专利名称：一种玻璃的热松弛成型装置及方法
技术领域：
本发明涉及热松弛成型技术，特别是玻璃的无余量加工后的热松弛成型装置和成型方法。
背景技术：
在航空飞行器或舰船类等交通运输器具上，都有一些由透明的有机玻璃组成的结构件，如飞机的眩窗、驾驶室座舱盖等。这些玻璃零件的成型不仅要满足一定的外形曲面，同时要满足一定的结构强度。
对有机玻璃进行成型，必须要有一定形式的持续的外力施加在有机玻璃上，使之处在玻璃化转变温度(Tg)与流动温度(Tf)之间时，经过一定时间的作用，玻璃内部分子链沿我们所希望的型面进行屈服，从而完成成型的全过程。因此完成有机玻璃成型，必需要有三个要素控制外形的模胎、一定的温度及施加的外力。
对于航空有机玻璃成型制造这一专业，普遍采用的是压制成型、吹塑自由成型等方法。
传统的阴阳模压制成型法是通过阴阳模相互对合完成对玻璃外形的控制，同时通过合模(有时还需通过压力床对模胎进行加压)对玻璃产生持续的外力使之沿型面松弛。压制成型适合于外形较复杂的有机玻璃成型，其优点是成型设备结构简单，成本较低。缺点是外观质量受成型模胎影响较大。
吹塑成型制出的有机玻璃零件外观质量及光学性能俱佳，适合于此项指标要求较高的制件，此成型方法适合于回转体零件的成型。缺点是该方法对成型工装的要求较高，工装结构复杂，除要与操纵台(设有储气筒、过滤器、泵及测压设备等)连接外，复杂零件的工装还设有液压传动、循环水路、加温控制、冷风补偿等系统。
另外，上述两种成型方法的一个共同特点是先成型，后加工。也就是说首先通过压制或吹塑工艺满足玻璃零件的曲面外形，该曲面外形与零件的理论外形相比都有一个切割余量；然后根据零件的设计要求，再进行切割、铣切、钻孔等机械加工。
众所周知，对有机玻璃的机械加工必然会对玻璃的内部结构产生额外的应力，影响有机玻璃固有性能，降低其结构强度和使用寿命。
因此，在有机玻璃零件的成型中，提高玻璃的表面质量和减小机械加工的应力损伤是该技术领域的关键。
本发明的目的是提供一种有机玻璃的热松弛成型装置和成型方法，该装置和成型方法可有效克服现有技术的不足。
发明内容
本发明提供的热松弛成型装置，包括一个成型模具，成型模具具有成型面；一个成型室，成型模具的成型面位于成型室内；一个与成型室连通的压力操纵台。
上述的成型模具是一个单面模具(阴模或阳膜)，只有一个成型面，该成型面位于一个可封闭的成型室内，将欲成型的玻璃工件限位在成型室内的成型面上，通过压力操控台向成型室内施加空气压力(正压或负压)，在气压的作用下使玻璃贴合在模具的成型面上成型。
本发明提供的热松弛成型方法首先是对玻璃工件进行无余量加工；也就是，将玻璃零件的理论模型进行展开计算，根据计算的结果对玻璃工件进行精确的机械加工。其次是将加工后的玻璃工件定位在成型模具的成型面上；然后封闭玻璃上件和成型模具的成型面，形成成型室；再向玻璃工件和成型模具提供并保持一定温度，使玻璃工件在玻璃化温度与流动温度之间达到热松弛状态；改变成型室压力(提供正压或负压)，使热松弛状态的玻璃工件在压力作用下紧贴成型模具的成型面，达到成型的目的，最后经冷却后就完成了玻璃工件的成型工艺。
本发明一个显著的特点是融入了“无余量成型”的理念。无余量成型即指成型好的玻璃无需再进行机械加工作业就已经达到了最终零件所要求的状态。也就是说，在玻璃成型之前，就已完成所有的机械加工，无需在玻璃成型之后再对其进行切割、铣削、修边、钻孔等操作。这样后续的成型过程不仅是对有机玻璃进行塑形，同时它还能起到回火的作用，可以有效地消除对玻璃进行机械加工而产生的应力，从而保证有机玻璃零件的强度与使用寿命。无余量成型的特点是成型前的玻璃工件已经过精密的展开计算和精确的机械加工，热松弛成型是玻璃工件的最后加工。
该成型装置的优点在于玻璃工件只有一面与成型模具接触，从而降低了模具对玻璃表面产生不良影响的机率。同时该装置对玻璃工件限位准确，可实现精确成型。由于玻璃工件在成型前预先进行展开计算和精确加工，是一种对玻璃工件的先加工后成型的新技术，可以有效避免机械加工对玻璃工件的应力损伤。
对于玻璃成型过程中的加热，实施中可以采用加温炉，将整个成型模具置于加温炉内，通过控制加温炉的温度来控制玻璃成型中所需的温度；也可以采用直接给成型模具或直接给成型室加温的方法，使玻璃处于热松弛状态。
该装置的成型室是一个可将玻璃与模具成型面封闭起来的腔体。实施中，可以在成型模具的成型面上设置一个可与成型面封闭的外壳，也可以采用真空袋封闭在成型模具的外围形成成型室。成型室必须与压力操控台连通，通过压力操控台实现控制成型室内的空气压力的目的。
为了方便的操控成型室内的压力，该装置在成型模具的下侧设有一个壳状底座，该底座与模具下侧构成一个压力室，成型模具上设有若干贯穿模具本体的通孔，该孔将成型室与压力室连通，另在底座上设有可与压力操控台连接的连通接头，因此通过压力操控台可以方便的控制成型室内的压力。
