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1、 盛 国、多 譬 矾连 1 9 9 3 年第3 期 彩 色 显 象 管 3 5 一弓 从玻璃成形规律 浅谈成型与模具 的关系 r 王 晓 玻壳是显象管 关健 的零 部件之一，作 为 玻壳的压制箴 百及在成型中相应配套的 模具而 言，其成型工艺 机理 以及 玻璃 的成形 规律与模具之间紧密关 系，在实际生产中起 着非常重要 的作用 作 为成型和 模具 维修、制造 的工作 者，就必须掌握成型工艺机理，了解成形规律与 模 具 的关 系，才 有可 能 全面 地 掌握 生产 技 术 众所周知，P F玻壳制品不仅形状复 杂，而且制 造精度 要求很高，尤其是玻 屏外 表 面，以及玻 锥 D Y部和 玻壳 S
2、 E面处 的 质量要求都十分 苛刻。因为这些 部位直接影 响着 c r V的 显示质 量、偏 转 效率 及玻壳 的 结构强度。在生产工艺过程中，对玻屏外表 面 以及 P F玻 壳的 s E面 还要进行研磨和 抛 光处理，而玻屏面 的内表面不能进行冷加工 处 理 它全靠模具 表面 光洁及尺寸 精度等 条 件给予保证这样一个加工工 艺特 点。可 以说 玻璃 的成形规律与模具 的关 系是 十分 紧密、十分 重 要 的，相互 间有 着密切 的联 系和 影 响。就玻壳的压制成形 总体而言，是经 历 了 两个 连续的 阶段，即赋 形和定 形，后者实 际 上是前者 的继续，而定形 比赋形 阶段 所需 的 时
3、间要长得多，然而决定赋形阶段的 因素主 要是玻 璃的 流变 学特性 即 成形时 的粘度、表 面 张力 弹性 以及这 些性 质随时 间、温度 变化 的特征；决定定形 阶段 的因素主要是玻 璃的热学性 质，及周 围介质影响下玻 璃的硬 化速度。在实际生产中，对于 一个具体成型制度 的首要问题，是需要确定一 系列成型工艺 参 数，例如：成型温度范围、各成型 环节 中所需 要 的时 间，冷却介 质及模具 温度控 制，赋 形 及定形时 的压力，以及 保压压力和相应 的时 间等等。这些 工艺 参数 的设定依据是理论指 导下 的实验数据，及生产实践中所积 累的经 验数据，下面就有关玻璃成形规律与模具的 关
4、系谈谈点滴看法：一、成型 中的热传 递以 及模具、玻壳 的 温度分布 在压制成形过程中，玻璃料滴与模具表 面接触时发生 了热 量的传递，即把热量 传递 给模 具，再 由模具把热 传出体外，以达到 各 阶段所需 的粘度，玻璃在一定 的流变规律过 程中，与模具接触 时，随成型 压力增加，其接 触面 积也不断增 加，随着温度 的 不断降 低，失去其流变性 为止。由于接触的先后和时 间 的长短不同，导致 了模具表面温度的不均匀 分布 如 图 1 所 示，另一方 面 凸模 的内 部循 环冷 却 系统及外 界冷 却装 置也影 响模具 的 温度 分布。凸模冷 却可通过 改变 其循 环冷 却 水 的流量 来调
5、节，凹模的温度分 布也 可通过 改变相应 的空气流量来调节，从 而达 到保证 玻 壳 曲率 值，但 这些调 节基本 上是 整体 的 很难 控制局部特定部位 的冷却，而使 模具表 面温度均 匀。图 1 凹模 内表 面温度分布 j 维普资讯 http:/ 3 6 彩 色 显 象 管 1 9 9 3 年 第3 期 为 了维持正 常的操作 温度，模具从玻璃 中吸取 的热量 和散失到 冷却介 质中的热量 应该是相等的，所 以模具 的外表面和外表面 一定距离的部位 温度应 当十分稳定，它 不积 蓄热量，而 模具 内表 面及 附近 为不稳定 传热 带。如 图 2所示 是温度沿壁厚方 向的分布 情况。i f
6、f 图 2 模 具 壁 厚 方 向 温度 分 布 玻壳的 内部 温度分布十分复杂 这与玻 璃的结 构及性质有关，也与成 型条件有关。当玻壳成形后，在凹模中的冷 却方式主 要有两 种类 型：其一，是外表面与凹模接触，它 以传导方 式换热 其二 是 内表面 采用风冷 却，以对流方式换热。二、玻璃在模具 中形 成的基本规律 从玻 璃的成形性质中可知 高温下玻璃 料滴短时间 内，在模具 中的流动是很不均匀 的，其 流变性 能相 当复杂，以致无法 用准确 的热力学模 型加 以描述。如 图 3为玻璃料滴 沿短轴方 向落入 凹模 内的位置。圈 3 根 据最 小阻力定律 及塑性 和弹性变 形 规律得知，玻璃沿
7、 短轴方 向流动最快且路径 最 短，从而 短轴 附近 的成形最 早，长轴 附近 次之，而 对角线 附近则鼎后成形。囤 4 当玻璃成形 时 在图 3的第 1点处附近 的长轴边温度最高，第 3点附近的短轴边温 度次之，第 2点附近 的对角线 区温 度最低。图 4为提出的一种 充填规律 模型，其充填规 律可从 A区一B区一E区 D区 c区。玻壳在热 态下的变形与许多 因素有关 比如，引入玻璃氧化物性质及熔制的工艺条 件、玻璃 的结构 特性 以及玻璃成形 性 质等，因此玻璃 的热态 变形是热学 性质 和力学性 质共同作用的结果，由于模具表面温度及散 热条件 不均 以及玻璃 流变性 的变化，同样 会导致
