CN111138074B - 玻璃产品成型模具、成型设备及加工方法 - Google Patents

玻璃产品成型模具、成型设备及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了玻璃产品成型模具、成型设备及加工方法，其中，玻璃产品成型模具包括相对设置的第一模具和第二模具，第一模具与第二模具合模后将平面玻璃成型为三维玻璃结构，第一模具包括第一成型面、底面以及连接第一成型面与底面的侧面，第二模具包括第二成型面，第一模具还包括自第一成型面边缘向远离第一成型面且远离第二模具方向延伸至与侧面连接的第一斜面，第一模具的热膨胀系数小于平面玻璃的热膨胀系数。本发明的玻璃产品模具，三维玻璃结构完全冷却前已与第一成型面分离，三维玻璃结构冷却均匀，且第一模具不会阻碍三维玻璃结构的收缩，避免三维玻璃结构出现变形和破裂的问题。

Description

玻璃产品成型模具、成型设备及加工方法
【技术领域】
本发明涉及玻璃产品成型技术领域，尤其涉及玻璃产品成型模具、成型设备及加工方法。
【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，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，透镜的应用也越来越广泛。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。由于重力作用，玻璃产品会直接贴合在用于成型透镜的成型面上进行冷却。
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(即成型透镜的部位)粘接在一起，或者在某个随机点304(即成型面上任意一点)与模具302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对模具302表面有很强的附着力，虽然在冷却过程中，附着力会逐渐降低，但是玻璃产品301完全冷却并自行释放需要的时间长。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收缩过程中会增加玻璃产品301破碎的风险，因为玻璃产品301在冷却过程中收缩率比模具302更大，而且模具302的高角度特征会阻碍玻璃产品301在水平方向自由收缩。对于大直径的玻璃产品301来说影响更大。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的收缩幅度会更大，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之间因收缩差异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，有必要提供一种改进的模具来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的目的之一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。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种玻璃产品成型模具，包括相对设置的第一模具和第二模具，所述第一模具与所述第二模具合模后将平面玻璃成型为三维玻璃结构，所述第一模具包括与所述第二模具相对设置的第一成型面、与所述第一成型面相对设置且远离所述第二模具的底面以及连接所述第一成型面与所述底面的侧面，所述第二模具包括与所述第一成型面相对设置的第二成型面，所述第一模具还包括自所述第一成型面边缘向远离所述第一成型面且远离所述第二模具方向延伸至与所述侧面连接的第一斜面，且所述第一模具的热膨胀系数小于所述平面玻璃的热膨胀系数。
作为一种改进，所述第一成型面朝向所述第二模具凸出形成有成型凸起，所述第二成型面向远离所述第一模具方向凹陷形成有与所述成型凸起相对应的成型凹腔。
作为一种改进，所述第一模具包括凸部和底座，所述凸部设有所述第一成型面和所述斜面，所述底座设有所述底面和所述侧面，所述凸部为圆台结构。
作为一种改进，所述第二模具还包括自所述第二成型面边缘向远离所述成型凸起且朝向所述第一模具方向延伸的第二斜面，所述第二成型面和所述第二斜面围合形成供所述凸部***的容纳腔，所述容纳腔的形状与所述凸部的形状相同。
作为一种改进，所述侧面从所述底面的边缘垂直延伸至所述第一斜面远离所述第一成型面的一侧。
本发明的目的之二还提供一种玻璃产品成型设备，包括驱动机构和如上所述的玻璃产品成型模具，所述驱动机构用于驱动所述第一模具和所述第二模具中的一者朝向或者远离另一者的方向移动。
本发明的目的之三还提供一种玻璃产品加工方法，所述玻璃产品加工方法包括：
提供平面玻璃和如上所述玻璃产品成型设备；
将所述平面玻璃放置于所述第一成型面，所述驱动机构驱动所述第一模具和所述第二模具中的一者朝向另一者运动，以将所述平面玻璃热压成三维玻璃结构；
