一种3D曲面玻璃热吸成型的方法与流程

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。

技术实现要素：

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inconel601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。