一種復雜曲面外殼及其制備方法與流程

本發明涉及電子產品技術領域，一種復雜曲面外殼及其制備方法。

背景技術：

隨著手機、可穿戴產品、人體工程學產品、移動電子等3C電子產品輕薄化、時尚化、實用化的產品需求，現有的電子產品外殼越來越多地使用玻璃材質，并且手機、可穿戴產品、移動電子等產品外形越來越多的使用漸變、弧面、3D異形曲面等復雜外形的3D曲面玻璃屏幕或背板。

3C移動電子設備所使用的2D弧面或3D曲面玻璃一般采用玻璃高溫加熱后熱彎的工藝技術實現，已廣泛應用于各類3C電子產品曲面屏幕的生產。現有的曲面玻璃制備工藝的原理只是使玻璃高溫軟化后再簡單施壓塑形，屬于簡單的熱彎加工，只能制備簡單外凸的3D曲面玻璃，對于可穿戴或人體工程學等產品所需的弧形內凹曲面及內環形曲面等復雜外形3D曲面玻璃，因產品彎曲方向復雜、受力面多、缺乏受力支撐、內凹倒扣等因素而無法現實；同時因3D環形內凹玻璃的復雜結構，內凹面無法被常規工藝加工到，導致玻璃產品加工中的掃光、印刷等制造工藝無法實現，導致玻璃產品制造工藝的整體水平均停留在簡單的3D弧面加工階段，且現有的一系列配套制備工藝均無法從本質上進行改變，使得玻璃材質難以應用于復雜玻璃外形產品，限制了玻璃制造工藝的應用與發展；因此需要一種能滿足穿戴或人體工程學產品復雜內凹結構玻璃的制造工藝，同時能兼容現有玻璃掃光、印刷等配套工藝，量產性高，并具有制備工藝簡單、成型精度高、模具經久耐用、經濟實用、操作簡單、成品率高、適合大規模量產的復雜曲面玻璃制備方法，滿足可穿戴產品、人體工程學產品、移動電子等3C電子產品復雜3D內凹結構玻璃殼體結構件輕薄時尚且實用化的發展趨勢。

以上背景技術內容的公開僅用于輔助理解本發明的構思及技術方案，其并不必然屬于本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用于評價本申請的新穎性和創造性。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提出一種復雜曲面外殼及其制備方法，實現了玻璃、陶瓷和藍寶石等材質的復雜3D曲面的電子產品外殼的制備工藝，不受產品結構限制，工藝適用性廣。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明公開了一種復雜曲面外殼的制備方法，包括以下步驟：

S1：提供至少兩片板材，將至少兩片所述板材分別熱彎處理，形成能夠拼接成所述復雜曲面外殼的至少兩個曲面部件，其中至少兩片所述板材的材質為玻璃、陶瓷和藍寶石中的一種或幾種；

S2：對至少兩個所述曲面部件分別進行表面加工處理；

S3：將至少兩個所述曲面部件拼接成所述復雜曲面外殼的形狀，再對拼接處進行熔接處理，形成所述復雜曲面外殼。

優選地，所述板材的厚度為0.4～5.0mm。

優選地，步驟S2中的表面加工處理包括掃光、印刷、移印工序。

優選地，步驟S3中對拼接處進行熔接處理具體采用紅外線加熱熔接處理或電磁波加熱熔接處理。

優選地，步驟S3在對拼接處進行熔接處理之后還包括：對熔接處理后形成的所述復雜曲面外殼進行表面修復處理。

優選地，表面修復處理包括拋光、強化、鍍膜工序。

優選地，步驟S3中將至少兩個所述曲面部件置于熔接模具中進行拼接，所述熔接模具包括整形模仁組件和側向擠壓組件，其中所述側向擠壓組件安裝在所述整形模仁組件內部，所述整形模仁組件包括前模仁和后模仁，所述前模仁和所述后模仁的相對的面的結構分別與所述復雜曲面外殼的上下表面結構相對應以壓緊所述復雜曲面外殼的上下表面，所述側向擠壓組件用于壓緊所述復雜曲面外殼的側面。

優選地，在所述整形模仁組件和/或所述側向擠壓組件內設有發熱體。

優選地，所述熔接模具采用石墨材料，在將至少兩個所述曲面部件置于所述熔接模具中進行拼接之前，對所述熔接模具使用PVD真空鍍膜工藝，在所述熔接模具的各零件的表面形成均勻的碳化硅、碳化鎢、二氧化硅或三氧化二鋁膜層。

