一種用于 cnc 加工石墨模具的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種用于CNC加工石墨模具的裝置，所述裝置包括連接在豎直設(shè)置的CNC刀具主軸下端的球面金剛石刀具，所述球面金剛石刀具用于對(duì)位于其下方的石墨塊進(jìn)行CNC加工，所述裝置還包括用于支撐石墨塊傾斜固定設(shè)置的支撐座，且支撐座上用于支撐石墨塊的支撐面與水平面間呈5°～40°的夾角，所述支撐面上含有真空吸氣孔用于將石墨塊真空吸附固定在支撐座上。使用本實(shí)用新型提供的裝置制備得到的石墨模具用于玻璃面板熱彎成型，可以得到表面質(zhì)量更高的熱彎玻璃。
【專利說明】
一種用于CNG加工石墨模具的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于手機(jī)玻璃面板的熱彎成型技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于用于CNC (數(shù)控機(jī)床)加工石墨模具的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 石墨是碳元素的同素異形體，碳原子間以共價(jià)鍵結(jié)合，構(gòu)成共價(jià)分子，具有耐高 溫、耐酸堿、抗氧化、抗腐蝕的優(yōu)良特性。石墨的熔點(diǎn)為3850°C，即使經(jīng)過高溫灼燒，其重量 損失也很小，熱膨脹系數(shù)也很小，導(dǎo)熱導(dǎo)電性能優(yōu)良。石墨屬于六方晶體，其層面間結(jié)合力 比較弱，內(nèi)部氣孔率大，抗拉強(qiáng)度低，上述特點(diǎn)使得石墨的機(jī)械加工性能非常好，其用途也 非常廣泛。由于玻璃熱彎工藝在成型時(shí)溫度較高(750-900攝氏度），金屬到達(dá)該溫度后容易 軟化、形變和氧化，但石墨的耐高溫性和導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗拉等優(yōu)良特性符合玻璃熱彎工藝的 要求，故可以選擇將石墨制成玻璃熱彎模具。
[0003]現(xiàn)數(shù)碼產(chǎn)品用玻璃基板行業(yè)所涉及的觸控面板是一種集優(yōu)良光學(xué)性能、物理性能 和化學(xué)性能于一體的多功能氧化物晶體，為了滿足消費(fèi)者的消費(fèi)需求，對(duì)玻璃面板的平整 度、表面質(zhì)量、表面形狀要求越來越高。普通的玻璃面板冷加工技術(shù)已很難適應(yīng)發(fā)展需求， 隨著科技的發(fā)展，3D弧面玻璃成為時(shí)代主流，但在3D弧面曲面玻璃的生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的加工技 術(shù)耗時(shí)長、產(chǎn)能低、良率不穩(wěn)定，而采用熱彎成型工藝后可大大提升產(chǎn)能與良率。
[0004] 將石墨制成的熱彎模具應(yīng)用于觸控玻璃面板的成型工藝，因加工完成的模具具有 很好的表面質(zhì)量與精度，使得模具熱彎出來的產(chǎn)品同樣具很高的精度與很好的表面質(zhì)量。 同時(shí)，因石墨材料易加工，生產(chǎn)模具的工藝較為單一，使得石墨模具的生產(chǎn)周期短、產(chǎn)能高， 可以快速滿足產(chǎn)品的上量需求。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中有采用金屬作為熱彎模具成型玻璃面板的工藝。但金屬在高溫的長期 作用下極易變形和形成表面氧化膜，而氧化膜會(huì)阻擋熱量傳遞也容易粘玻璃，使得模具不 易脫模，產(chǎn)品容易劃傷模具，模具壽命短。另外，金屬模具加工周期長，特別是對(duì)于一些硬度 較高的金屬材料，其加工困難，加工后難以取得很好的表面質(zhì)量。再有，金屬模具在玻璃成 型過程中的升溫時(shí)間和冷卻時(shí)間均比石墨長3倍，這樣大大延長了金屬模具的加工時(shí)間和 玻璃的成型時(shí)間，對(duì)觸控玻璃面板熱彎成型的效果及玻璃產(chǎn)品迅速進(jìn)入市場不利。
