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3D盖板玻璃的热弯工艺及常见问题分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-09-24  来源:www.shuijing.info  作者:水晶信息网  浏览次数:342
核心提示:目前3D盖板玻璃产业发展迅猛,业内主要成型方法采用热弯成型工艺。通过对热弯工艺模具选用、参数确定、工艺流程的阐述,分析了热弯工艺常见问题,并给出相应的对策。
 0 引言
随着无线充电技术和柔性OLED的广泛应用,盖板玻璃需要配合做成曲面形状,业内称作3D盖板玻璃。目前众多手机厂商旗舰机型均推出3D盖板机型,3D玻璃盖板能与中框180°平滑衔接,更符合人体工程学原理,从而大幅提高了滑动屏幕的手感体验。玻璃材质在防电磁屏蔽、可加工性、美感等方面优于金属、塑料材质,手机厂商为了产品差异化和无线充电技术的需要,也采用3D玻璃取代金属或塑料后盖。而热弯成型工艺是目前3D玻璃的主流成型工艺。 
1 玻璃的热弯工艺
1.1 热弯模具的选用
热弯模具材料性能要求该材料应具有晶粒细、组织致密均匀,热稳定性高,易于加工,良好的导热系数,较小的热膨胀性等特性。一般可选择合金、陶瓷、石墨,但石墨具有的优良特性更符合3D盖板玻璃热弯模具的要求,业内大部分均采用石墨作为模具原材料,其主要特性有以下几点:
①耐高温性。石墨的熔点为(3 850± 50)℃,沸点为4 250 ℃,经高温灼烧重量损失很小。
②热膨胀性。热膨胀系数小,与玻璃有非常相近的热膨胀系数,收缩和热胀非常接近,更有利于玻璃热弯工艺的控制;石墨强度随温度提高而加强,能在高温下承受热弯机热弯作业施加的压力。
③导热性。石墨导热系数随温度升高而降低,在玻璃热弯作业温度范围内导热性能良好,有利于温度向玻璃的传导,提高热效率。
④润滑性。石墨材质模具表面光滑,组织均匀,尺寸精准,且容易脱模,能减少对玻璃屏幕造成伤害。
⑤化学稳定性。石墨在常温下化学稳定性非常好,不易受热态玻璃的浸润,也不会影响玻璃的结构和成分。
⑥抗热震性。石墨能经受住温度的剧烈变化,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹,从而提高模具的使用寿命。
⑦3D玻璃用石墨模具一般成对使用,即凹凸模配套使用。石墨模具示意图见图1。
生产过程、问题的解析,给出3D热弯成型的工艺 参数设定方法和常见问题的对策。 在3D盖板玻璃热弯成型工艺中,应结合玻璃 本身特性来设定相应的温度、压力曲线,提高石 墨模具品质及设计,加强现场洁净管理,注意观 察生产过程,根据实际情况判断缺陷及其影响因 素,并及时作出相应对策。
图1 石墨模具示例图
1.2 热弯工艺温度参数的确定
采用热弯成型工艺首先应测试玻璃产品的各项参数,包括玻璃的应变点、退火点、变形点、软化点和热膨胀系数。尤其重要的是玻璃的变形点温度(Td ),以确定3D热弯加工成型温度范围。变形点反映的是温度与拉伸速率的关系,当拉伸速率发生突变时的温度点,即对应产品的变形点。此温度条件下,产品在受到外力作用时具有加工成型性。在3D热弯工艺中,此变形点温度可做为热弯加工的下限温度。而外力作用下可成型的上限温度,通常是在玻璃的软化点之下。但根据实践经验,适宜玻璃产品热态成型的温度T范围为:T d<T<T d+  30 ℃。测试方法:依据ASTM C-336和ASTM E-228标准,通过ANS-1000(美国Orton)仪器进行测试,从而获得产品的变形点温度(Td )。
在3D玻璃热弯作业时,热弯作业温度、压力参数的设定需参考玻璃的应变点、退火点、变形点、热弯机工作区数量、玻璃厚度、3D曲面形状等进行设置。选用四川旭虹光电科技有限公司生产的0.40 mm厚高铝盖板玻璃作为试验样品,该玻璃采用浮法工艺生产。经测试其玻璃相关参 数为: 
①应变点:(550±20)℃;
②退火点:(605±20)℃;
③变形点:(685±20)℃;
④软化点:(830±20)℃。
⑤热膨胀系数:(98.0±2)×10^ -7  /℃。
1.3 热弯工艺流程
热弯工艺流程:原片载入→预热→热弯成型 →退火→冷却→3D玻璃卸载
预热阶段:原片玻璃装入石墨模具后进入预热区,在该区域对模具加热,经模具热传导后使玻璃温度逐渐升高,温度平缓稳定过渡到热弯成型阶段。预热区温度设置见表1。
表1 预热区温度设置  /℃




