CN104960130B - 一种小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具。该模具的上、下半模中，设置有相同规格、相同数目且对称的上、下多模芯阵列；同时，对应的上、下模芯端面设置有对称的呈阵列分布的上、下模腔。从而可在不增大模芯尺寸、重量，不增加模芯制造、加工困难的前提下，增加模腔数目，且模芯便于更换与修复，从而节约了生产时间和成本，提高了热压成型的生产效率。同时，该模具上、下模腔的非球面成型面上设置有复合涂层，且该模具的上、下模芯基体上设置有微细环状沟槽，可增大复合涂层与模芯基体的接触面积，增强两者之间的结合力，提高复合涂层的粘附效果，防止复合涂层脱落，能提高模具的使用寿命，降低生产成本。

Description

一种小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具

技术领域

本发明属于光学透镜成型技术领域，涉及一种适用于小口径非球面玻璃透镜精密热压成型的模具。

背景技术

随着光电、汽车、生物医学等产业的迅速发展以及相关产品小型化、微型化的趋势，各类小口径非球面玻璃透镜以其寿命长、热稳定性强、成像质量高等特点，在手机摄像头、数码相机、CCD摄像镜、车载摄像头、显微镜、医用内窥镜等产品中的应用日益广泛。为实现小口径非球面玻璃透镜的大批量生产，主要采用精密热压成型技术，即先将玻璃预形体放置于高精度的模具中，然后在高温、模压力和无氧的条件下，借助高精度模具直接压制成型出达到使用要求的小口径非球面玻璃透镜产品。同时，为了提高模具使用寿命、降低生产成本，在精密热压成型模具的模芯基体表面可设置具有良好耐磨性、耐高温性及脱模性的涂层。

然而，目前的小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具中采用的是单个模芯，模芯上设置有单个或多个具有非球面形状的模腔。当采用单模芯与单模腔结构时，热压成型的生产效率较低。采用单模芯与多模腔结构时，虽然生产效率较前者有所上升，但在单模芯上随着模腔数目的增多，模芯尺寸和重量会随之不断增大，模芯的制造与加工难度增大，对加工模芯的机床的要求也会随之提高，从而限制了热压成型生产效率的进一步提高。此外，小口径非球面玻璃透镜精密热压成型模具的模芯基体与涂层之间的结合力也有待提高。通过增强上述结合力，可提高涂层的粘附效果，防止涂层脱落，从而提高模具使用寿命。

发明内容

针对目前小口径非球面玻璃透镜精密热压成型过程中采用单模芯时，随模腔数目的增多而引起的模芯尺寸、重量增大，模芯制造、加工难度增大，制约热压成型生产效率的提高，以及模芯基体与涂层间结合力有待提高等技术问题，本发明旨在提供一种生产效率高、模芯基体与涂层间结合力强的小口径非球面玻璃透镜精密热压成型模具。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

所述的小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具，包括上半模和下半模两大部分。

所述的上半模包括顶板、上压板、上模板、上模芯、上模腔、导柱、平键、螺钉；所述的顶板和上压板之间通过螺钉紧固连接，此连接可实现导柱的轴向定位；所述的上压板与上模板之间通过螺钉紧固连接；所述的上模板设置有模芯阵列孔，上模芯设置在模芯阵列孔内，并通过平键实现上模芯的轴向和周向定位；所述的上模芯端面设置有呈阵列分布的上模腔；所述的上模腔设置有小口径非球面玻璃透镜精密热压成型的成型面，该成型面的形状为非球面；所述的上模腔非球面成型面上设置有复合涂层，该复合涂层由内至外包括过渡层和保护层；所述的上模腔成型面复合涂层中的过渡层和保护层分别采用铌基低强高塑性合金涂层和铌、钽共掺类金刚石涂层，所述的上模腔成型面复合涂层中的过渡层和保护层的厚度分别为600nm～1200nm和100nm～500nm；为增强所述的复合涂层与上模芯基体之间的结合力，在上模芯基体上设置有微细环状沟槽，该微细环状沟槽的截面形状可为V形、楔形或弧形，且微细沟槽深度小于过渡层厚度。

