玻璃灯罩成型工艺及模具设计

2020-02-06陈春藤

模具制造 2020年12期

陈春藤

立达信物联科技股份有限公司（福建厦门 361010）

1 引言

现代建筑装修使用的灯具样式多种多样，其中，越来越多的家庭装修采用了吸顶灯作为室内照明灯具。尤其现在吸顶灯中玻璃灯罩被广泛使用，原因在于玻璃灯罩出光效果好、寿命长、易清洁、生活品味相对高。不像塑料用久之后会出现发黄等现象。目前，为了解决玻璃吸顶灯的安装过程比较繁琐复杂，安装工作量大等难题，在安装在天花板的过程中，首先需要将采购的吸顶灯的金属底盘、玻璃灯罩等零部件依次拆卸开，然后采用螺钉将金属底盘直接固定在天花板，最后将带有卡槽玻璃灯罩旋扣在金属底盘卡点上，即完成吸顶灯安装。这样对于玻璃灯罩生产相关技术要求就更高。

玻璃灯罩在模具内成型的过程中，其初形料泡成型形状合理与否是制品成型成形中的一个关键，而要形成初形有良好的原形，则玻璃灯罩设计是一个非常重要的技术环节。而且模具结构又随着不同灯罩的外形（如方形、圆形、卡口、直伸等），成型工艺（机吹、口吹、机压、离心等）有所差异。由于玻璃灯罩是吹气而成，会因为料各区域温度不同及壁厚分布不均匀且不稳定，加上工艺上很多复杂因素，料液多少与灯罩重量密切相关，重点在于挑料员工与剪料员工配合，如控制不好人工操作手法、机器运转速度、窑炉温度等条件，因此对于玻璃模具设计要求比较高，但是在成型时未必达到预想的效果。所以模具设计人员只能依靠多年的经验及实际操作实践，来确定玻璃体积与模具型腔的容积比例关系，以及灯罩尺寸与模具设计尺寸对应比例关系。

2 玻璃材料

玻璃的分子排列是无规则的，其分子在空间中具有统计上的均匀性。在理想状态下，均质玻璃的物理、化学性质在各方向都是相同的。玻璃态物质一般是由熔融体快速冷却而得到，从熔融态向玻璃态转变时，冷却过程中黏度急剧增大，质点来不及做有规则排列而形成晶体，没有释出结晶潜热，因此，玻璃态物质比结晶态物质含有较高的内能，其能量介于熔融态和结晶态之间，属于亚稳状态。

玻璃分类主要有硅酸盐玻璃、高硼硅玻璃。硅酸盐玻璃是指含有钠钙硅酸盐、钠铝硅酸盐、钠硼硅酸盐的玻璃，建筑玻璃、日用玻璃、玻璃纤维、大部分光学玻璃、技术玻璃的成分都属于硅酸盐玻璃；高硼硅玻璃的制造过程为加入釉料水玻璃砂、苏打水和石灰。由于高硼硅玻璃比普通硅酸盐玻璃的融化温度高，因此，在制造过程中，还需要新的技术和工艺。

钠钙玻璃是硅酸盐玻璃之一，主要由石英砂、纯碱、氧化硅、氧化钠、氧化钙组成。它硬度较大，光泽好，又称做硬玻璃。这种玻璃透明性好，质软，易加工，光折射率和反射率较高，化学稳定性好，用于制造光学仪器、高级器皿和装饰品等，另外在建筑、日用玻璃制品方面有广泛的应用，如常用的平板玻璃、瓶、罐、灯泡、杯子到门窗玻璃也多属于钠钙玻璃或钠钙玻璃的深加工产品。

氧化钠会增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性、化学稳定性和力学强度，所以引入比例不能过多，一般不超过18%，一般在生产玻璃时以纯碱方式引入氧化钠。

氧化钙在玻璃中的主要作用是增加玻璃的化学稳定性和力学强度，但含量较高时，能使玻璃的结晶倾向增大，而且使玻璃发脆。一般玻璃中氧化钙的含量不超过12.5%，通常通过方解石、石灰石、白垩、沉淀碳酸钙等原料引入。