[0006] 專利申請CN201510360146.1中提供一種玻璃片熱彎成型的加工設(shè)備及其加工工 藝，該專利申請中使用石墨治具用于玻璃成型，但該專利申請中并未公開石墨模具的具體 制備方法。另外，專利申請CN201410279379提供一種手機(jī)曲面玻璃面板及其成型方法，該專 利申請中同樣不涉及石墨模具的制備方法。且使用該發(fā)明中的石墨模具用于熱彎玻璃面板 時(shí)，所得玻璃面板的表面參數(shù)為:玻璃制品表面平整度為± 〇. 〇8mm或± 0.05mm(即80微米或 50微米）、拋光面粗糙度<Ra4納米(或3nm)。為制得表面質(zhì)量更高的3D玻璃面板，本領(lǐng)域需 要一種表面質(zhì)量更好的石墨模具和一種用于加工石墨模具的裝置。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型提供一種用于CNC加工石墨模具的裝置，所述裝置包括連接在豎直設(shè) 置的CNC刀具主軸下端的球面金剛石刀具，所述球面金剛石刀具用于對(duì)位于其下方的石墨 塊進(jìn)行CNC加工，所述裝置還包括用于支撐石墨塊傾斜固定設(shè)置的支撐座，且支撐座上用于 支撐石墨塊的支撐面與水平面間呈5°~40°的夾角，所述支撐面上含有真空吸氣孔用于將 石墨塊真空吸附固定在支撐座上。
[0008] 在一種具體的實(shí)施方式中，所述真空吸氣孔為多個(gè)，且陣列式排列在支撐面31上。 可以根據(jù)模具的外形大小調(diào)整支撐面上的真空吸氣孔的開合狀態(tài)，以達(dá)到飽和真空吸附的 效果。
[0009] 在一種具體的實(shí)施方式中，球面金剛石刀具為球面刀具基體上鍍有金剛石涂層的 刀具，且所述球面金剛石刀具的半徑為1~3mm。
[00?0]在一種具體的實(shí)施方式中，所述球面金剛石刀具的半徑為1.2~1.8mm。
[0011] 在一種具體的實(shí)施方式中，支撐面與水平面間呈10°~30°的夾角。
[0012] 本實(shí)用新型還相應(yīng)提供一種用于玻璃面板成型的石墨模具的制備方法，包括如下 步驟：
[0013 ]步驟A、對(duì)石墨塊進(jìn)行CNC加工得到成型的石墨塊，所述CNC加工過程中包括使用球 面金剛石刀具對(duì)石墨塊進(jìn)行傾斜式CNC加工，所述傾斜式CNC加工過程中，CNC主軸豎直設(shè)置 而石墨塊固定設(shè)置在支撐座上，所述支撐座上用于支撐石墨塊的支撐面與水平面間呈5°~ 40°的夾角，使得CNC刀具主軸與石墨塊的底面間呈50~85°角；
[0014] 步驟B、對(duì)步驟A所得石墨塊進(jìn)行拋光得到所述石墨模具，所述拋光包括使用含鉆 石粉的拋光液對(duì)成型的石墨塊進(jìn)行反復(fù)擦拭拋光，且拋光的路徑為螺旋形路徑。
[0015] 在一種具體的實(shí)施方式中，支撐面與水平面間呈10°~30°的夾角。
[0016] 在一種具體的實(shí)施方式中，拋光液包括質(zhì)量比為1:1~2的鉆石粉與水，優(yōu)選鉆石 粉與水的質(zhì)量比為1:1~1.5。
[0017] 在一種具體的實(shí)施方式中，CNC加工時(shí)，所述支撐面上加工有用于真空吸附固定石 墨塊的通孔。優(yōu)選地，所述通孔為陣列式分布的多個(gè)通孔，可以根據(jù)模具的外形大小調(diào)整支 撐面上的通孔開合狀態(tài)，以達(dá)到飽和真空吸附的效果。例如模具僅覆蓋支撐面上的部分通 孔，則用其它封孔方式將沒有被模具覆蓋的通孔封閉。