热弯成型阶段:玻璃进入该区域后,温度达到作业温度,在外力作用下发生变形,最终与模具曲率达到一致,该阶段应结合玻璃变形点、软化点进行温度设置。热弯成型区温度见表2,压力设置见表3。
表2 热弯成型区温度设置  /℃




退火阶段:玻璃在该区域消除残余应力,应结合玻璃退火点、应变点进行温度设置。退火区温度设置见表4。




冷却阶段:在冷却装置的作用下,玻璃进行冷却定型,温度设置根据模具导热等情况设置,避免玻璃翘曲超标。冷却区温度设置见表5。



2 热弯过程中常见问题分析及对策
2.1 玻璃在模具内破裂
针对玻璃在模具内破裂问题,从以下几方面原因进行分析:
(1)外观检查
对放入石墨模具前的玻璃进行检查,是否有边部欠磨、砂边、崩边、表面有无划伤、异物等缺陷。
(2)温度
①根据玻璃应变点、退火点、变形点设置对应的升温曲线。如温度设置过低容易造成玻璃未达到变形点温度而受压破碎;
②模具上下模温度不一致,造成玻璃上下表面升温速率不一致,会引起玻璃发生弯曲,严重时在受力状态下发生碎裂。
(3)压力
①压力设置。在设置热弯压力时,要综合考虑热弯玻璃的厚度、热弯形状、工作区域,条件不同,设置参数也不同。如出现压力过大或者压力分配不当,会造成玻璃破碎;
②压力曲线设置。在玻璃受热逐渐软化过程中,如施加压力增幅过快,也容易造成破碎,在热弯区域尤其应注意压力曲线的设置,逐步增加压力的方式优于间断施加压力。
2.2 玻璃表面麻点
(1)石墨模具的质量、材质。石墨模具材质颗粒度过大或者加工质量差易造成玻璃产品出现麻点。
(2)作业环境的洁净度低,有飘尘等异物。
(3)温度偏高。热弯温度偏高,引起玻璃表面软化过度而失去强度,容易产生一部分抛光工序不能消除的微小麻点。
2.3 玻璃表面形变
(1)模具设计。提高模具的合理化设计可以有效降低玻璃形变缺陷。
(2)压力、温度设置。预热区温度偏高或者上下表面温差过大,会造成玻璃翘曲,受力热弯后成品会出现明显的光学畸变。
2.4 玻璃翘曲
退火、冷却温度控制。退火区不仅仅只为消除玻璃的残余应力,与玻璃翘也密切相关。在退火、冷却区应注意上下模的温度差,确定适合玻璃参数的退火、冷却温度曲线,防止玻璃翘曲。
3 结语
通过对3D盖板玻璃热弯成型工艺的阐述和对生产过程、问题的解析,给出3D热弯成型的工艺参数设定方法和常见问题的对策。
在3D盖板玻璃热弯成型工艺中,应结合玻璃本身特性来设定相应的温度、压力曲线,提高石墨模具品质及设计,加强现场洁净管理,注意观察生产过程,根据实际情况判断缺陷及其影响因素,并及时作出相应对策。


(《玻璃》何亮 宫汝华 何根 王世友 刘冬 李青)




 
 
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