钠钙玻璃制成的日用品是目前市面上较为安全的制品，也比较可靠的，不会对身体造成不良的影响，它有比较好的化学稳定性和比较好的热稳定性，作为平时日常使用的话，它是没有毒副作用的，对于健康也不会造成不利的影响，而且它的稳定性相对也是比较好的。

3 玻璃灯罩设计要求

开发设计新的玻璃灯罩，需要对市场进行调查。内容包括玻璃灯罩色彩、形态造型、肌理质地、功能、人机工程关系、销售情况及区域、价格等。例如美洲区域玻璃灯罩，按照当地安全规定要求，玻璃作为外壳边缘不能有锐边，玻璃灯罩厚度需≥2.1mm，以免造成玻璃破碎后对人体产生划伤风险。玻璃灯罩首先是实用功能，即灯罩的用途。例如，一个玻璃灯罩是保护了人们与电进行隔离，但人们的视觉、听觉、触觉等与这玻璃灯罩发生了直接的接触，影响了使用者的心理感受和主观意识，需要对玻璃灯罩再次进行美化、装饰。从玻璃灯罩的尺寸、大小、结构等调整，或者表面做喷漆、云彩等方案，以满足人们“求变”、“求新”的心理。因此市场需求发展空间很大，对其设计技术要求越高。图1所示为新型玻璃灯罩。

图1 玻璃灯罩

4 玻璃灯罩成型工艺

（1）玻璃灯罩成型工艺如图2所示。

图2 玻璃灯罩成型工艺

（2）玻璃灯罩成型工艺分类：机压玻璃、口吹玻璃、机吹玻璃、离心玻璃，如表1所示。

5 玻璃灯罩成型模具设计

5.1 模具材料

根据玻璃模具工作条件、玻璃熔化炉温度为1,300℃～1,400℃，人工挑料到压模中时，玻璃熔液的温度1,060℃，压制后灯罩温度为800℃左右，此时模具表面温度可以600℃，脱模后对模具吹风冷却，使模具迅速降温到400℃，这样使模具有急冷急热状态下工作。对模具材料提出以下列要求：①较好的耐冷热疲劳和耐冲击能力；②较好的抗高温氧化和抗浸蚀能力；③较低的热膨胀系数；④良好的导热性，易于散热，减少粘模，容易脱模；⑤良好的切削加工性，加工后具有低的粗糙度。

根据以上要求，选用4Cr13Ni钢，并对其进行热处理。

表1 玻璃灯罩成型工艺分类

5.2 机压吹气法

该方法的特点是先用压制的方法在初型模中制成灯罩的口部和雏型，然后再移入成形模中吹成制品。

成型时口模放在初型模上，由人工挑料送来的玻璃液料落入初型模后，凸模开始向下压制成口部和雏型，然后将口模连同雏型移入成型模中，重热伸长并放下吹气头，用压缩空气将雏型吹成玻璃制品，最后，将口模打开取出制品，放入退火槽进行退火处理。此方法主要用于生产卡扣玻璃，小口瓶等空心制品，其成型过程如图3所示。

5.3 玻璃灯罩成型状态及分型面选择

玻璃液从窑炉中取出，放在初型模后，玻璃液就形成雏型，连同卡扣模一起通过继续加热再放入成型模，雏形就变成玻璃制品，退火后，通过金钢锯沿着卡口切割线将卡口处多余部分去除。另外加上表面处理酸洗或喷漆等，就可得到所需灯罩成品，如图4所示。

6 总结

（1）要得到均匀分布的玻璃灯罩，正确地设计初型模内腔尺寸是一个重要因素，但不是决定性因素，还必须保证必要的生产条件：①玻璃料应具备正确相同的供料形状和温度；②玻璃灯罩重量应严格控制在公差范围内；③玻璃灯罩应准确落入卡扣模和成型模中相应位置；④机器吹气必须调整到良好工作状态；⑤玻璃外表面酸洗和内表面处理进行管控好。满足上面必要的生产条件，再加上正确管控模具尺寸标准，就能生产出质量较好的灯罩。