玻璃燈罩成型工藝及模具設(shè)計(jì)

陳春藤

立達(dá)信物聯(lián)科技股份有限公司（福建廈門(mén) 361010）

1 引言

現(xiàn)代建筑裝修使用的燈具樣式多種多樣，其中，越來(lái)越多的家庭裝修采用了吸頂燈作為室內(nèi)照明燈具。尤其現(xiàn)在吸頂燈中玻璃燈罩被廣泛使用，原因在于玻璃燈罩出光效果好、壽命長(zhǎng)、易清潔、生活品味相對(duì)高。不像塑料用久之后會(huì)出現(xiàn)發(fā)黃等現(xiàn)象。目前，為了解決玻璃吸頂燈的安裝過(guò)程比較繁瑣復(fù)雜，安裝工作量大等難題，在安裝在天花板的過(guò)程中，首先需要將采購(gòu)的吸頂燈的金屬底盤(pán)、玻璃燈罩等零部件依次拆卸開(kāi)，然后采用螺釘將金屬底盤(pán)直接固定在天花板，最后將帶有卡槽玻璃燈罩旋扣在金屬底盤(pán)卡點(diǎn)上，即完成吸頂燈安裝。這樣對(duì)于玻璃燈罩生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)要求就更高。

玻璃燈罩在模具內(nèi)成型的過(guò)程中，其初形料泡成型形狀合理與否是制品成型成形中的一個(gè)關(guān)鍵，而要形成初形有良好的原形，則玻璃燈罩設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。而且模具結(jié)構(gòu)又隨著不同燈罩的外形（如方形、圓形、卡口、直伸等），成型工藝（機(jī)吹、口吹、機(jī)壓、離心等）有所差異。由于玻璃燈罩是吹氣而成，會(huì)因?yàn)榱细鲄^(qū)域溫度不同及壁厚分布不均勻且不穩(wěn)定，加上工藝上很多復(fù)雜因素，料液多少與燈罩重量密切相關(guān)，重點(diǎn)在于挑料員工與剪料員工配合，如控制不好人工操作手法、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度、窯爐溫度等條件，因此對(duì)于玻璃模具設(shè)計(jì)要求比較高，但是在成型時(shí)未必達(dá)到預(yù)想的效果。所以模具設(shè)計(jì)人員只能依靠多年的經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際操作實(shí)踐，來(lái)確定玻璃體積與模具型腔的容積比例關(guān)系，以及燈罩尺寸與模具設(shè)計(jì)尺寸對(duì)應(yīng)比例關(guān)系。

2 玻璃材料

玻璃的分子排列是無(wú)規(guī)則的，其分子在空間中具有統(tǒng)計(jì)上的均勻性。在理想狀態(tài)下，均質(zhì)玻璃的物理、化學(xué)性質(zhì)在各方向都是相同的。玻璃態(tài)物質(zhì)一般是由熔融體快速冷卻而得到，從熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，冷卻過(guò)程中黏度急劇增大，質(zhì)點(diǎn)來(lái)不及做有規(guī)則排列而形成晶體，沒(méi)有釋出結(jié)晶潛熱，因此，玻璃態(tài)物質(zhì)比結(jié)晶態(tài)物質(zhì)含有較高的內(nèi)能，其能量介于熔融態(tài)和結(jié)晶態(tài)之間，屬于亞穩(wěn)狀態(tài)。

玻璃分類主要有硅酸鹽玻璃、高硼硅玻璃。硅酸鹽玻璃是指含有鈉鈣硅酸鹽、鈉鋁硅酸鹽、鈉硼硅酸鹽的玻璃，建筑玻璃、日用玻璃、玻璃纖維、大部分光學(xué)玻璃、技術(shù)玻璃的成分都屬于硅酸鹽玻璃；高硼硅玻璃的制造過(guò)程為加入釉料水玻璃砂、蘇打水和石灰。由于高硼硅玻璃比普通硅酸鹽玻璃的融化溫度高，因此，在制造過(guò)程中，還需要新的技術(shù)和工藝。

鈉鈣玻璃是硅酸鹽玻璃之一，主要由石英砂、純堿、氧化硅、氧化鈉、氧化鈣組成。它硬度較大，光澤好，又稱做硬玻璃。這種玻璃透明性好，質(zhì)軟，易加工，光折射率和反射率較高，化學(xué)穩(wěn)定性好，用于制造光學(xué)儀器、高級(jí)器皿和裝飾品等，另外在建筑、日用玻璃制品方面有廣泛的應(yīng)用，如常用的平板玻璃、瓶、罐、燈泡、杯子到門(mén)窗玻璃也多屬于鈉鈣玻璃或鈉鈣玻璃的深加工產(chǎn)品。

氧化鈉會(huì)增加玻璃的熱膨脹系數(shù)，降低玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度，所以引入比例不能過(guò)多，一般不超過(guò)18%，一般在生產(chǎn)玻璃時(shí)以純堿方式引入氧化鈉。

氧化鈣在玻璃中的主要作用是增加玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)強(qiáng)度，但含量較高時(shí)，能使玻璃的結(jié)晶傾向增大，而且使玻璃發(fā)脆。一般玻璃中氧化鈣的含量不超過(guò)12.5%，通常通過(guò)方解石、石灰石、白堊、沉淀碳酸鈣等原料引入。

