CN103214161B - 一种用于玻璃光学元件的非等温模压方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于玻璃光学元件的非等温模压方法，其主要内容为模压过程中，玻璃预成形件预热、模压成形、光学元件冷却等步骤并行进行，分别控制预成形件预热温度和模压温度。其主要步骤包括：预热：玻璃预成形件在预热槽加热到温度T1；加压：模具上模和下模在加热装置作用下维持在温度T2，T1>T2，将预成形件放在模压腔中，并对上模和下模施加压力，同时加热模具到T3，并维持一段时间，将预成形件模压成形为光学元件；退火：光学元件在模压腔中慢慢降到T2；冷却：玻璃光学元件从模具腔中取出，在冷却板上冷却到室温。本发明具有延长模压模具的使用寿命、提高玻璃光学元件的批量生产效率的优点。

Description

一种用于玻璃光学元件的非等温模压方法
技术领域
本发明涉及一种用于玻璃光学元件制造的非等温模压方法。
背景技术
一般现有的光学元件的制造方法多为采用多阶段研磨-抛光的制造方法、单点金刚石车削制造方法、射出成形的制造方法和模压成形的制造方法等。
研磨-抛光制造光学元件，该技术利用接触式摩擦的研磨-抛光方式进行光学元件制造，由于会在光学元件表面留下研磨痕迹，导致其品质难以提高；其次，对于对称性非球面透镜，研磨-抛光方式制造困难，不仅制造效率低下，而且精度低，无法达到要求的光学品质；因此，对于非对称性的非球面透镜和具有特殊表面结构的光学元件，该技术无法适用，必须改进。
单点金刚石车削光学元件，该技术利用单点金刚石刀具、具有纳米精度的超高精度机床、优化的加工工艺进行非球面车削加工。该技术可以对可车削材料（如铜、铝等）进行高精度的表面加工，加工精度高。但是该技术加工费用高，批量一致性差，而且无法适用于玻璃光学元件制造。
射出成形制造光学元件为现有的成熟方法，该制造方法所适合的材料为亚克力材料或聚合物的树脂材料，制造的塑料光学元件与玻璃光学元件相比，透光性差和受环境温度影响大，而且该技术也无法适用于玻璃光学元件制造。
模压成形光学元件为玻璃光学元件批量制造最合适的技术，目前的模压成形技术为等温模压成形方法，也就是说玻璃材料和模具的温度在模压步骤中相同。这种方法使得模具在模压周期温度变化大，模具使用寿命和精度受到影响，该技术有改进的必要性。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供了一种玻璃光学元件的非等温制造方法，该方法能够高效、高品质的批量制造玻璃预成形件面、非球面和具有特殊结构要求的玻璃光学元件。该方法在模压过程中，亦可修复玻璃预成形件表面的微小划痕和斑点，提高模压玻璃光学元件的表面精度。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于玻璃光学元件的非等温模压方法，制造步骤包括有：
a.预热：玻璃预成形件在预热槽中加热到150℃-700℃，此时的温度高于材料的转化温度Tg，并且在材料的屈服温度At附近；
b.加压：与预热同步进行，模具中的上模和下模在加热元件的作用下保持在150℃-700℃，此时的温度维持在材料的转化温度Tg以下10℃度左右；将温度为150℃-700℃的玻璃预成形件放到上模和下模形成的模压腔中，利用加热元件将玻璃预成形件、上模和下模加热到屈服温度At，并对上模和下模施加0.05MPa-10MPa的压力，且维持10s-200s，将玻璃预成形件模压成形为玻璃光学元件；
c.退火：将上述的压力下降0.05-4MPa，并维持10s-200s，在相同时间段内将模具和玻璃光学元件的温度缓慢降到150℃-700℃，退火将消除玻璃光学元件的内应力；
d.冷却：退火后的玻璃光学元件从模具腔中取出，在冷却板上将玻璃光学元件冷却到室温并取出。
本发明的进一步改进在于：玻璃光学元件的一面为微结构，另一面为凹或凸的非球面；玻璃光学元件包含由凹的非球面和凸的非球面而形成的凹凸非球面透镜；玻璃光学元件包含由双凸非球面而形成的双凸非球面透镜。
本发明的进一步改进在于：步骤c为退火步骤或回火步骤。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明可以用来制造高精度、高品质的玻璃预成形件面、非球面和具有特殊微结构的玻璃光学元件，并且可以延长模压模具的使用寿命，提高玻璃光学元件的批量生产效率，从而增加玻璃光学元件的经济效益，大大减少了模压过程中模具的温度变化幅度，延长了模具的使用寿命。
附图说明：
图1为本发明的玻璃光学元件非等温制造方法的流程图；
图2为本发明的模压方法工作温度和压力的曲线图；
图中标号：1-玻璃预成形件、2-预热槽、3-上模、4-下模、5-加热元件、6-冷却板、7-光学元件。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1和图2示出了本发明一种用于玻璃光学元件的非等温模压方法的一种实施方式，制造步骤包括有：
a.预热：玻璃预成形件1在预热槽2中加热到150℃-700℃，此时的温度高于材料的转化温度Tg，并且在材料的屈服温度At附近；
b.加压：与预热同步进行，模具中的上模3和下模4在加热元件5的作用下保持在150℃-700℃，此时的温度维持在材料的转化温度Tg以下10℃度左右；将温度为150℃-700℃的玻璃预成形件1放到上模3和下模4形成的模压腔中，利用加热元件5将玻璃预成形件1、上模3和下模4加热到屈服温度At，并对上模3和下模4施加0.05MPa-10MPa的压力，且维持10s-200s，将玻璃预成形件1模压成形为玻璃光学元件7；
c.退火：将上述的压力下降0.05-4MPa，并维持10s-200s，在相同时间段内将模具和玻璃光学元件7的温度缓慢降到150℃-700℃，退火将消除玻璃光学元件7的内应力；
d.冷却：退火后的玻璃光学元件7从模具腔中取出，在冷却板6上将玻璃光学元件7冷却到室温并取出。
实施例一：
用于对于红外硫系玻璃（型号IG6）的非等温模压方法，制造步骤包括有：
a.预热：玻璃预成形件1在预热槽2中加热到温度T1，T1为212℃；
b.加压：与预热同步进行，模具保持在温度T2，温度T2为175℃；将温度为212℃的玻璃预成形件1放到模压腔中，一起加热到215℃，并对上模3和下模4施加0.5MPa的压力，且维持180s，将玻璃预成形件1模压成形为玻璃光学元件7；
c.退火：将压力从0.5MPa降到0.3MPa，并维持180s，在相同时间段内将模具和玻璃光学元件7的温度缓慢降到175℃，退火将消除玻璃光学元件7的内应力；
d.冷却：退火后的玻璃光学元件7从模具腔中取出，在冷却板6上将玻璃光学元件7冷却到室温并取出。
实施例二：
用于对于光学玻璃（型号L-BAL35）的非等温模压方法，制造步骤包括有：
a.预热：玻璃预成形件1在预热槽2中加热到温度T1，T1为567℃；
b.加压：与预热同步进行，模具保持在温度T2，温度T2为517℃；将温度为567℃的玻璃预成形件1放到模压腔中，一起加热到570℃，并对上模3和下模4施加0.6MPa的压力，且维持45s，将玻璃预成形件1模压成形为玻璃光学元件7；
c.退火：将压力从0.6MPa降到0.4MPa，并维持45s，在相同时间段内将模具和玻璃光学元件7的温度缓慢降到517℃，退火将消除玻璃光学元件7的内应力；
d.冷却：退火后的玻璃光学元件7从模具腔中取出，在冷却板6上将玻璃光学元件7冷却到室温并取出。
其中，玻璃光学元件7的一面为微结构，另一面为凹或凸的非球面；玻璃光学元件7包含由凹的非球面和凸的非球面而形成的凹凸非球面透镜；玻璃光学元件7包含由双凸非球面而形成的双凸非球面透镜。
在模压过程中，玻璃预成形件预热、模压成形、光学元件冷却等步骤并行进行，分别控制预成形件预热温度和模压温度。模压模具在模压过程中温度变化幅度小，温度变化幅度由原来的450度左右减少到80度左右，这个温度变化范围随着模压玻璃温度的变化而变化，根据，选用材料的转化温度Tg而定。本发明可以用来制造高精度、高品质的玻璃球面、非球面和具有特殊微结构的光学元件，采用非等温制造技术，可以延长模压模具的使用寿命，提高玻璃光学元件的批量生产效率，生产效率由原来的5-7分/片提高到2分/片，从而增加该产品的经济效益。

