CN101439922A - 一种玻璃透镜成型用模具及玻璃透镜成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃透镜成型用模具及玻璃透镜成型方法，所述玻璃透镜成型用模具，包括由底板以及在底板上表面一体连接向上伸出的下柱体形成的下模仁，下柱体的上端面设置的凹陷形成下模腔，在下模仁上方设有上模仁，所述上模仁由顶板以及在顶板下表面一体连接向下伸出的上柱体形成，上柱体的下端面设置的凹陷形成上模腔，在下柱体与上柱体外壁套有管状模套；所述下模仁的下模腔内放入玻璃成型原料，经加热、退火后，成型模具从退火区出口被取出，再将成型模具置于常温空气中自然冷却至常温，取出成型玻璃透镜。本发明的成型模具可以大大的提高产品的合格率，成型方法采用自由压力的方式，能提高生产效率，同时可大幅度降低成本。

Description

一种玻璃透镜成型用模具及玻璃透镜成型方法
技术领域
本发明公开了一种玻璃透镜成型用模具，本发明还公开了一种使用该玻璃透镜成型用模具进行玻璃透镜成型的方法。
背景技术
等温模压技术现在已成为国际上最先进的光学零件制造技术方法之一，在许多国家已进入生产实用阶段。这项技术的普及推广应用是光学行业在光学玻璃零件加工方面的重大革命。由于此项技术能够直接压制成型精密的非球面光学零件，从此便开创了光学仪器可以广泛采用非球面玻璃光学零件的时代。因此，也给光电仪器的光学系统设计带来了新的变化和发展，不仅使光学仪器缩小了体积、减少了重量、节省了材料、减少了光学零件镀膜和工件装配的工作量、降低了成本，而且还改善了光学仪器的性能，提高了光学成像的质量。
光学玻璃模压成型法制造光学零件有如下优点：
1、不需要传统的粗磨、精磨、抛光、磨边定中心等工序，就能使零件达到较高的尺寸精度、面形精度和表面粗糙度；
2、能够节省大量的生产设备、工装辅料、厂房面积和熟练的技术工人，使一个小型车间就可具备很高的生产力；
3、可很容易经济地实现精密非球面光学零件的批量生产；
4、只要精确地控制模压成型过程中的温度和压力等工艺参数，就能保证模压成型光学零件的尺寸精度和重复精度；
5、可以模压小型非球面透镜阵列；
6、光学零件和安装基准件可以制成一个整体。
光学玻璃透镜模压成型技术，已经用来批量生产精密的球面和非球面透镜。平时，除了一般生产制造直径为15mm左右的透镜外，还能生产制造直径为50mm的大口径透镜、微型透镜阵列等。现已能制造每个透镜的直径为100μm的微型透镜阵列。
(1)制造军用和民用光学仪器中使用的球面和非球面光学零件，如各透镜、棱镜、以及滤光片等；
(2)制造光通信用的光纤耦合器用非球面透镜；
(3)制造光盘用的聚光非球面透镜。使用一块模压成型法制造的非球面透镜，可代替光盘读出器光学镜头内使用的三块球面透镜。由于模压成型非球面透镜的精度很高，不仅能够控制和校正大数值孔径的轴向像差，而且还使原来的光学镜头的重量减轻、成本降低30％～50％。
(4)制造照相机取景器非球面透镜、电影放映机和照相机镜头的非球面透镜等。
原来的玻璃透镜等温模压成型法，是采用特殊材料精密加工成的压型模具，在无氧化气氛的环境中，将玻璃和模具一起加热升温至玻璃的软化点附近，在玻璃和模具大致处于相同温度条件下，利用汽动压力通过模具对玻璃施压。接下来，在保持所施压力的状态下，一边冷却模具，使其温度降至玻璃的转化点以下(玻璃的软化点时的玻璃粘度约为107.5泊，玻璃的转化点时的玻璃粘度约为1013.4泊)。
这种将玻璃与模具一起实施等温加压的办法叫等温加压法，这种玻璃光学零件的制造方法缺点是：加热升温、冷却降温都需要很长的时间，因此生产速度很慢，因为要保护汽压装置，所以模压的玻璃必需要Tg点较低的玻璃。同时机器结构复杂要求机器同时具有加温、加压、密封等特性。
发明内容
本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、可以减少玻璃自爆的玻璃透镜成型用模具。
本发明的另一目的是提供一种使用该玻璃透镜成型用模具进行玻璃透镜成型的方法。
按照本发明提供的技术方案，所述玻璃透镜成型用模具，它包括由底板以及在底板上表面一体连接向上伸出的下柱体形成的下模仁，下模仁断面呈凸字形，下柱体的上端面设置的凹陷形成下模腔，在下模仁上方设有上模仁，所述上模仁由顶板以及在顶板下表面一体连接向下伸出的上柱体形成，上模仁断面呈T字形，上柱体的下端面设置的凹陷形成上模腔，在下柱体与上柱体外壁套有将它们约束的管状模套。