[0018] 在一種具體的實(shí)施方式中，所述拋光包括先用砂紙粗拋，再用粒徑逐次遞減的鉆 石粉拋光液對(duì)石墨塊進(jìn)行多次螺旋形拋光，優(yōu)選所述拋光液中鉆石粉的粒徑在500nm~ 50nm內(nèi)逐次遞減，更優(yōu)選所述拋光液中鉆石粉的粒徑在300nm~90nm內(nèi)分2~4次逐次遞減。 例如，拋光中首次選用的鉆石粉的粒徑為200nm，第二次和第三次拋光選用的鉆石粉的粒徑 為140nm和95nm。
[0019] 在一種具體的實(shí)施方式中，所述CNC加工步驟中使用的刀具包括圓柱形刀具和球 面金剛石刀具，且球面金剛石刀具根據(jù)金剛石粒徑不同而包括球面粗刀和球面精刀，使用 圓柱形刀具和球面粗刀時(shí)均使用垂直式CNC加工，而在使用球面精刀時(shí)使用傾斜式CNC加 工。圓柱形刀具的外圓面和底面均都設(shè)有金剛石砂。
[0020] 在一種具體的實(shí)施方式中，球面金剛石刀具為球面刀具基體上鍍有金剛石涂層的 刀具，且所述球面金剛石刀具的半徑為1~3mm，優(yōu)選為1.2~1.8mm。具體地，本實(shí)用新型所 使用的球面金剛石刀具例如為范霍恩石墨專用刀具(含金剛石涂層）。
[0021] 本實(shí)用新型還提供一種石墨模具，用于熱彎成型得到高表面質(zhì)量的玻璃面板，所 述石墨模具為使用如上所述方法制備得到。
[0022] 本實(shí)用新型提供的方案至少具有如下有益效果，當(dāng)然所述有益效果不必在同一個(gè) 方案中同時(shí)達(dá)到：
[0023] 1)使用本實(shí)用新型中用于CNC加工石墨模具的裝置制備得到的石墨模具制得的玻 璃制品表面平整度達(dá)到8微米，而拋光面的粗糙度達(dá)到0.5nm或以下。相比現(xiàn)有技術(shù)中表面 平整度達(dá)80微米和拋光面的粗糙度低于4nm，本實(shí)用新型為石墨模具熱彎玻璃的制品表面 質(zhì)量提高邁出了一大步。另外，本實(shí)用新型中熱彎所得的玻璃產(chǎn)品無刀印，這些都有利于縮 短玻璃產(chǎn)品的掃磨時(shí)間和提升玻璃產(chǎn)品的出廠質(zhì)量。
[0024] 2)在另一種石墨模具加工過程中，石墨很容易崩邊，對(duì)刀具的要求也較高，刀具容 易磨損，加工成本高，刀具很容易在石墨表面產(chǎn)生刀紋和接刀痕，給后續(xù)模具拋光和產(chǎn)品掃 磨造成很多不便。本實(shí)用新型從實(shí)際上解決了這些問題，通過采用金剛石球面精刀和傾斜 加工法對(duì)應(yīng)含傾斜支撐面的裝置，使得石墨模具的品質(zhì)和玻璃產(chǎn)品的品質(zhì)得到顯著提升。
[0025] 3)本實(shí)用新型提供的方案使得石墨模具的加工時(shí)間明顯縮短，提高了石墨模具的 生產(chǎn)效率，且加工石墨模具用的球面金剛石刀具的壽命得到明顯延長，有效降低了石墨模 具的生產(chǎn)成本。
[0026] 4)本實(shí)用新型中使用真空設(shè)備和陣列式分布的多個(gè)通孔將石墨塊均勻地吸附固 定在支撐面上，可以根據(jù)模具的外形大小調(diào)整支撐面上的通孔的固定開合狀態(tài)，以達(dá)到飽 和的真空吸附效果。該設(shè)計(jì)使得加工石墨塊時(shí)能快速地裝夾石墨塊，且可保證石墨塊不變 形，加工后石墨模具的平面度很高。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本實(shí)用新型中CNC加工裝置示意圖，
[0028] 圖2為本實(shí)用新型中CNC加工用球面金剛石刀具示意圖，
[0029] 圖3為本實(shí)用新型中支撐座的俯視示意圖。
[0030] 其中：1、石墨塊，2、CNC刀具主軸，3、支撐座，31、支撐面，4、球面金剛石刀具，5、刀 柄。