所述成型模具的成型面上还设有限位机构，用以将玻璃工件定位在模具成型面的对应位置上。该限位机构是由设在成型面上的限位块组成，限位块是相对于成型面凸起的固定挡块，限位块的内沿连线即为玻璃工件的外形轮廓。一般来说，根据玻璃工件的外形，限位机构可由3个以上的限位块组成，限位块分布在有效成型面的边线上，限位块的数量可根据玻璃工件的具体复杂情况和需要而定，其目的是通过限位块将玻璃工件定位在成型面的预定位置上，以便精确成型。
以下结合实施例附图，对该申请作进一步描述。
图1是成型装置的结构示意2是成型面结构示意3是热松弛成型装置总体框中1成型模具、2底座、3密封袋、4密封条、5成型室、6玻璃工件(未成型状态)、7成型状态、8通孔、9限位块、10连通接头、11真空气室、12成型面、13加温炉、14成型装置、15压力操控台。
参见附图，实施例中提供的成型装置14由成型模具1、底座2和密封袋3组成。成型模具的上侧面是成型面12，成型面上设有4个限位块9，实施中，另将密封袋套接在成型模具1的侧周边，并用密封条4密封，使密封袋与成型面之间构成一个封闭的成型室5，密封袋可以选用耐高温的聚乙烯醇塑料薄膜(PVA)。底座2是一个金属壳体结构，焊接在成型模具1的底侧，底座与成型模具之间构成了一个真空气室12。底座上设有一个连通接头10，该连通接头与压力操控台15连接。另在成型模具1上开设有若干贯通成型模具的通孔8，该通孔8将成型室5与真空气室12连通，该通孔位于有效成型面的外侧。通过压力操控台控制成型室内的空气压力。
玻璃成型的过程，就是将加工好展开外形的玻璃工件6(未成型状态)经过加温和抽真空形成的外压，在热松弛状态下变为成型状态7。
成型过程的加温，是将玻璃工件按前述方法定位在成型模具的成型面上，封闭成型室后，将整个成型装置14(除压力操控台)置于加温炉13内，将压力操控台15与成型装置底座上的连通接头10相连通，如图3框图所示。
成型过程的成型参数是根据所成型玻璃工件的不同牌号与规格选取，以下以某飞机的客窗玻璃热松弛成型为例，对该成型方法进行描述玻璃选用厚度为8.9mm板材，符合MIL-P-25690B，其成型过程如下A)将经过数控加工的玻璃按限位块放入成型模具，覆盖PVA真空袋后用压敏胶带密封好，将成型模具置于加温炉内并与压力操控台连接；B)设定加温炉内温度为104℃，打开加温炉的加温装置；C)当温度达到93℃时，启动压力操控台开始抽取成型室空气压力，抽真空压力为-0.02～-0.04MPa；D)抽真空持续4小时后，关闭加温炉的加热装置，打开炉门；E)在关闭加温炉加热装置50min后停止抽真空；F)玻璃工件及成型模具随加温炉一起冷却；G)取出成型后的玻璃工件。
不同的玻璃工件，工艺参数将随之改变，但就该热松弛成型方法本身而言，其过程与原理是一样的。
权利要求
1.一种玻璃的热松弛成型装置，该装置包括一个成型模具，成型模具具有成型面；一个成型室，成型模具的成型面位于成型室内；一个与成型室连通的压力操纵台。
2.根据权利要求1所述的成型装置，其特征在于所述的成型室是在成型模具的成型面外围套接一个密封袋构成。
3.根据权利要求1或2所述的成型装置，其特征在于该成型模具的下侧设有一个壳状底座，该底座与模具之间的空间构成压力室，该模具上设有连通成型室与压力室的孔，该底座上设有与压力操纵台连通的连接口。
4.根据权利要求1或2所述的成型装置，其特征在于所述成型模具的成型面上设有限位块。
5.一种有机玻璃的热松弛成型方法，该方法包括将预加工后的玻璃工件通过限位块限位在成型模具的成型面上；封闭玻璃和成型模具的成型面，形成成型室；向玻璃工件和成型模具提供并保持一定温度，使玻璃工件在玻璃化转变温度与流动温度之间达到热松弛状态；改变成型室压力，使热松弛状态的有机玻璃在压力作用下紧贴在成型模具的成型面。
6.如权利要求5所述的玻璃热松弛成型方法，其特征在于采用耐高温的聚乙烯醇塑料薄膜密封袋套接在成型模具的外侧面，并用密封条密封，形成成型室。
全文摘要
本发明公开了一种玻璃的热松弛成型装置及方法。它包括一个成型模具，成型模具具有成型面；一个成型室，成型模具的成型面位于成型室内；一个与成型室连通的压力操纵台。本发明采用了“无余量成型”理念，即在成型前的玻璃工件上经过精密的展开计算和精确的机械加工，热松弛成型是玻璃工件的最后加工，是一种对玻璃工件的先加工后成型的新方法及装置。利用本成型装置及方法可提高玻璃工件表面质量，实现对玻璃工件的精确成型，同时减小机械加工的应力损伤。
文档编号B29C51/30GK1935495SQ20061012715
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月8日 优先权日2006年9月8日
发明者韩炜, 常畅 申请人:西安飞机工业(集团)有限责任公司