CN104529136A - 一种复杂微结构光学元件的超声振动精密模压成型装置 - Google Patents

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余剑武
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周小勇
张汉卫
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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Abstract

本发明为一种复杂微结构光学元件的超声振动精密模压成型装置，包括气缸、滑块与导轨、连杆、超声发生器、换能器、变幅杆、隔热板、加热板。模压开始前，模具连同玻璃坯料放入模压腔，利用电阻加热棒加热至玻璃软化点温度。模压时，换能器将超声发生器的电能转化为机械振动，将振动传递给模具，实现模具的超声振动。其中，加热板与均热板边界处开有方形槽，用来放置热电偶，将收到的温度信号反馈给温度控制器，调节模压腔内的温度；在连杆中装有位移传感器，用来精准控制模压的位移精度。该装置的应用，能够提高模压的成品率和精度，改善脱模性能，降低玻璃元件对模具表面的黏附和损坏，实现杂微结构光学元件的精密模压成型。

Description

一种复杂微结构光学元件的超声振动精密模压成型装置
技术领域
本发明涉及一种模压装置，其针对的是复杂微结构光学元件的超声振动精密模压装置。
背景技术
传统的光学元件加工方法主要包括初加工、精加工、研磨抛光三个步骤，尽管能够采用比较成熟的数控机床磨削和磁流变抛光技术加工出高精度的光学元件，但该方法存在加工周期长、成本高，难以实现批量生产。随着模压成形技术的发展，这些问题能够很好的得到解决。但是，针对复杂型面的光学元件，尤其是对于带有阵列的微细结构光学元件，其玻璃坯料在模压过程中难以充满带有微结构的模具型腔，从而影响成型精度。对于光学玻璃，目前模压方式多为单一的下模具或上模具直线运动挤压方式，用于微结构的光学玻璃元件的模压时，会出现填充性能较差，影响形状和尺寸的传递性及成型精度；应力分布不均匀，影响光学元件的物理性能和光学性能；有时造成模具表面粗糙度下降、镀膜层剥落、玻璃粘附等现象，影响脱模；合模时，容易在模具的微细结构与玻璃接触处形成封闭腔，封闭腔内的气体被挤压，造成困气现象，影响光学元件的形状精度。
发明内容
针对目前的模压成型方法加工复杂微结构光学元件时存在的一些不足，本发明提供一种适合于微结构光学玻璃元件超声振动精密模压成型装置，利用超声振动，改善熔融玻璃的流动特性，提高模具的充填性能,改善光学元件的脱模性能，从而获得高质量的光学元件。
该方案包括加热部分、振动部分和加压部分。加热机构分为上下两部分，都主要由加热板、电阻加热棒、隔热板等组成。上加热机构部分与加压机构连接，下加热机构部分安装在模腔的底板上。加热板中的电阻加热棒提供热量，隔热板防止直接接触传热到其它零件，同时起到保温的效果。模压成型过程中，模具安装在加热板上，实现模具由外而内受热。加压机构主要由气缸、导轨滑块，连杆等组成，使得上模以一定压力和速度向下移动。加压机构安装在模腔上板，气缸活塞杆通过连杆与模压腔内部的上加热机构部分连接，导轨与滑块起到导向作用。压力通过加热机构传递给模具和玻璃坯料。
振动部分是由超声波发生器、换能器和变幅杆组成。具体是启动超声波发生器，经换能器后将电能转化为机械能传递给变幅杆，使变幅杆产生振动，最终带动上模具实现超声振动。所述的超声变幅杆为常规阶梯型超声变幅杆,超声变幅杆用于将超声换能器所产生的水平超声振幅放大。变幅杆的超声振动特性是采用仿真软件进行模拟优化设计。