【具體實(shí)施方式】
[0031 ]以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
[0032] 本實(shí)用新型中，所述玻璃可以是普通玻璃或藍(lán)寶石玻璃，本實(shí)用新型提供的石墨 模具用于將平板玻璃熱彎成型為半球形、龜殼形、平面加外周曲邊等任意形狀的玻璃。本實(shí) 用新型中成套的石墨模具可以只包括上模和下模，也可以還含有中模。且該石墨模具的下 模模仁(與玻璃接觸處)一般是凸模，模具的上模模仁一般是凹模，熱壓成型過程中，通過上 下模的壓合而使得位于其間的平片玻璃熱彎成型。
[0033] 本實(shí)用新型的CNC加工的過程不僅針對(duì)凸起和凹陷的模仁部分，還涉及石墨模具 的其它部分，但一般僅有石墨模具的模仁部分需要拋光。
[0034]本實(shí)用新型中，石墨塊加工用的CNC(由程序控制的自動(dòng)化機(jī)床)例如為牧野V33I 石墨機(jī)型，其最高轉(zhuǎn)速4萬轉(zhuǎn)/min。在對(duì)石墨進(jìn)行拋光的過程中，可通過人工手動(dòng)拋光(或使 用機(jī)器拋光)模具表面，所用拋光粉例如為商購的鉆石拋光粉，按1:1~2的質(zhì)量比例加入水 中制成拋光液。在一種具體的實(shí)施方式中，CNC加工后的石墨塊先用細(xì)砂紙(8000#)輕拋，以 清除加工后殘余在石墨塊表面的細(xì)微石墨粉粒。所述細(xì)砂紙的顆粒粒徑大約為1.3微米，且 所述細(xì)砂紙可以是金剛砂紙或人造金剛砂紙，二者均可通過商購獲取。用砂紙輕拋后再用 含鉆石粉的拋光液對(duì)其進(jìn)行拋光。鉆石研磨粉晶粒例如由200nm分三級(jí)逐漸遞減至95nm，直 到模具表面達(dá)到鏡面效果。拋光后，所得的石墨模具可用于對(duì)玻璃進(jìn)行熱彎成型。具體地， 通過熱彎機(jī)控制模具溫度，對(duì)平板玻璃熱壓成型，使用的熱彎機(jī)例如為大湖熱彎機(jī)或GNT熱 彎機(jī)。在玻璃熱彎成型的一種【具體實(shí)施方式】中，熱彎爐溫由常溫逐漸遞增至最高溫度851 °C，再逐漸遞減至常溫。由于玻璃面板常溫下易碎、易裂，突然加熱至較高溫度會(huì)使熱量傳 遞產(chǎn)生斷差，進(jìn)而導(dǎo)致玻璃面板破裂。因此在玻璃熱彎過程中適宜采用逐漸遞增的溫度曲 線控制熱彎爐溫度，保溫一段時(shí)間使得玻璃面板與模具全部緊貼，使產(chǎn)品尺寸精度與模具 尺寸精度全部擬合貼近，貼合公差<〇.〇〇5_。
[0035] 實(shí)施例1
[0036] 本實(shí)施例中，采用本實(shí)用新型所述方法加工石墨模具的下模（凸模），其具體的加 工方法和參數(shù)如下：
[0037] 先加工石墨模具的背面:將石墨模板原材料(石墨塊)放至吸盤(石墨放置面水平 設(shè)置的基座）上，通過擋塊及真空發(fā)生器固定石墨塊，將石墨毛料的一面銑平整，再翻轉(zhuǎn)使 得石墨模具的待加工面(石墨模具的背面)朝上，進(jìn)行CNC加工，具體加工參數(shù)見表1。表1相 應(yīng)的石墨模具的背面加工過程中，石墨塊一直是水平放置。
[0038] 表1
[0039]
[0040] 在石墨模具的背面加工完成后再次翻轉(zhuǎn)石墨工件進(jìn)行正面加工，正面加工的加工 參數(shù)見表2,表2中僅有刀具"R1.5"對(duì)應(yīng)采用傾斜加工方式，即使用帶傾斜支撐面的支撐座 固定所述石墨塊。表1和表2中，R0.5和R1.5分別是指半徑為0.5mm和1.5mm的球刀(球面金剛 石刀具），D10和D4分別表不直徑為10mm和4mm的圓柱形刀具(砂棒）。正面加工完后得到石墨 模具下模相應(yīng)的石墨塊。
[0041] 表 2