玻璃产品成型后，所述驱动机构驱动所述第一模具和所述第二模具中的一者朝远离另一者的方向运动；
所述三维玻璃结构由于冷却收缩量大于所述第一模具的冷却收缩量，所述三维玻璃结构沿所述第一斜面自动朝向所述第二模具运动，使得所述玻璃产品与所述第一成型面分离。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过在第一模具上设置第一成型面和第一斜面，第一斜面从第一成型面的边缘同时向远离第一成型面和第二模具的方向延伸，第一模具和第二模具合模即可将平面玻璃成型为三维玻璃结构，将第一模具与第二模具分离后三维玻璃结构和第一模具开始冷却收缩，由于第一模具的热膨胀系数小于三维玻璃结构的热膨胀系数，因此，第一模具的收缩量会小于三维玻璃结构的收缩量，三维玻璃结构就会沿第一斜面自动朝向第二模具运动，在三维玻璃结构完全冷却前其已与第一成型面分离，消除了三维玻璃结构与第一模具之间的热膨胀系数差异带来的影响，使三维玻璃结构冷却更均匀，同时，第一模具不会阻碍三维玻璃结构的收缩，避免三维玻璃结构发生变形和破裂的问题。
【附图说明】
图1为本发明实施例提供的玻璃产品成型模具与三维玻璃结构的装配示意图；
图2为图1的沿A～A线的剖视图；
图3为图1中所示第一模具的结构示意图；
图4为图1中所示第二模具的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的三维玻璃结构的示意图；
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。
附图标记：100、玻璃产品成型模具；10、第一模具；20、第二模具；11、第一成型面；12、底面；13、侧面；14、第一斜面；111、成型凸起；21、第二成型面；211、成型凹腔；200、三维玻璃结构；201、平直部；202、弯折部；203、玻璃产品；15、凸部；16、底座；22、第二斜面；23、容纳腔。
【具体实施方式】
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。
请参阅图1至图5，本发明的一实施例提供的一种玻璃产品成型设备，包括玻璃产品成型模具100和驱动机构，玻璃产品成型模具100包括相对设置的第一模具10和第二模具20，在本实施例中，第一模具10优选为定模、第二模具20优选为动模，驱动机构用于驱动第二模具20朝向或者远离第一模具10运动，以完成玻璃产品成型模具100的合模或开模。可以理解的是，将第一模具10设置成动模、第二模具20设置成定模也是可以的，只要两者中的一者可相对另一者运动即可。
作为本实施例的一种改进方式，第一模具10包括第一成型面11、底面12、侧面13以及第一斜面14，第一成型面11与第二模具20相对设置，且第一成型面11上设有朝向第二模具20的一侧凸出形成有成型凸起111，底面12间隔相对设置于第一成型面11远离第二模具20的一侧，侧面13从底面12的边缘朝向第一成型面11延伸，第一斜面14从第一成型面11的边缘向远离第一成型面11且远离第二模具20方向延伸至与侧面13连接，也即，第一斜面14从第一成型面11的边缘朝远离第二模具20的方向向外倾斜延伸至与侧面13连接，第二模具20包括与第一成型面11相对设置的第二成型面21，第二成型面21向远离第一模具10方向凹陷形成与成型凸起111相对应的成型凹腔211，成型凸起111的数量与成型凹腔211的数量相同且都优选为多个，每个成型凸起111都与一个正对的成型凹腔211配合。
合模时，驱动机构驱动第二模具20朝向第一模具10运动，从而将放置在第一成型面11上的平面玻璃热压成三维玻璃结构200，该平面玻璃的热膨胀系数大于第一模具10的热膨胀系数，本实施例中，三维玻璃结构200包括与第一成型面11和第二成型面21贴合的平直部201和围设于平直部201边缘并与第一斜面14贴合的弯折部202，平直部201上与成型凸起111和成型凹腔211相对的部位则形成玻璃产品203，玻璃产品203包括但不限于透镜或者光栅。其中，热膨胀系数是指物体由于温度改变而胀缩的现象，热膨胀系数越大，收缩程度也就越大，反之则越小。
当玻璃产品203成型后，驱动机构驱动第二模具20朝远离第一模具10的方向运动，即开模，从而使三维玻璃结构200与第二模具20分离，三维玻璃结构200和第一模具10开始收缩，由于三维玻璃结构200的收缩幅度大于第一模具10的收缩幅度，因此，弯折部202会沿者第一斜面14朝远离底面12的方向滑动，并带动平直部201一起运动，使三维玻璃结构200在完全冷却之前，平直部201和第一成型面11分离，玻璃产品203与成型凸起111分离，因此，平直部201在收缩过程中不会受到第一模具10的影响，消除了三维玻璃结构200与第一模具10之间的热膨胀系数差异带来的影响，使平直部201冷却更均匀，避免三维玻璃结构200产生变形和破裂的问题，从而保证了玻璃产品203的质量；而且三维玻璃结构200在冷却过程中与第一模具10的接触面积逐渐减小，因此加快了三维玻璃结构200的冷却速度，缩短生产周期，降低成本。