下模仁整体向下嵌入底座的下安装凹陷内。在上模仁整体向上嵌入重力砣的上安装凹陷内。下模仁与上模仁高度之和大于或等于下安装凹陷与上安装凹陷深度之和。
具有上述玻璃透镜成型用模具的玻璃透镜成型方法包含如下步骤：
a、将管状模套套入下模仁的下柱体外；
b、在下模仁的下模腔内放入玻璃成型原料，将上模仁的上柱体嵌入管状模套内，使放入的玻璃成型原料将下柱体的顶端面与上柱体底端面之间撑开一段距离；
c、将步骤b由下模仁、上模仁与管状模套组合在一起的成型模具顺序经过具有四个加热区和一个退火区的炉膛，其中第一加热区温度为80～200℃，成型模具在第一加热区停留时间为2～10分钟，第二加热区温度为200～400℃，成型模具在第二加热区停留时间为3～8分钟，第三加热区温度为400～630℃，成型模具在第三加热区停留时间为1～6分钟，第四加热区温度为630～850℃，成型模具在第四加热区停留时间为2～10分钟，退火区的温度为500～580℃，成型模具在退火区停留时间为10～20分钟；
d、退火后，成型模具从退火区出口被取出，再将成型模具置于常温空气中自然冷却至常温；
e、打开成型模具，取出成型玻璃透镜。
本发明的成型模具可以大大的提高产品的合格率，本发明的成型方法采用自由压力的方式，提高了生产效率，同时大幅度降低了成本。
附图说明
图1是本发明成型模具的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图所示：本发明主要由下模仁1、底板1a、下柱体1b、下模腔1c、上模仁2、顶板2a、上柱体2b、上模腔2c、管状模套3、底座4、下安装凹陷4a、重力砣5与上安装凹陷5a等构成。
本发明的玻璃透镜成型用模具，它包括由底板1a以及在底板1a上表面一体连接向上伸出的下柱体1b形成的下模仁1，下模仁1断面呈凸字形，下柱体1b的上端面设置的凹陷形成下模腔1c，在下模仁1上方设有上模仁2，所述上模仁2由顶板2a以及在顶板2a下表面一体连接向下伸出的上柱体2b形成，上模仁2断面呈T字形，上柱体2b的下端面设置的凹陷形成上模腔2c，在下柱体1b与上柱体2b外壁套有将它们约束的管状模套3。
下模仁1整体向下嵌入底座4的下安装凹陷4a内。在上模仁2整体向上嵌入重力砣5的上安装凹陷5a内。下模仁1与上模仁2高度之和大于或等于下安装凹陷4a与上安装凹陷5a深度之和。
具有上述玻璃透镜成型用模具的玻璃透镜成型方法包含如下步骤：
a、将管状模套3套入下模仁1的下柱体1b外；
b、在下模仁1的下模腔1c内放入玻璃成型原料，将上模仁2的上柱体2b嵌入管状模套3内，使放入的玻璃成型原料将下柱体1b的顶端面与上柱体2b底端面之间撑开一段距离；
c、将步骤b由下模仁1、上模仁2与管状模套3组合在一起的成型模具顺序经过具有四个加热区和一个退火区的炉膛，其中第一加热区温度为80～200℃，成型模具在第一加热区停留时间为2～10分钟，第二加热区温度为200～400℃，成型模具在第二加热区停留时间为3～8分钟，第三加热区温度为400～630℃，成型模具在第三加热区停留时间为1～6分钟，第四加热区温度为630～850℃，成型模具在第四加热区停留时间为2～10分钟，退火区的温度为500～580℃，成型模具在退火区停留时间为10～20分钟；
d、退火后，成型模具从退火区出口被取出，再将成型模具置于常温空气中自然冷却至常温；
e、打开成型模具，取出成型玻璃透镜。
上模仁2优选的是：顶板2a的最大外径为Φ15mm的圆片体，顶板2a高度为4mm，上柱体2b的外径为Φ10mm，上柱体2b高度为15mm。
下模仁1优选的是：它采用氮化硅材料制成，底板1a的最大外径Φ15mm，底板1a的高度4mm，下柱体1b的外径为Φ10mm，下柱体1b的高度是15mm，由这二部分圆柱体组成一上模仁。
管状模套3优选的是：它采用氮化硅的材料制成，其内径为Φ10.5mm，高度为30mm，其厚度为2mm，其外径为14.5mm。
重力砣5优选的是：它采用比重大、耐氧化的高温生铁制成，上安装凹陷5a的内径￠16mm，上安装凹陷5a的深度为25mm，重力砣5的外径为50mm，重力砣5重量约为1.5kg。
底座4优选的是：下安装凹陷4a的内径为15.5mm，下安装凹陷4a的深度为3mm，底座4的外径为50mm。
