玻璃大王刘永刚:汽车钢化玻璃生产过程中的加热与成型

汽车用钢化玻璃根据使用部位不同,其拱高、弯曲度、曲率半径等都不同。汽车玻璃根据曲率半径及拱高大小分为浅弯、深弯玻璃。只有一个曲率半径的弯型玻璃为单曲面玻璃,有2个或2个以上曲率半径的弯型玻璃为复合曲面玻璃。一般情况下, 角窗为单曲面浅弯玻璃,门窗为浅弯双曲面玻璃, 后窗为深弯复合曲面玻璃。由于玻璃的尺寸与形状不同,汽车钢化玻璃需要通过不同的成型、淬冷方法才能达到安装要求。
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加热
现有的玻璃钢化炉多采用电热丝加热,玻璃在炉内加热方式主要有3种:传导加热、对流加热和 辐射加热。辐射和对流将热量传至玻璃表面层,然后通过传导方式传到内层。因炉体结构、玻璃品种、玻璃升温速度要求不同而采用一种为主或多种 组合加热方法。
(1)角窗玻璃加热
炉体内上部、下部和侧面玛设置电热丝,每组炉丝可独立调节温度,炉体分为三区,每区中间有隔断,能够单独控温保温,炉腔的上部电热丝用不锈钢板覆盖,增加辐射传热的均匀性,玻璃上表面辐射加热,下表面胎框传热和辐射传热。因成型胎吸收部分热能,下部温度设定高于上部20~30℃。
(2)侧窗玻璃加热
生产侧窗玻璃的加热炉结构前后不同,炉体内上部、下部、侧面均设置电热丝,上部增加轴流风机强制对流加热玻璃,这种对流加热方式的主要目的是使玻璃均匀受热,同时减少陶瓷辊传输玻璃时产生的辊子印。各分区之间有隔断,每个分区独立设定、调节温度,因强制对流作用,炉上部的空气向下吹造成上部的热量流失,上部温度设定比正常高20℃。
(3)后窗玻璃加热
炉体上部呈半圆拱形,上部电热丝按炉体形状设置,底部电热丝覆盖不锈钢板,由炉丝加热钢板,再由钢板产生热辐射加热玻璃,与炉丝直接加热相比,具有以下优点:①钢板表面积大,其辐射远比炉丝直接辐射加热玻璃更均匀;②钢板作为蓄能元件,里面储存了巨大的能量,可以源源不断地向玻璃提供其所需要的热量,保证炉温尽可能均匀、波动小;③加热效率高,储存热量大。
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成型
(1)角窗玻璃成型
因角窗拱高和面积较小,适宜于胎框成型,而辊道传输不适合角窗。通过成型胎框架的移动传输玻璃,成型胎放在框架上,角窗玻璃直接放置在成型胎上,在每一区加热过程中成型胎框架停留平均50s,玻璃软化后靠玻璃自重成型。
(2)侧窗玻璃成型
侧窗玻璃成型温度较高,前后分为挤压辊单曲成型区和弯曲辊复曲成型区,连续生产。根据玻璃的厚度设定棍子的间隙,靠上部辊子挤压来改善发生的反球现象,提高玻璃边部光学质量。挤压辊的基准高度设定为6mm,当玻璃经过时变为玻璃高度。
复曲的形成是通过弯曲辊两端的电机在辊子的两端上下动作,调整弯曲度,靠玻璃的自重和冷却风压形成双曲。以上两次连续成型过程中玻璃温度下降不能过多,成型玻璃温度要求偏高。
(3)后窗玻璃成型
玻璃到成型室指定的位置,吸模下降,玻璃在真空与吹起的作用下被吸模提起。此时热环进炉,吸模下降同下方热环一起挤压玻璃。为保证玻璃成型曲率及光学性能,控制上吸模与下热环的挤压时的间隙尤为重要。为使玻璃可以准确移动到成型室的指定位置,在入片位置设有定位系统,可以准确控制玻璃不发生偏移。
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输送与冷却
(1)角窗玻璃
角窗玻璃放置在成型胎上,随着成型胎的整体移动而移动,胎框下部为传输轨道,步进传输,玻璃在成型胎上淬冷。因为成型胎要跟随玻璃加热和冷却,所以消耗的热能较大。
(2)侧窗玻璃
侧窗玻璃钢化炉为连续式钢化炉,长度方向共分为10区,每区的传输速度不一。根据工艺要求每区的线速度由中心计算机精确控制,在1区玻璃由冷态进入炉内移动速度较高,为防止玻璃上下表面不均匀加热,避免玻璃局部温度高而变形,2-5区玻璃主要依靠对流加热,升温均匀而相对辐射传热慢,550 ℃以后玻璃主要依靠辐射传热,速度快,在玻璃加热最后阶段过渡到成型需要迅速移动,以降低玻璃的热损失。侧窗玻璃的平均出片频率为5s,侧窗复曲可通过辊道挤压成型方法而连续生产,大大提高了生产效率。
(3)后窗玻璃
后窗玻璃的钢化炉为连续式钢化炉,玻璃的传输保持一个线速度,为125mm/s,出片频率为18s。后窗玻璃是在热态下成型的,成型完成后迅速移动到风棚间淬冷。
玻璃的淬冷是钢化工艺过程中的一个重要环节,对玻璃淬冷的基本要求是快速而均匀地冷却。为达到均匀而快速地冷却,采取以下措施:①根据热弯后的玻璃形状调节风栅的高度,角窗、后窗上下风栅可闭合调节间隙,使各条风栅下方喷嘴至玻璃表面的距离最佳,侧窗各条风栅可独立自动调节。②合理设定吹风压力和冷却时间:玻璃表面与内部形成温度差。为强化玻璃成型时的曲面状态,上风压略高于下风压参考值10%。
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汽车玻璃钢化过程是以完善的加热技术和冷却技术为基础,钢化过程一个步骤的改进会促使其它步骤的改进,整体提高以上三者才意味着更高的生产率。钢化过程需要十分精准地保持整个玻璃进行对称的热传递,对流加热的优点在于可以加速对冷玻璃的均匀热传递,通过金属板导向辐射为玻璃均匀加热提供了条件。在玻璃加热的最后阶段,加热玻璃最有效的方法是热辐射,使玻璃整体保持在成型和淬冷前所需高温的稳定状态。
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