本發明還公開了一種復雜曲面外殼，是由上述的制備方法制得。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：本發明公開了一種復雜曲面外殼及其制備方法，通過熱彎處理形成能夠拼接成復雜曲面外殼的多個曲面部件，先分別對多個曲面部件進行表面處理后，再將多個曲面部件拼接并熔接，即制備得到復雜曲面外殼，通過本發明的制備方法實現了復雜3D曲面的玻璃、陶瓷或藍寶石的成型，解決了現有在制備復雜玻璃、陶瓷或藍寶石外殼時出現的環形內凹、大落差弧度、多向倒扣結構等無法掃光、印刷的技術難題，該制備工藝具有工藝簡單、成型精度高、經濟實用、操作簡單、成品率高、生產成本低且適合大規模量產等優點，滿足了可穿戴產品、人體工程學產品、移動電子等3C電子產品的復雜3D內凹結構的玻璃、陶瓷或藍寶石殼體結構件輕薄時尚且實用化的發展趨勢。

在進一步的方案中，采用可多向施壓的熔接模具，在實現上下方向的熔接結構件施壓的同時，還可同步實現側面方向施壓，滿足了對熱彎的曲面部件整形+熔接的工藝需求；其中在熔接模具的各個組件中可以設置發熱體，在熔接的過程中利用熱壓工藝輔助整形，解決了兩件或多件曲面部件之間因前工序的熱彎尺寸誤差導致的曲面部件之間熔接口不平齊的技術問題，實現了曲面部件之間的高品質熔接，提升產品品質的同時大幅提升工藝良率，進一步降低了生產成本；進一步使用抗氧化涂層工藝的熔接模具，提高了整形工序的穩定性，避免了熱彎整形工序尺寸波動對熔接工藝的影響，減少了對曲面部件的損耗，提升了熔接工藝的穩定性。

附圖說明

圖1是本發明的實施例的三片板材的結構示意圖；

圖2是本發明的實施例的熱彎后的三個曲面部件的結構示意圖；

圖3是本發明的實施例的熔接模具的展開結構示意圖；

圖4是圖3中的整形模仁組件的結構示意圖；

圖5是圖3中的側向擠壓組件和導向組件的結構示意圖；

圖6是本發明的實施例的熔接模具的裝配結構示意圖；

圖7是本發明的實施例的熔接模具對曲面部件進行熔接時的俯視示意圖；

圖8是圖7中的A-A的截面示意圖。

具體實施方式

下面對照附圖并結合優選的實施方式對本發明作進一步說明。

本發明的一個實施例公開了一種復雜曲面外殼的制備方法，具體的制備方法包括以下步驟：

S1：提供三片板材，將三片板材分別熱彎處理，形成能夠拼接成復雜曲面外殼的三個曲面部件，其中三片板材的材質為玻璃、陶瓷和藍寶石中的一種或幾種；

其中提供的三片板材110、120、130為按照產品要求進行開料切割、倒邊、精雕、平模等工序加工完成的半成品，如圖1所示，板材的厚度為0.4～5.0mm，或者根據產品要求加工到需要的厚度，但產品厚度低于0.4mm時，產品的加工良率低且后續加工易變形或破碎，因此厚度需盡量為0.4mm或以上，以增加后工序的良率。

將三片板材分別進行熱壓加工得到能夠拼接成復雜曲面外殼的三個曲面部件11、12、13，如圖2所示，根據不同結構要求，精度需要達到0.05～0.30mm，其中每個不同結構的曲面部件均通過對應的多套石墨熱彎模具多次熱彎完成，其熱彎尺寸需嚴格控制，曲面部件的結構不受限制，但熔接面或線需盡量設計簡單易拼合，方便后續加工。

S2：對三個曲面部件分別進行表面加工處理；

按照產品及工藝要求，對熱彎完成后的曲面部件進行掃光、印刷、移印等輔助工序加工；在產品未最終成型為復雜內凹倒扣或環狀內凹結構前，通過對半成品的曲面部件預先加工的方式，解決復雜產品無法掃光、印刷、移印的問題，其中相關印刷、移印工序的油墨等原料，需要耐高溫原料。