在装有玻璃预成形件的成型模具通过高温区(6M)时，成型模具由较低的一端进入，炉胆内部温度由低温到高温到退火设定为5个区，4个加热区，一个退火区。成型模具顺序经过具有四个加热区和一个退火区的炉膛，其中第一加热区温度为80～200℃，成型模具在第一加热区停留时间为2～10分钟，第二加热区温度为200～400℃，成型模具在第二加热区停留时间为3～8分钟，第三加热区温度为400～630℃，成型模具在第三加热区停留时间为1～6分钟，第四加热区温度为630～850℃，成型模具在第四加热区停留时间为2～10分钟，退火区的温度为500～580℃，成型模具在退火区停留时间为10～20分钟，随着成型模具的推进，成型模具的温度也随着进入不同的加热区而发生温度的由低温向高温的变化，同时成型模具将这一温度的变化传导给玻璃原料，将玻璃原料加热到500～850度温度时，玻璃原料开始软化，随着成型模具内的玻璃原料的温度达到软化点的温度。此时因成型模具的上部有重力砣5的加压，上模仁1的下模腔1c、下模仁2的上模腔2c对软化状态的玻璃产生压力，从而将玻璃加工成所需求的外形。从第一加热区到第四加热区的时间为20分钟。成形后进入退火区，从退火区出来即得到一个成品。
在装有玻璃原料的成型模具通过加热源时，当温度上升到玻璃原料软化点附近时，随着温度的升高，成型模具内的玻璃会软化。在成型模具超过玻璃的软化点后，随着温度的继续升高，玻璃原料会加快软化度，同时因为在上模仁上加装有一个施加压力的重力砣5，通过重力砣5的压力，玻璃原料在一边软化的同时得到了一个平缓的压力。减少了在模压精密透镜的整个工艺中对压机的要求，在本发明中使用的重力砣5的方式在实际生产时以经取代了机械压机，在精确控制模具在加热炉内的移动速度，与炉内的温度，以及重力砣5的自重，可以将成型模具的面形很好的复制到玻璃上，从而得到了一个达到光学效果的透镜。
而且本发明中所提到的模具以及成型方法可以生产结构比较复杂的产品，因为这是一种随着温度的不断上升的同时给予压力，在高温区缓慢成形，在低温区保温和退应力，减少了玻璃的自爆。大大的提高了产品的合格率。是一种比较容易精密地将模具形状表面复制下来的方法。本发明突破性的采用自由压力的方式，提高了生产效率，同时大幅度降低了成本。在等温模压玻璃成形的工艺中，使用本发明通过重力砣5加压形成一个自由压力的方式，这种工艺多落在本发明的内容范围内。

Claims (5)

1、一种玻璃透镜成型用模具，其特征是：包括由底板(1a)以及在底板(1a)上表面一体连接向上伸出的下柱体(1b)形成的下模仁(1)，下模仁(1)断面呈凸字形，下柱体(1b)的上端面设置的凹陷形成下模腔(1c)，在下模仁(1)上方设有上模仁(2)，所述上模仁(2)由顶板(2a)以及在顶板(2a)下表面一体连接向下伸出的上柱体(2b)形成，上模仁(2)断面呈T字形，上柱体(2b)的下端面设置的凹陷形成上模腔(2c)，在下柱体(1b)与上柱体(2b)外壁套有将它们约束的管状模套(3)。
2、如权利要求1所述的玻璃透镜成型用模具，其特征是：下模仁(1)整体向下嵌入底座(4)的下安装凹陷(4a)内。
3、如权利要求1所述的玻璃透镜成型用模具，其特征是：在上模仁(2)整体向上嵌入重力砣(5)的上安装凹陷(5a)内。
4、如权利要求1所述的玻璃透镜成型用模具，其特征是：下模仁(1)与上模仁(2)高度之和大于或等于下安装凹陷(4a)与上安装凹陷(5a)深度之和。
5、一种具有权利要求1-4任意一项所述的玻璃透镜成型用模具的玻璃透镜成型方法，其特征是该成型方法包含如下步骤：
a、将管状模套(3)套入下模仁(1)的下柱体(1b)外；
b、在下模仁(1)的下模腔(1c)内放入玻璃成型原料，将上模仁(2)的上柱体(2b)嵌入管状模套(3)内，使放入的玻璃成型原料将下柱体(1b)的顶端面与上柱体(2b)底端面之间撑开一段距离；
c、将步骤b由下模仁(1)、上模仁(2)与管状模套(3)组合在一起的成型模具顺序经过具有四个加热区和一个退火区的炉膛，其中第一加热区温度为80～200℃，成型模具在第一加热区停留时间为2～10分钟，第二加热区温度为200～400℃，成型模具在第二加热区停留时间为3～8分钟，第三加热区温度为400～630℃，成型模具在第三加热区停留时间为1～6分钟，第四加热区温度为630～850℃，成型模具在第四加热区停留时间为2～10分钟，退火区的温度为500～580℃，成型模具在退火区停留时间为10～20分钟；
d、退火后，成型模具从退火区出口被取出，再将成型模具置于常温空气中自然冷却至常温；
e、打开成型模具，取出成型玻璃透镜。
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