鈉鈣玻璃制成的日用品是目前市面上較為安全的制品，也比較可靠的，不會(huì)對(duì)身體造成不良的影響，它有比較好的化學(xué)穩(wěn)定性和比較好的熱穩(wěn)定性，作為平時(shí)日常使用的話，它是沒(méi)有毒副作用的，對(duì)于健康也不會(huì)造成不利的影響，而且它的穩(wěn)定性相對(duì)也是比較好的。

3 玻璃燈罩設(shè)計(jì)要求

開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)新的玻璃燈罩，需要對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查。內(nèi)容包括玻璃燈罩色彩、形態(tài)造型、肌理質(zhì)地、功能、人機(jī)工程關(guān)系、銷售情況及區(qū)域、價(jià)格等。例如美洲區(qū)域玻璃燈罩，按照當(dāng)?shù)匕踩?guī)定要求，玻璃作為外殼邊緣不能有銳邊，玻璃燈罩厚度需≥2.1mm，以免造成玻璃破碎后對(duì)人體產(chǎn)生劃傷風(fēng)險(xiǎn)。玻璃燈罩首先是實(shí)用功能，即燈罩的用途。例如，一個(gè)玻璃燈罩是保護(hù)了人們與電進(jìn)行隔離，但人們的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等與這玻璃燈罩發(fā)生了直接的接觸，影響了使用者的心理感受和主觀意識(shí)，需要對(duì)玻璃燈罩再次進(jìn)行美化、裝飾。從玻璃燈罩的尺寸、大小、結(jié)構(gòu)等調(diào)整，或者表面做噴漆、云彩等方案，以滿足人們“求變”、“求新”的心理。因此市場(chǎng)需求發(fā)展空間很大，對(duì)其設(shè)計(jì)技術(shù)要求越高。圖1所示為新型玻璃燈罩。

圖1 玻璃燈罩

4 玻璃燈罩成型工藝

（1）玻璃燈罩成型工藝如圖2所示。

圖2 玻璃燈罩成型工藝

（2）玻璃燈罩成型工藝分類：機(jī)壓玻璃、口吹玻璃、機(jī)吹玻璃、離心玻璃，如表1所示。

5 玻璃燈罩成型模具設(shè)計(jì)

5.1 模具材料

根據(jù)玻璃模具工作條件、玻璃熔化爐溫度為1,300℃～1,400℃，人工挑料到壓模中時(shí)，玻璃熔液的溫度1,060℃，壓制后燈罩溫度為800℃左右，此時(shí)模具表面溫度可以600℃，脫模后對(duì)模具吹風(fēng)冷卻，使模具迅速降溫到400℃，這樣使模具有急冷急熱狀態(tài)下工作。對(duì)模具材料提出以下列要求：①較好的耐冷熱疲勞和耐沖擊能力；②較好的抗高溫氧化和抗浸蝕能力；③較低的熱膨脹系數(shù)；④良好的導(dǎo)熱性，易于散熱，減少粘模，容易脫模；⑤良好的切削加工性，加工后具有低的粗糙度。

根據(jù)以上要求，選用4Cr13Ni鋼，并對(duì)其進(jìn)行熱處理。

表1 玻璃燈罩成型工藝分類

5.2 機(jī)壓吹氣法

該方法的特點(diǎn)是先用壓制的方法在初型模中制成燈罩的口部和雛型，然后再移入成形模中吹成制品。

成型時(shí)口模放在初型模上，由人工挑料送來(lái)的玻璃液料落入初型模后，凸模開(kāi)始向下壓制成口部和雛型，然后將口模連同雛型移入成型模中，重?zé)嵘扉L(zhǎng)并放下吹氣頭，用壓縮空氣將雛型吹成玻璃制品，最后，將口模打開(kāi)取出制品，放入退火槽進(jìn)行退火處理。此方法主要用于生產(chǎn)卡扣玻璃，小口瓶等空心制品，其成型過(guò)程如圖3所示。

5.3 玻璃燈罩成型狀態(tài)及分型面選擇

玻璃液從窯爐中取出，放在初型模后，玻璃液就形成雛型，連同卡扣模一起通過(guò)繼續(xù)加熱再放入成型模，雛形就變成玻璃制品，退火后，通過(guò)金鋼鋸沿著卡口切割線將卡口處多余部分去除。另外加上表面處理酸洗或噴漆等，就可得到所需燈罩成品，如圖4所示。

6 總結(jié)

（1）要得到均勻分布的玻璃燈罩，正確地設(shè)計(jì)初型模內(nèi)腔尺寸是一個(gè)重要因素，但不是決定性因素，還必須保證必要的生產(chǎn)條件：①玻璃料應(yīng)具備正確相同的供料形狀和溫度；②玻璃燈罩重量應(yīng)嚴(yán)格控制在公差范圍內(nèi)；③玻璃燈罩應(yīng)準(zhǔn)確落入卡扣模和成型模中相應(yīng)位置；④機(jī)器吹氣必須調(diào)整到良好工作狀態(tài)；⑤玻璃外表面酸洗和內(nèi)表面處理進(jìn)行管控好。滿足上面必要的生產(chǎn)條件，再加上正確管控模具尺寸標(biāo)準(zhǔn)，就能生產(chǎn)出質(zhì)量較好的燈罩。

圖3 玻璃燈罩成型模

圖4 燈罩成型示意

（2）對(duì)于不同燈罩造型要求，例如方形或圓形燈罩，圓形整體表面光滑順暢，玻璃液體流動(dòng)性好、成型快；而方形邊角多，容易邊角填充不足缺料；四條邊不筆直內(nèi)凹或外凸，容易產(chǎn)出不良品，在模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)管控時(shí)要求較高。