[0043] 加工過程因治具(基座或支撐座)平面非常平整(平面度〈0.002mm)，底部真空吸氣 使得石墨工件與治具表面緊密貼合，加工后石墨工件的平整度可保證在〇.〇〇5_以內(nèi)，同時(shí) 加工過程使用全自動(dòng)分中探測儀，可保證石墨工件型位誤差在〇.〇〇3_以內(nèi)。加工完成后的 檢測良率達(dá)95 %以上。
[0044] CNC加工并檢測完成后人工手動(dòng)拋光(也可以使用機(jī)器拋光），具體實(shí)施步驟如下： 先用7000#或8000#砂紙粗拋15分鐘左右，將殘附在模仁表面的細(xì)小微粒去除。粗拋過后再 用無塵布+鉆石拋光粉(型號(hào)989-2)與清水按1:1的比例在模仁面上輕輕拋亮，拋光路徑呈 螺旋狀，一般持續(xù)精拋50~60分鐘即可。
[0045] 拋光完成后將所得的石墨模具送至熱彎爐內(nèi)進(jìn)行玻璃熱彎成型。本工藝中使用全 自動(dòng)熱彎成型機(jī)，只需將石墨模具固定至機(jī)臺(tái)并按下啟動(dòng)程序便可自動(dòng)對(duì)石墨進(jìn)行熱彎成 型。
[0046] 使用本實(shí)施例中的石墨模具應(yīng)用于玻璃熱彎工藝獲得的手機(jī)觸控面板，一次合格 率為88%以上（即使是最嚴(yán)格的參數(shù)要求），并且熱彎成型后的玻璃面板表面粗糙度為 0.5nm以內(nèi)，玻璃面板的平整度為8um，厚薄尺寸公差為0.03mm〇
[0047] 對(duì)比例1
[0048] 對(duì)比例1的CNC加工中刀具主軸始終與石墨板面垂直，即刀具主軸豎直設(shè)置且石墨 板面始終保持水平設(shè)置。且拋光過程中走直線路徑精拋。對(duì)比例1的其它步驟和參數(shù)均與實(shí) 施例1相同。分別使用實(shí)施例1和對(duì)比例1中的加工方法制備得到的石墨模具進(jìn)行玻璃熱彎 成型，對(duì)于同一石墨原材料來說，首先是CNC加工中正面的最后一步(R1.5刀具加工)的加工 時(shí)間降低1/4~1/3,例如某石墨塊的加工時(shí)間由167min降低至125min左右，其次是可以延 長該球面刀具的使用壽命。
[0049] 以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于CNC加工石墨模具的裝置，所述裝置包括連接在豎直設(shè)置的CNC刀具主軸 (2)下端的球面金剛石刀具(4)，所述球面金剛石刀具(4)用于對(duì)位于其下方的石墨塊進(jìn)行 CNC加工，所述裝置還包括用于支撐石墨塊（1)傾斜固定設(shè)置的支撐座(3)，且支撐座上用于 支撐石墨塊的支撐面(31)與水平面間呈5°~40°的夾角，所述支撐面(31)上含有真空吸氣 孔用于將石墨塊(1)真空吸附固定在支撐座(3)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述真空吸氣孔為多個(gè)，且陣列式排列在 支撐面(31)上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，球面金剛石刀具為球面刀具基體上鍍有金 剛石涂層的刀具，且所述球面金剛石刀具的半徑為1~3mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述球面金剛石刀具的半徑為1.2~ 1.8mm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，支撐面與水平面間呈10°~30°的夾角。
【文檔編號(hào)】B24B1/00GK205668180SQ201620539678
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】周群飛, 饒橋兵, 陳小群, 劉勇強(qiáng)
【申請人】藍(lán)思科技（長沙）有限公司