玻璃燈罩成型工藝及模具設計

陳春藤

立達信物聯科技股份有限公司（福建廈門 361010）

1 引言

現代建筑裝修使用的燈具樣式多種多樣，其中，越來越多的家庭裝修采用了吸頂燈作為室內照明燈具。尤其現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、易清潔、生活品味相對高。不像塑料用久之后會出現發黃等現象。目前，為了解決玻璃吸頂燈的安裝過程比較繁瑣復雜，安裝工作量大等難題，在安裝在天花板的過程中，首先需要將采購的吸頂燈的金屬底盤、玻璃燈罩等零部件依次拆卸開，然后采用螺釘將金屬底盤直接固定在天花板，最后將帶有卡槽玻璃燈罩旋扣在金屬底盤卡點上，即完成吸頂燈安裝。這樣對于玻璃燈罩生產相關技術要求就更高。

玻璃燈罩在模具內成型的過程中，其初形料泡成型形狀合理與否是制品成型成形中的一個關鍵，而要形成初形有良好的原形，則玻璃燈罩設計是一個非常重要的技術環節。而且模具結構又隨著不同燈罩的外形（如方形、圓形、卡口、直伸等），成型工藝（機吹、口吹、機壓、離心等）有所差異。由于玻璃燈罩是吹氣而成，會因為料各區域溫度不同及壁厚分布不均勻且不穩定，加上工藝上很多復雜因素，料液多少與燈罩重量密切相關，重點在于挑料員工與剪料員工配合，如控制不好人工操作手法、機器運轉速度、窯爐溫度等條件，因此對于玻璃模具設計要求比較高，但是在成型時未必達到預想的效果。所以模具設計人員只能依靠多年的經驗及實際操作實踐，來確定玻璃體積與模具型腔的容積比例關系，以及燈罩尺寸與模具設計尺寸對應比例關系。

2 玻璃材料

玻璃的分子排列是無規則的，其分子在空間中具有統計上的均勻性。在理想狀態下，均質玻璃的物理、化學性質在各方向都是相同的。玻璃態物質一般是由熔融體快速冷卻而得到，從熔融態向玻璃態轉變時，冷卻過程中黏度急劇增大，質點來不及做有規則排列而形成晶體，沒有釋出結晶潛熱，因此，玻璃態物質比結晶態物質含有較高的內能，其能量介于熔融態和結晶態之間，屬于亞穩狀態。

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、大部分光學玻璃、技術玻璃的成分都屬于硅酸鹽玻璃；高硼硅玻璃的制造過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，在制造過程中，還需要新的技術和工藝。

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，質軟，易加工，光折射率和反射率較高，化學穩定性好，用于制造光學儀器、高級器皿和裝飾品等，另外在建筑、日用玻璃制品方面有廣泛的應用，如常用的平板玻璃、瓶、罐、燈泡、杯子到門窗玻璃也多屬于鈉鈣玻璃或鈉鈣玻璃的深加工產品。

氧化鈉會增加玻璃的熱膨脹系數，降低玻璃的熱穩定性、化學穩定性和力學強度，所以引入比例不能過多，一般不超過18%，一般在生產玻璃時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穩定性和力學強度，但含量較高時，能使玻璃的結晶傾向增大，而且使玻璃發脆。一般玻璃中氧化鈣的含量不超過12.5%，通常通過方解石、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，不會對身體造成不良的影響，它有比較好的化學穩定性和比較好的熱穩定性，作為平時日常使用的話，它是沒有毒副作用的，對于健康也不會造成不利的影響，而且它的穩定性相對也是比較好的。

3 玻璃燈罩設計要求

開發設計新的玻璃燈罩，需要對市場進行調查。內容包括玻璃燈罩色彩、形態造型、肌理質地、功能、人機工程關系、銷售情況及區域、價格等。例如美洲區域玻璃燈罩，按照當地安全規定要求，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人體產生劃傷風險。玻璃燈罩首先是實用功能，即燈罩的用途。例如，一個玻璃燈罩是保護了人們與電進行隔離，但人們的視覺、聽覺、觸覺等與這玻璃燈罩發生了直接的接觸，影響了使用者的心理感受和主觀意識，需要對玻璃燈罩再次進行美化、裝飾。從玻璃燈罩的尺寸、大小、結構等調整，或者表面做噴漆、云彩等方案，以滿足人們“求變”、“求新”的心理。因此市場需求發展空間很大，對其設計技術要求越高。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：機壓玻璃、口吹玻璃、機吹玻璃、離心玻璃，如表1所示。

5 玻璃燈罩成型模具設計

5.1 模具材料

根據玻璃模具工作條件、玻璃熔化爐溫度為1,300℃～1,400℃，人工挑料到壓模中時，玻璃熔液的溫度1,060℃，壓制后燈罩溫度為800℃左右，此時模具表面溫度可以600℃，脫模后對模具吹風冷卻，使模具迅速降溫到400℃，這樣使模具有急冷急熱狀態下工作。對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；④良好的導熱性，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。

根據以上要求，選用4Cr13Ni鋼，并對其進行熱處理。

表1 玻璃燈罩成型工藝分類

5.2 機壓吹氣法

該方法的特點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。

成型時口模放在初型模上，由人工挑料送來的玻璃液料落入初型模后，凸模開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，重熱伸長并放下吹氣頭，用壓縮空氣將雛型吹成玻璃制品，最后，將口模打開取出制品，放入退火槽進行退火處理。此方法主要用于生產卡扣玻璃，小口瓶等空心制品，其成型過程如圖3所示。

5.3 玻璃燈罩成型狀態及分型面選擇

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繼續加熱再放入成型模，雛形就變成玻璃制品，退火后，通過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

（1）要得到均勻分布的玻璃燈罩，正確地設計初型模內腔尺寸是一個重要因素，但不是決定性因素，還必須保證必要的生產條件：①玻璃料應具備正確相同的供料形狀和溫度；②玻璃燈罩重量應嚴格控制在公差范圍內；③玻璃燈罩應準確落入卡扣模和成型模中相應位置；④機器吹氣必須調整到良好工作狀態；⑤玻璃外表面酸洗和內表面處理進行管控好。滿足上面必要的生產條件，再加上正確管控模具尺寸標準，就能生產出質量較好的燈罩。

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；四條邊不筆直內凹或外凸，容易產出不良品，在模具設計和生產管控時要求較高。