【玻璃切割技术】

 

玻璃切割技术;传统切割技术。...





    切割是玻璃生产和深加工过程中必不可少的基本工序。其质量要求为:尺寸准确、断面平整垂直,无崩边掉角。这对于保证玻璃后续的加工质量至关重要。

 1、前言

伴随着玻璃工业的发展,传统切割技术沿用至今,基本满足了大多数玻璃产品的切割要求。近10多年来,随着信息显示用高技术玻璃的迅猛发展,以及某些切割难度较大的玻璃制品的大量应用,如何高质量、高精度、高效率、低成本、低损伤的对新型玻璃制品进行切割,并尽量减少后续加工的工作量,成为人们迫切需要解决的问题。

通过对传统切割技术的不断改进提升,对新技术的不断探索,一些针对性较强的切割技术发展较快,如金刚石刀轮切割、水刀切割、激光切割等。这些切割技术针对性强,应用效果好,在一些新型玻璃产品制造中发挥了重要的作用。

2、传统切割技术

所谓“切割”,并不是通常意义上的直接切裁,而是制造划痕,造成应力集中,然后裂片。

玻璃是一种典型的脆性材料,根据脆性材料断裂的微裂文理论,脆性材料的断裂可以分为两个过程,一是微裂纹的产生,二是微裂纹的扩展。当外力施加于脆性材料时,微裂纹尖端应力将成倍数增加,并且随着外力的增大,微裂纹的长度也在增长,即微裂纹扩展。另外脆性材料断裂的微裂纹理论还表明,存在一个临界长度,当微裂纹的长度大于临界长度后,它就会自动迅速扩展从而使材料断裂。

基于以上理论:传统切割技术使用坚硬、锐利硬质材料刀头刻划玻璃表面,形成的划痕线可等效认为是由很多的微裂纹组成,每个微裂纹的长度沿着刀头刻划的方向,在划痕线的下方会形成一定深度的破坏区域,这一深度可认为是微裂纹的端面半径。由于微裂纹的端部是应力集中的地方,切割压力使微裂纹端部的应力增大,使得微裂纹很快向玻璃厚度方向扩展,形成纵向微裂纹。在良好的切割情况下,连续的纵向微裂纹的末端几乎都在同一条水平线上。

在划痕完成后,就需要进行裂片,即对玻璃施加外力,增大纵向微裂纹段不得应力,使纵向微裂纹迅速扩展,贯穿到玻璃的底部,达到使玻璃分离的目的。

由于在整个切割过程中直接与玻璃表面接触的是切割刀头,所以刀头的材料和参数对于切割质量有着重要的影响。随着切割经验的积累和现代工业的发展,切割刀头不断得到了改进,切割的质量、精度、效率也不断提升。

2.1、金刚石

        人类最早利用天然金刚石的自然棱角做切割刀头,进行玻璃切割。金刚石是自然界硬度最大的矿物,很容易在玻璃光滑坚硬的表面刻划出一定深度的划痕(莫氏硬度:金刚石10,玻璃5~7)。适用于切割玻璃的金刚石尺寸为1.5~2mm,镶嵌在刀具的端部,当棱角磨损后,可以改变金刚石颗粒的位置,用新的棱角代替,好的金刚石能在不同的位置上使用,其棱角越多,越珍贵。也可以对金刚石刀头进行修磨,使其恢复刃口。一般比较锋利的新刀适宜切割薄玻璃,切过的划痕浅细,待刀口磨钝后,适用于切割比较厚的玻璃,此时切过的划痕粗宽。

金刚石刀有手工刀和机械刀两种。手工刀使用简单方便,适应于小批量生产和改切,但切割质量会因切手的技术水平不同波动较大,因为使用手工刀切割玻璃,施加于玻璃刀的负荷大小不易控制,切手用力的大小和均匀程度都直接影响玻璃掰断后断面质量和尺寸偏差,特别是切割异形玻璃时更难以稳定地控制用力大小和角度,因而难免尺寸偏差变化较大,质量难以稳定。

机械刀多用于批量生产的多刀头切桌,曾经延续多年,但在装夹换刀、刀口重磨、调整位置时费工费时,严重影响生产。再加上天然金刚石数量稀少、价格昂贵,这些因素严重制约了天然金刚石刀头在机械化、自然化玻璃切割装备中的应用。

2.2、刀轮

强硬材料刀轮的出现,较好满足了机械切割装备高效率、低成本、质量稳定的多项要求。

将固定式刀头改为刀轮,刀轮通过刀轴安装在刀座上,刀座在切割机的传动装置上移动,从而带动刀轮在玻璃上移动,只要给刀轮施加一定的切割压力和设定一定的下压量,就能保证刀轮在玻璃上形成连续的划痕线。刀轮更换简便、迅速,装备不用大的调整,因此切割质量稳定,生产效率较高。

刀轮由硬质合金或人造金刚石材料制造,不仅解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题,而且满足了玻璃工业对高质量切割刀头的大量需求。

硬质合金刀轮是将混合的硬质合金粉压制成型,经真空烧结成毛坯,在精密研磨加工而成。主要成分为WC(硬质相)和CO(金属粘结相)。具有硬度高、耐磨损、一致性好、使用寿命长、廉价等优点。硬质合金刀轮是天然金刚石刀头的理想替代品,如今已广泛用于垂直引上、平拉、压延、浮法玻璃的在线切割装备以及玻璃深加工企业的全自动玻璃切割机。

金刚石刀轮是由若人造金刚石微晶体在高温、高压下烧结成型,再精密加工而成,具有极佳的形位精度,其耐磨性、刃口锋利度、超长的使用寿命是合金刀轮无法取代的。正是由于这种卓越的性能,主要适用于对电子行业的液晶玻璃基板进行高精度、高品质切割。随着高世代液晶面板生产线的发展,又开发出高渗透刀轮——通过高精密加工技术在金刚石刀轮的刃口部分制作出细小的轮齿,以增加切割裂痕深度,切割后不必反转敲击裂片即可进行分断,大大提高了大尺寸基板的切割效率和良品率。

影响切割质量的主要因素是刀轮的角度和切割压力。不同厚度的玻璃应选用不同角度的刀轮,一般角度较小的刀轮用来切割较薄的玻璃,角度较大的刀轮用来切割较厚的玻璃。切割压力对质量影响很大,过大的压力会引起玻璃深层的破裂。这种深层的破裂来自刀轮的侧面压力,在玻璃分离时造成碎片和锯齿,这样边缘不整齐,断面成波浪状。如果划痕上产生很多玻璃屑,或者不好掰边,就应该使用更大直径或角度的刀轮,这样仅用相对小的压力便可切入玻璃的深处而不产生大量碎屑。

切割液也能改善划痕的质量,当刀轮在液体中移动时它能将切割压力均衡的传给玻璃,使得碎屑少且裂纹一致,切割液的渗透作用还会阻止切口的“愈合”。是掰边更加容易。但此方法不适用液晶基板的切割。

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