Claims (1)

1.一种用于玻璃光学元件非等温制造方法，其特征在于：制造步骤包括有：
a.预热：玻璃预成形件(1)在预热槽(2)中加热到150℃-700℃，此时的温度高于材料的转化温度Tg，并且在材料的屈服温度At附近；
b.加压：与预热同步进行，模具中的上模(3)和下模(4)在加热元件(5)的作用下保持在150℃-700℃，此时的温度维持在材料的转化温度Tg以下10℃度；将温度为150℃-700℃的玻璃预成形件(1)放到所述上模(3)和所述下模(4)形成的模压腔中，利用所述加热元件(5)将玻璃预成形件(1)、上模(3)和下模(4)加热到屈服温度At，并对上模(3)和下模(4)施加0.05MPa-10MPa的压力，且维持10s-200s，将玻璃预成形件(1)模压成形为玻璃光学元件(7)；
c.退火：将上述的压力下降0.05-4MPa，并维持10s-200s，在相同时间段内将模具和玻璃光学元件(7)的温度缓慢降到150℃-700℃，退火将消除玻璃光学元件(7)的内应力；
d.冷却：退火后的玻璃光学元件(7)从模具腔中取出，在冷却板(6)上将玻璃光学元件(7)冷却到室温并取出，所述的玻璃光学元件（7）包含由凹的非球面和凸的非球面而形成的凹凸非球面透镜或包含由双凸非球面而形成的双凸非球面透镜。
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