可以理解地，成型凹腔211和成型凸起111并不局限于上述的设置方式，例如，在第二成型面21上设置成型凸起111、在第一成型面11上设置成型凹腔211，或者，在第一成型面11上设置成型凸起111和成型凹腔211、在第二成型面21上对位设置成型凹腔211和成型凸起111也是可以的。
作为本实施例一种改进方式，第一模具10包括凸部15和底座16，凸部15设有第一成型面11和第一斜面14，底座16设有底面12和侧面13，凸部15为圆台结构。
通过将凸部15设置成圆台结构，也即，侧面13展开后为扇环，可减小三维玻璃结构200与凸部15之间的摩擦力，有利于三维玻璃结构200的自行滑动。
可以理解地，凸部15并不局限于上述的圆台结构，例如，棱柱结构或者椭圆台结构也是可以的。
作为本实施例一种改进方式，第二模具20还包括第二斜面22，第二斜面22从第二成型面21的边缘向远离成型凸起111且朝向第一模具10方向延伸，也即，第二斜面22从第二成型面21的边缘朝向第一模具10倾斜向外延伸，且第二斜面22与第一斜面14平行，第二斜面22与第二成型面21围合形成供凸部15***的容纳腔23，容纳腔23的形状与凸部15的形状相同，均为圆台结构，也即，第二斜面22展开后为扇环。
作为本实施例一种改进方式，侧面13从底面12的边缘垂直延伸至第一斜面14远离第一成型面11的一侧。
本实施例中，底座16为圆柱结构，且底座16顶部的直径与凸部15底部的直径相同。可以理解的是，底座16顶部的直径小于或者大于凸部15的直径也是可以的。
本发明实施例还提供一种玻璃产品的加工方法，该加工方法包括：
将平面玻璃平放在第一成型面11上，控制驱动机构驱动第二模具20朝向第一模具10运动，第二模具20与平面玻璃接触后，将平面玻璃和玻璃产品成型模具100加热到玻璃化转变温度，第二模具20挤压平面玻璃凸出于第一成型面11外的部分，完成合模后，即可将平面玻璃热压成型为三维玻璃结构200；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，玻璃在高于玻璃化转变温度的环境下表现为高弹态，此时玻璃在外力的作用下容易发生变形，玻璃产品203在低于玻璃化转变温度的环境下表现为玻璃态，此时玻璃具有一定的刚性，即使在外力作用下也难以发生形变。
玻璃产品203成型后，驱动机构驱动第二模具20朝远离第一模具10的方向运动，完成开模；
冷却三维玻璃结构200和第一模具10，三维玻璃结构200和第一模具10开始收缩，弯折部202沿第一斜面14自动朝向第二模具20滑动，并带动平直部201一起运动，最终使平直部201在未完全冷却前与第一成型面11分离。
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 (4)

1.一种玻璃产品成型模具，包括相对设置的第一模具和第二模具，所述第一模具与所述第二模具合模后将平面玻璃成型为三维玻璃结构，其特征在于，所述第一模具包括与所述第二模具相对设置的第一成型面、与所述第一成型面相对设置且远离所述第二模具的底面以及连接所述第一成型面与所述底面的侧面，所述第二模具包括与所述第一成型面相对设置的第二成型面，所述第一模具还包括自所述第一成型面边缘向远离所述第一成型面且远离所述第二模具方向延伸至与所述侧面连接的第一斜面，且所述第一模具的热膨胀系数小于所述平面玻璃的热膨胀系数；
所述第一模具包括凸部和底座，所述凸部设有所述第一成型面和所述斜面，所述底座设有所述底面和所述侧面，所述凸部为圆台结构；
所述第二模具还包括自所述第二成型面边缘向远离所述成型凸起且朝向所述第一模具方向延伸的第二斜面，所述第二成型面和所述第二斜面围合形成供所述凸部***的容纳腔，所述容纳腔的形状与所述凸部的形状相同；
所述第一成型面朝向所述第二模具凸出形成有成型凸起，所述第二成型面向远离所述第一模具方向凹陷形成有与所述成型凸起相对应的成型凹腔。
2.根据权利要求1所述的玻璃产品成型模具，其特征在于，所述侧面从所述底面的边缘垂直延伸至所述第一斜面远离所述第一成型面的一侧。
3.一种玻璃产品成型设备，其特征在于，包括驱动机构和如权利要求1-2任一项所述的玻璃产品成型模具，所述驱动机构用于驱动所述第一模具和所述第二模具中的一者朝向或者远离另一者的方向移动。
4.一种玻璃产品加工方法，其特征在于，包括：
提供平面玻璃和如权利要求3所述玻璃产品成型设备；
将所述平面玻璃放置于所述第一成型面，所述驱动机构驱动所述第一模具和所述第二模具中的一者朝向另一者运动，以将所述平面玻璃热压成三维玻璃结构；
玻璃产品成型后，所述驱动机构驱动所述第一模具和所述第二模具中的一者朝远离另一者的方向运动；
所述三维玻璃结构由于冷却收缩量大于所述第一模具的冷却收缩量，所述三维玻璃结构沿所述第一斜面自动朝向所述第二模具运动，使得所述玻璃产品与所述第一成型面分离。
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