上述加热部分，加热板上增加一块硬质材料制造的均热板，防止加热板在电阻加热棒的 灼烧下和压力的作用下，导致较大热力变形。均热板的热量来源于加热板的导热。在上模与变幅杆之间加有隔热板。此外，加热板与均热板边界处开有方形槽，用来放置热电偶，测量温度。其中模具是可以拆卸的，模压之前可以将模具固定在均热板上，适用性更强。
本发明利用超声振动作用改善玻璃材料在复杂微结构上流动性和均匀性，提高玻璃、模具的贴合度，增强其填充性能，减少闭气现象；在冷却过程中，超声振动可以使晶粒细化，分布更均匀，避免应力集中，使脱模性能得到改善，提高复杂微结构光学玻璃元件的成型精度和表面质量。由此，使用本方法能获得内部组织结构与强度均匀的高质量光学元件。
附图说明
图1为模压机结构示意图，其中，1.气缸，2.滑块与导轨，3.连杆，4.换能器，5.变幅杆，6.上模加热器，7.下模具，8.下模加热器，9.底座，10.气缸活塞杆，11.模压腔上板，12.上隔热板，13.上模具，14.玻璃坯料，15.下隔热板，16.模压腔下板；
图2为加热装置图，其中，12.上隔热板，17.均热板18.电阻加热棒。
具体实施方式
结合附图和具体的实施方式对本发明作具体说明。
图1为超声振动精密模压成型装置结构示意图，其中包括气缸1、气缸活塞杆10、滑块与导轨2、连杆3、与连杆3相连接的换能器4、变幅杆5，在变幅杆5下接有加热装置，如图2所示，包括12.上隔热板，17.均热板18.电阻加热棒。上摸具13固定在加热装置下。整个过程当中，都是在密闭的模压腔中进行。
模压时，将上模具13和下模具7固定好，放入玻璃坯料14，启动加热装置，同时启动气缸1，带动上模具13向下运动，直至玻璃坯料14与上模具13刚好接触。将温度加热至璃软化温度Tg以上模压的温度。温度传感器将温度信号发送给温度控制器，从而实现过程中温度的准确控制。
启动气缸1，按照设计的运动要求使上模具13向下移动，与此同时，启动超声波发生器，为超声换能器4提供电能,超声换能器4用于将电信号转变为高频的机械振动波。所述的超声变幅杆5为常规阶梯型超声变幅杆,超声变幅杆5用于将超声换能器4所产生的水平超声振幅放大。利用位移传感器将模具的位移信息反馈给运动控制器，保证上模具13的运动精度，从而控制模压精度，一直到合模为止。
在保压阶段，关闭超声波发生器，振动停止。此时模具仍保持一定的压力。
经过一定的保压和退火时间后，重新启动超声波发生器，同时控制气缸1，使得上模具13向上移动。通过脱模时添加超声振动，改善脱模性能，降低玻璃元件对模具表面的黏附和损坏。

Claims (4)

1.一种加工复杂微结构光学元件的超声振动精密模压成型装置，包括气缸、滑块与导轨、连杆、超声发生器、换能器、变幅杆、隔热板、加热棒、均热板、模压腔，其特征在于：模压前，模具连同玻璃坯料放入模压腔，利用加热器加热至玻璃软化点，利用换能器，实现模具的超声振动，在加热板中装有温度传感器，将收到的温度信号反馈给温度控制器，调节模压腔内的温度，在连杆中装有位移传感器，用来精准控制模压的位移精度。
2.根据权利要求1所述的超声振动精密模压成型装置，其特征在于：超声振动精密模压成型装置是利用电阻加热棒分别对上下模具进行预热。
3.根据权利要求1所述的超声振动精密模压成型装置，其特征在于：超声振动精密模压成型装置的振动是和加压装置连接在一起的超声波发生器产生的，通过换能器和变幅杆，实现上模具的超声振动。
4.根据权利要求1所述的超声振动精密模压成型装置，其特征在于：模具是可以拆卸的，模压之前可以将模具固定在均热板上。
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