S3：將三個曲面部件拼接成復雜曲面外殼的形狀，并對拼接處進行熔接處理，形成復雜曲面外殼；

其中將三個曲面部件進行熔接在熔接模具20中進行，結合圖3至圖8所示，熔接模具20包括整形模仁組件21、側向擠壓組件22和導向組件23，整形模仁組件21主要起固定三個曲面部件并對三個曲面部件的熔接面起整形作用；側向擠壓組件22起到對左右方向的曲面部件施加壓力作用，使各曲面部件之間能有效地熔接成一個整體，導向組件23主要起模仁組件21的前后模仁位置校準及合模導向作用。

整形模仁組件21包括前模仁211和后模仁212，前模仁211和后模仁212的相對的面(即面2111和面2121)的結構分別與復雜曲面外殼的上下表面結構相對應以壓緊最終產品的上下表面，側向擠壓組件22安裝在整形模仁組件21內，用于壓緊復雜曲面外殼的兩側面；在后模仁212上設有三個曲面部件的定位結構及吸力固定系統(即在后模仁212上設有抽氣孔2122，抽氣孔2122連通后模仁212的上表面)，起到定位拼接的三個曲面部件并緊密地固定作用，提升模具的熔接品質。

側向擠壓組件22包括側向滑塊221、壓塊222、楔緊塊223、斜導柱224和彈簧(圖中未示)，壓塊222安裝在側向滑塊221的兩端，側向滑塊221和壓塊222安裝在后模仁212內，斜導柱224安裝在楔緊塊223上，楔緊塊223安裝在前模仁211內，在側向滑塊221上設有和斜導柱224相匹配的斜凹槽2211，以可以使得楔緊塊223向側向滑塊221壓緊時側向滑塊221向內壓緊復雜曲面外殼的兩側面；其中在側向滑塊221上設有彈簧安裝孔2212，彈簧安裝在彈簧安裝孔2212內；另外，在側向滑塊221內部還可以設置發熱棒，以提升整形與熔接效率。在側向擠壓組件22中，楔緊塊223為主要側向施壓結構，通過模具的適配來調整側向擠壓力，也可制作不同尺寸的標準件，通過更換施壓面尺寸來調整擠壓力；斜導柱224主要起沿著斜凹槽2211的方向推動側向滑塊221前進后退的作用；彈簧是在開模的瞬間提供主要后推力，楔緊塊223則其最終的主要壓緊力。

導向組件23包括多根導柱231和相對應的多根導套232，多根導柱231分別安裝在前模仁211上，多根導套232分別安裝在后模仁212上，以實現前模仁211和后模仁212的位置校準及合模導向。

其中整形模仁組件21中的前模仁211和后模仁212、以及側向擠壓組件22中的側向滑塊221采用石墨材料制成，并分別對前模仁211、后模仁212和側向滑塊221進行抗氧化涂層工藝處理，隔絕石墨零件與空氣的接觸，具體采用PVD真空鍍膜工藝，在高溫條件下對各個石墨零件進行處理，使用特種氣體釋放出硅和碳，硅和碳結合，從而將石墨零件包裹起來，形成SiC保護層，所形成的SiC牢牢的粘貼在石墨零件上，在石墨零件表面形成均勻的碳化硅膜層，封住石墨零件表面的氣孔并與空氣隔絕，起到對石墨零件抗氧化、耐磨、耐腐蝕、抗沖擊的作用；另外也可采用相同的工藝方法在石墨零件表面形成碳化鎢、二氧化硅或三氧化二鋁膜層等，也同樣起到對石墨零件抗氧化、耐磨、耐腐蝕、抗沖擊的作用。側向擠壓組件22中的其他零件也均需要耐高溫，以保證高溫下的穩定性。

