷卻水對所述曲面玻璃進行冷卻。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，自由冷卻階段中的每段與前述階段的停留時間保持一致的情況下，本發(fā)明中大致需要經過第10?12段的三段自由冷卻則可將所述曲面玻璃冷卻至室溫，而不需要戴手套取放所述曲面玻璃，如此方便工業(yè)操作。
[0025]本發(fā)明中，在第7?9段中可以使用可變壓力氣缸通過壓頭對曲面玻璃板施加漸變的壓力，但更優(yōu)選是使用普通氣缸對其施加固定的壓力，此時在7?9段的每段中都是在恒定的壓力下操作。
[0026]本發(fā)明中，第7?9段中的壓力優(yōu)選為大于等于0.02MPa且小于等于第6段中壓力的最高值，更優(yōu)選壓力在0.05?0.1lMPa間，如此設計分段冷卻中的壓力值，可以使成型玻璃在冷卻過程中不反彈、不再次變形。
[0027]本發(fā)明對第9段之后的自由冷卻階段中的壓力不做任何限制，只要所述壓頭與成型模具相接觸即可，當然地，在自由冷卻階段中，壓力稍大些(例如在IMPa以內)也不會影響曲面玻璃的形狀；當然，更常用的是每段內均使用相等的壓力，如0.02MPa。
[0028]優(yōu)選第7?9段每段中的停留時間相等，更優(yōu)選的是第7?9段每段中的停留時間與前面每段中的停留時間相等，以利于連續(xù)自動化操作。第7?9段例如每段中的停留時間為60-300S。同樣地，對自由冷卻階段中的每一段的停留時間也做此優(yōu)選。
[0029]分段冷卻階段可以根據(jù)模具、成型曲面玻璃大小與厚度調試最佳的降溫參數(shù)，使模具均勻可控地冷卻到常溫。7?9段在可控溫度下降溫能防止模具與成型曲面玻璃急速冷卻導致玻璃破裂和玻璃內殘留應力；7?9段對已成型完成的模具施加一定壓力，能使成型玻璃在冷卻過程中不反彈、不再次變形；玻璃成型完成后可迅速移動到冷卻段降溫，防止成型曲面玻璃持續(xù)在高溫狀態(tài)下產生表面麻點、壓痕等缺陷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為一種曲面手機玻璃面板結構示意圖(面板的長度方向兩邊彎曲形成曲面)。其中I為平面板面，2為音響孔位，3為按鍵孔位，4為曲面。

【具體實施方式】
[0031]下面對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發(fā)明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。
[0032]實施本發(fā)明的方法之前，還包括下述步驟，先按設計尺寸裁切玻璃，經磨削、拋光，且在平面板材上把孔位(例如音響孔位、按鍵孔位及攝像頭孔位)做好，得到備用的平面玻璃板材；并以石墨為原材料，制作模具；模具由凹模、凸模兩部分組成，凹模與凸模內腔的弧度與設計的曲面玻璃面板的彎曲弧度一致。再將備用的平面玻璃板材放入成型模具中，平面玻璃與成型模具的四邊間隙均小于等于0.02mm,以使平面玻璃在成型模具中成型時不移位偏心。將裝好平面玻璃板材的成型模具置入成型爐中開始第I段加熱。
[0033]將含平面玻璃面板的成型模具放入熱彎成型設備(成型爐)中，成型模具的下方使用下層發(fā)熱板對其傳熱，成型模具的上方使用上層發(fā)熱板兼壓頭對其傳熱，上層發(fā)熱板兼壓頭通過設置在其上方的氣缸連接，氣缸將所述上層發(fā)熱板兼壓頭送下與成型模具接觸，完成該段的步驟后氣缸帶動上層發(fā)熱板兼壓頭縮回，內含玻璃的成型模具送至下一段工序中。在本發(fā)明的第I?9段中均使用上層發(fā)熱板和下層發(fā)熱板，而在第10段及之后的自由冷卻階段，則使用上層冷卻板和下層冷卻板對已經定型和定性的玻璃進行冷卻。