8、玻壳各处形变 的不均匀。在玻壳 冷却 过程 中，长边 的环 向收 缩量 比短边要 大，即 图 3中第 3点 的向 内位 移 比第一 点的 向内 位移要 大 而第 2点 向内位移除对角线区域 的环向收缩量外，还受长边收缩 和短边收缩 的牵连，因而第 2点 向内移有三 种 可能性：小于第 1、3点两点 向内位移 I 介于第 1、3点 向内位移 大于第 3点向内位移。因此玻壳 的冷 却过 程就可划分为 以下 各阶段：全塑性 变形，弹塑性 阶段 弹 性 阶段、全弹 性 阶段。那么冷却收 缩引起 的变形 及 全塑性 状 态下 的变形是整体 的，而弹性和全弹性变形 则是 维普资讯 http:/ 1 9 9
9、 3年第 3期 玻璃成形规律 浅谈成型与模具的关系 3 7 局部 的，形变集中在某些部分。由此可知，温 度的降低所引起的收缩占的百分数最大，全 弹性 状态 下，由应力引起的形变要小。当玻 壳上 各点处全部进入全弹性状态时，玻壳 内 的温度分 布为正态分 布函数。玻壳上任 意点(x、Y、z)处的 正应 变可 以表 示为 I I 一 吉 一 (o 仉)+q T l 一 吉 (仉+)+T t 【一 吉 一 (+)+q T l 根据几何方程、应力应变 关 系式、应 力平衡方 程，可以 得 出由位移表示的平衡微分方 程：+妻 一 其 中；e 一 x j 一 x，y，z)V m一+隙就 必须 考虑到 高温
10、成型 时的模 具热膨 胀 情况。凸模与模圈的材料不同，两者的热膨 胀 系数就 不 同，当模 具受热 时，两者 之 间必 然会出现一定的间隙，如图 5为屏凸模 和模 圈的热配台状态，其中 C XS D为三轴尺 寸，Aa为间隙值，A b为插 入量。I l I 一 u、v、)T J 一变 温度 场 u、v、玻壳上各点沿 x、y、z 三辅方 向的位移。由于变温度 场为指定 函数，因此全 弹性 状态下的变形模式也具有指数 函数的形式。三、压制成形 中的模具控制 A、模具的配 合 玻璃 的机械压制成 形是 依靠模 具的 上 下一定挤压运 动完成 的。要压制 出质量较 高 的玻壳 制品，及获得高 的成 形
11、合格率，则模 具在冷热态下的配合是相当重要的一个 因 素，合适的配 合间隙值 非常关健，对 生产大 屏 幕玻 壳，则 模具的配 合间隙，显然要求 更 高。在高温成 型时，凸模和 模 圈的接触，这 时模圈就阻碍着凸模 向下运动，造成 凸模和 模圈的早期磨损，因此冷态时模具的配 合间 圈 5 据 前面所述玻璃在模具 内的充填顺 序，图 4中 C区的热态 间隙最小，这是因为玻璃 在模具 内先充填的是 A、B区域，然后是充 填 E、D区域，最 后填 充 C区域。据最小 阻力 定律，在充填 A、B区域时，D、E、C三 区域还 没充满，而 A、B处的配 合间隙，只要 没有超 过玻璃 产生飞边 的最 小尺寸
12、，是不 会产生飞 边的 在料 重超差、料温变化、压力过大 时，才会在 E、D、C区域产生飞边，当料重不 足，产生 出不足时，C区域最 为明显。因此 选择 模具冷态下配合间敬原 则上 应力：保证高成 型 合格率及模具 使用寿 命，哪里 出现 飞边，就缩小哪里的间隙 凸模和模 圈的配 合间隙 可 划分 为三 大 区域：图 4中的 A、B 区、E D 区、C区而热态 时的 间隙大 小关 系为：c E、D A、B。B、模具的温度、冷却控制 在压制 过程 中，模具 自始至终是与 高温 玻璃料 滴接触的，每时每刻 接受 着热量。而 维普资讯 http:/ 3 8 彩 色 显 象 管 1 9 9 3 年 第
13、3 期 又同时不断散热 在压机上的凹模所接受的 热量要大 于 凸模 凹模 接受 的热量 越多，易 发生变形，同样易 产生 玻璃粘 附，所 以就 必 须对凹模进行温度控制 防止变形 后制 品 曲率值 的变化。凹模 的控制是 采 用冷却风 量的大 小进 行的，它是 在压机底 部安装 风量 阀 门 计算 机对 这种风 量 阀门的开度大 小进 行调节 控 制。这种控制条件是当辐射 高温计测 出凹模 温 度值 后，送 入计算 机进 行 演算，并送 出一 个 控信制号，使 风量阀 门动 作，风量阀门 的 f L一 开度大小控 制了冷却 风量 的大小，从而控制 了底模温度。如图 6所示，这种底模温度可 根据玻壳 的工艺要求进行调整。我 们知道玻壳 的表面 曲率值 是根据 冷 端测定 机得 到，即所要达 到玻 壳的 曲率值 完 好，又必须把测定值送入计算机，与热端测 得值进 行 比较稿算，计算其 冷热 收缩 量 这 时计算机可根据这一计算的差值再对风量 阀门进 行调节 直 至达到尺 寸要 求值 为止 圉 6 凹模 温 度 控 制 示 意 图 维普资讯 http:/