如圖6所示，將熔接模具20裝配好之后，結合圖7和圖8所示，將熔接模具20裝在熱彎機器上，并將預先熱彎成型好的三個曲面部件11、12、13按照產品及工藝要求置入熔接模具中進行熔接與整形加工。首先將預先熱彎成型好的三個曲面部件11、12、13在后模仁212的上表面2121上拼接成復雜曲面外殼的結構，并通過抽氣裝置接入后模仁212底部的抽氣接口2123處，通過抽氣起到后模仁212表面負壓吸緊拼接好的曲面部件11、12、13的作用，防止因生產過程中場地、機器、合模時碰撞等因素產生的振動使產品移位，或者導致壓傷曲面部件或降低成型精度的問題；然后熔接模具20進行預合模，并通過紅外加熱裝置或者電磁波加熱裝置，單獨對三個曲面部件11、12、13的熔接線或熔接面部分進行加熱，使之熔接面熔融成可融合狀態，緩慢合緊模具，因側向擠壓組件21是斜向楔緊式結構，產品的上下面先預壓受力，優先對三個曲面部件11、12、13進行整形加工，使之熔接線或熔接面平整對齊，完成對三個曲面部件11、12、13的形狀及熔接面整形校正的加工；在熔接模具緩慢合模時側向擠壓力一直在緩慢施加，并在模具最終合模完成時，側向擠壓力最終施加到位，產品的熔接及側向施壓加工完成，保持加熱一定時間后停止加熱，產品熔接面完成熔接并最終降溫至穩定狀態后，完成熔接加工。最后模具開模并停止后模仁212的吸氣狀態，取出最終產品完成熔接整形的復雜曲面外殼。

在一些實施例中，根據產品工藝要求對一體成型完的復雜曲面外殼進行后續的拋光、強化、鍍膜等工序加工，如產品的熔接線處因高溫熔接出現印刷面損傷，可通過局部重印修正，最終完成復雜曲面外殼的制造。

其中在上述實施例中，各個曲面部件可以采用不同的材質，也可采用相同的材質，即選用不同材料的板材進行熱彎，其中板材的材質可以是玻璃、陶瓷或藍寶石，即通過本發明實施例可以實現玻璃+陶瓷、玻璃+藍寶石、陶瓷+藍寶石、玻璃+陶瓷+藍寶石之間的結合，滿足不同產品的需求。另外在其他實施例中，還可以通過上述制備方法制得波浪形、環形或者其他不規則弧形的復雜曲面外殼。

采用本發明實施例的復雜曲面外殼的制備方法，能滿足復雜3D曲面手機、可穿戴產品、人體工程學產品等復雜3D內凹結構玻璃的制造工藝，并能兼顧現有玻璃加工所需的掃光、印刷等玻璃配套工藝的復雜3D曲面玻璃外殼生產工藝及制備方法，具有制備工藝簡單、成型精度高、模具經久耐用、經濟實用、操作簡單、成品率高、其生產成本低且適合大規模量產的特點，滿足可穿戴產品、人體工程學產品、移動電子、3C電子產品等復雜3D內凹結構玻璃殼體結構件輕薄時尚且實用化的發展趨勢；除此之外，還具有以下優點：

1、實現了復雜3D曲面玻璃熱彎+熔接一體成型技術，不受產品結構限制，工藝適用性廣；

2、復雜的內凹或內環形式3D曲面玻璃結構，滿足了可穿戴或人體工程學產品需求，實現了一體式玻璃外殼及其制造工藝；

3、在現實復雜玻璃外殼制造工藝的同時，解決了環形內凹、大落差弧度、多向倒扣結構無法掃光、印刷的技術難題；

4、實現了除玻璃材質殼體外，還可根據產品功能要求，選擇玻璃、陶瓷、藍寶石材質之間的組合，如玻璃+陶瓷，玻璃+藍寶石之間的結合，可滿足不同產品功能的需求；

5、可多向施壓的模具結構，在實現上下方向熔接結構件施壓的同時，還可同步實現左右方向施壓，實現了多結構件多方向熔接的同時，滿足了熱彎整形+熔接工藝的需求；

6、使用抗氧化涂層工藝的熱彎整形模具，提高了整形工序的穩定性，避免了關鍵的熱彎整形工序尺寸波動對熔接工藝的影響，減少了對玻璃熱彎結構件的損耗，提升了熔接工藝的穩定性；

7、熔接時利用熱壓工藝輔助整形，解決了兩件或多件熱彎結構件之間因前工序的熱彎尺寸誤差，導致結構件熔接口不平齊的技術問題，實現了復雜3D曲面結構件之間的高品質熔接，提升產品品質的同時大幅提升工藝良率，進一步降低了生產成本；

8、工藝兼容性強，相關配套工序可直接使用現有的平面或弧面玻璃制造工藝，實現復雜異型3D曲面玻璃加工的同時，不用改變或添置新的配套加工設備，降低了生產投入的同時規避了新技術應用風險。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬于本發明的保護范圍。