[0034]本發(fā)明中，上層發(fā)熱板的溫度與下層發(fā)熱板的溫度設定可以不一致(一般溫度相差不大)，但更多的情況下是將二者的溫度設置為相同。在本發(fā)明中未具體指明時，本發(fā)明中某段的溫度是指該段中對上層發(fā)熱板設置的溫度。玻璃經過在每段中的一定的停留時間后，例如10s后，玻璃的溫度已經與發(fā)熱板的溫度保持一致。
[0035]本發(fā)明中，所述4?6段中某段或多段使用從低至高的漸變壓力時，使用的是可變壓力氣缸，它與其它溫度段中使用的普通氣缸(壓力一旦設定，就以設定壓力下壓至成型模具上)相比區(qū)別在于，它可以在已經往下壓至成型模具后再對其進行增壓。
[0036]經過本發(fā)明中的方法制得的曲面玻璃出爐后，對曲面玻璃進行掃磨和強化處理；強化處理后再對曲面產品進行絲印及鍍膜至完成整個曲面玻璃產品的制作。本發(fā)明中的曲面玻璃產品可以是如圖1所示的面板的兩長邊方向形成兩個曲面，也可以是其兩寬邊方向形成兩個曲面，也可以是其四邊方向形成四個曲面，還可以是整個面板成型為一整塊曲面面板。只要設計出相應形狀的成型模具便可使用本發(fā)明中的方法進行曲面玻璃的成型，對曲面玻璃的曲面沒有任何限制。本發(fā)明中，在曲面玻璃成型后，其后工序中不用加工外形和打孔，大量的節(jié)省了工序工時并提高了整個產品良率。
[0037]實施例1
[0038]如下各項參數(shù)設置以壁厚T = 0.7mm的CORNING材質玻璃為例。
[0039]第I?3段的分段加熱過程中，上下發(fā)熱板的溫度設置為相等，第I段360°C，第2段560°C，第3段700°C，三段壓力均為0.02MPa，壓頭和成型模具之間輕微壓力接觸即可，模具到達加熱爐中的第I段的位置后，氣缸帶動發(fā)熱板兼壓頭下壓，對成型模具傳熱，每一段停留時間為100S，在第I段的位置停留100S后模具和玻璃移動到第2段的位置繼續(xù)加熱。同時，第二套含另一塊玻璃的成型模具可放入爐腔中的第I段的位置。如此循環(huán)，可實現(xiàn)連續(xù)成型。當?shù)谝惶啄＞咭苿拥降?段的位置并停留100S后，模具內平面板材玻璃已達到軟化點。三段式加熱可以根據(jù)產品形狀與厚度調試最佳的加熱參數(shù)，使模具與板材玻璃慢慢均勻受熱，防止急速加熱模具與板材玻璃導致板材玻璃破裂和玻璃內殘留應力。
[0040]平板玻璃面板連同所述成型模具分三段加熱至軟化點后，即進入分段成型步驟，分第4?7段對模具內的平面板材玻璃壓制成型，每一段成型約三分之一的曲率，直至第三段模具完全閉合成型完成。對應三段成型的溫度為第4段700°C、第5段705°C、第6段7100C ;三段對應壓力為第4段0.03MPa、第5段0.03-0.08MPa之間壓力漸變增大、第6段
0.08-0.12MPa之間壓力漸變增大，每一段成型時間為100S，直至模具內產品完全成型到位。三段式成型可以根據(jù)產品形狀與厚度調試最佳的成型參數(shù)，使不同形狀與壁厚的玻璃均可逐步成型到位。特別針對薄壁類玻璃，熱彎時很容易碎裂，而分段壓制成型可防止平面板材玻璃成型過快碎裂，防止玻璃成型過早產生麻點。
[0041]平板玻璃分三段成型完成后可迅速移動到分段冷卻步驟中。本實施例中的冷卻共分六段，前三段為控制性降溫，后三段為冷卻水隨機降溫。每一段降溫一定程度，直至降至常溫(20-30°C )。其中，第7?9段控制降溫溫度為第7段560°C、第8段400°C、第9段3000C，最后三段冷卻水溫度均為22°C。其中，第7?9段對應壓力為均為0.1MPa,最后三段對應壓力均為0.02MPa，每一段冷卻時間為100S。六段式冷卻可以根據(jù)模具、成型曲面玻璃大小與厚度調試最佳的降溫參數(shù)，使模具均勻可控的冷卻到常溫；第7?9段在可控溫度下降溫能防止模具與成型曲面玻璃急速冷卻導致玻璃破裂和玻璃內殘留應力，第7?9段對已成型完整的模具施加一定壓力，能使成型玻璃在冷卻過程中不反彈、不再次變形；并且玻璃成型完成后可迅速移動到冷卻段降溫，防止成型曲面玻璃持續(xù)在高溫狀態(tài)下產生表面麻點、壓痕等缺陷。
[0042]成型模具和曲面玻璃降到常溫后，打開模具，取出高尺寸精度、高外觀品質的曲面玻璃，成型產品外觀無麻點，無嚴重壓痕，外形尺寸精度可達±0.05_，產品平整度可控制在0.1mm以內。成型后的曲面玻璃在成型過程會產生輕微壓痕及粘有一些灰塵，利用毛刷對成型曲面玻璃上下兩面進行掃磨，去掉以上缺陷后形成高外觀質量的曲面玻璃面板。再對曲面玻璃進行強化處理，強化處理后印刷標示，絲印視窗、顏色及進行鍍膜得到外觀漂亮的成品曲面玻璃。
[0043]本【技術領域】的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍之內，對以上實施方式所作的適當改變和變化都落在本發(fā)明要求保護的范圍之內。
【權利要求】
1.一種曲面玻璃的成型方法，包括將平面玻璃板材置于成型模具中，再將成型模具置于成型設備中且先后經分段加熱、分段成型和分段冷卻的步驟得到所述曲面玻璃；所述分段加熱為其中的每個時間段使用不同的溫度加熱，所述分段成型為其中的每個時間段使用不同的溫度加熱且其中至少有一段內使用從低至高的漸變壓力加壓，所述分段冷卻為其中的每個時間段使用不同的溫度對成型模具中的曲面玻璃進行冷卻，所述分段加熱、分段成型和分段冷卻中的時間段均為兩段或以上。
2.根據(jù)權利要求1所述方法，其特征在于，所述分段加熱包括第I?3段，在I?3段的每段中均為恒定溫度加熱，且第I?3段間的溫度逐段升高，第I段的溫度為300-450°C、第2段的溫度為400-650°C、第3段的溫度為650_700°C，且其中相鄰兩段間的溫差為100?200。。。
3.根據(jù)權利要求2所述方法，其特征在于，所述分段成型包括第4?6段，在4?6段的每段中均為恒定溫度加熱，且第4?6段間的溫度逐段升高，第4段的溫度為700-720°C、第5段的溫度為700-730°C、第6段的溫度為700_750°C，且其中相鄰兩段間的溫差為3?200C ;第4?6段為恒定壓力或漸變壓力施壓，且其中至少有一段為漸變壓力施壓；第4?6段中每段的壓力值均不低于其前一段的任意壓力值，且第4段的壓力為0.02-0.1MPa、第5段的壓力為0.02-0.3MPa、第6段的壓力0.02-0.5MPa。
4.根據(jù)權利要求3所述方法，其特征在于，所述分段冷卻包括第7?9段和自由冷卻階段，在7?9段的每段中均為恒定溫度對玻璃冷卻，且第7?9段間的溫度逐段降低，第7段的溫度為500-600 °C、第8段的溫度為350-500°C、第9段的溫度為200-350 °C，且其中相鄰兩段間的溫差為80?250°C ;所述自由冷卻階段的溫度不高于第9段中的冷卻溫度。
5.根據(jù)權利要求2所述方法，其特征在于，第I?3段的每段中壓力恒定，且壓力為0.015 ?0.1MPa0
6.根據(jù)權利要求3所述方法，其特征在于，所述第4段為恒定壓力，第5、6段均為漸變壓力。
7.根據(jù)權利要求4所述方法，其特征在于，所述自由冷卻階段分為第10?12三段，且使用溫度為20-30 0C冷卻水對所述曲面玻璃進行冷卻。
8.根據(jù)權利要求4所述方法，其特征在于，所述第7?9段中的壓力為大于等于0.02MPa且小于等于第6段中壓力的最高值，且每段中的壓力恒定。
9.根據(jù)權利要求8所述方法，其特征在于，所述第7?9段中的壓力為0.05?0.1lMPa0
10.根據(jù)權利要求4所述方法，其特征在于，第I?9段每段中停留時間相等，為60-300S。
【文檔編號】C03B23/03GK104445888SQ201410782315
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權日:2014年12月16日
【發(fā)明者】周群飛, 饒橋兵, 彭風 申請人:藍思科技（長沙）有限公司