所述的下半模包括：底座、下压板、下模板、下模芯、下模腔、导套、平键、螺钉；所述的底座和下压板之间通过螺钉紧固连接，此连接可实现导套的轴向定位；所述的下压板与下模板之间通过螺钉紧固连接；所述的下模板设置有与上模板对称的模芯阵列孔，下模芯与上模芯规格、数目相同，设置在模芯阵列孔内，并通过平键实现下模芯的轴向和周向定位；所述的下模芯端面设置有与上模腔对称的呈阵列分布的下模腔；所述的下模腔设置有小口径非球面玻璃透镜精密热压成型的成型面，该成型面的形状为非球面；所述的下模腔非球面成型面上设置有复合涂层，该复合涂层由内至外包括过渡层和保护层；所述的下模腔成型面复合涂层中的过渡层和保护层分别采用铌基低强高塑性合金涂层和铌、钽共掺类金刚石涂层，所述的下模腔成型面复合涂层中的过渡层和保护层的厚度分别为600nm～1200nm和100nm～500nm；为增强所述的复合涂层与下模芯基体之间的结合力，在下模芯基体上设置有微细环状沟槽，该微细环状沟槽的截面形状可为V形、楔形或弧形，且微细沟槽深度小于过渡层厚度。

所述的上半模和下半模合模时，通过导柱和导套实现导向；所述的上半模和下半模合模之后，上模腔和下模腔形成模腔，可将玻璃预形体热压成型为非球面玻璃透镜产品。

所述的上半模中的顶板、上压板、上模板及下半模中的底座、下压板、下模板的材料，均选用模具钢；所述的上半模中的上模芯及下半模中的下模芯的材料，均选用硬质合金；所述的上半模中的导柱、平键、螺钉及下半模中的导套、平键、螺钉，均选用标准件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明所述的小口径非球面玻璃透镜精密热压成型模具的上半模和下半模中，分别设置有对称的多模芯阵列孔，且多模芯阵列孔中设置有相同规格、相同数目且对称的上、下多模芯阵列；同时，对应的上、下模芯端面设置有对称的呈阵列分布的上、下模腔。通过上述结构，可在不增大模芯尺寸、重量，不增加模芯制造、加工困难的前提下，增加模腔数目，且模芯便于更换与修复，从而节约了生产时间和成本，提高了热压成型的生产效率。

（2）本发明所述的小口径非球面玻璃透镜精密热压成型模具的上、下模芯基体上设置有微细环状沟槽，可增大复合涂层与模芯基体的接触面积，增强两者之间的结合力，提高复合涂层的粘附效果，防止复合涂层脱落，能提高模具的使用寿命，降低生产成本。所述的复合涂层包括过渡层和保护层。过渡层采用铌基低强高塑性合金，其中含有适量的钛、锆和铪，其加工塑性性能好，适合精密加工，避免了对采用硬质合金材料的模芯基体的加工，并且铌基合金热膨胀系数小，适合用于模压成型模具。保护层采用掺杂铌、钽元素共渗类金刚石涂层，先进行铌掺杂，后逐渐转变为钽掺杂，最后为钽掺杂。铌、钽元素掺杂共渗类金刚石涂层的内应力小，与过渡层的结合力优于一般掺杂的类金刚石涂层，且涂层的耐磨性能优异，摩擦系数小，可获得光滑表面，便于精密热压成型出小口径非球面玻璃透镜产品。

附图说明

图1是本发明实施例一的小口径非球面玻璃透镜精密热压成型模具的结构示意图；

图2是本发明实施例一的小口径非球面玻璃透镜精密热压成型模具的爆炸结构示意图；

图3是本发明实施例一中顶板的立体、主视及全剖结构示意图；

图4是本发明实施例一中上压板的立体、主视及全剖结构示意图；

图5是本发明实施例一中上模板的立体、主视及全剖结构示意图；

图6是本发明实施例一中模芯的立体、主视及全剖结构示意图；

图7是本发明实施例一中模腔的截面结构示意图。

图8是本发明实施例二的小口径非球面玻璃透镜精密热压成型模具的爆炸结构示意图；

图9是本发明实施例二中模腔的截面结构示意图；

以上图1至图9中的标示为：

1—螺钉，2—顶板，3—上压板，4—平键，5—上模板，6—下模板，7—下压板，8—底座，9—螺钉，10—螺钉，11—平键，12—导套，13—下模芯，14—下模腔，15—上模腔，16—上模芯，17—导柱，18—螺钉，19—过渡层，20—保护层，21—V形沟槽，22—弧形沟槽。

具体实施方式

实施例一 ：

如图1～图7所示，本发明实施例一的小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具，包括上半模和下半模两大部分。

所述的上半模包括顶板2、上压板3、上模板5、上模芯16、上模腔15、导柱17、平键4、螺钉1、螺钉18。所述的顶板2和上压板3之间通过螺钉1紧固连接，此连接用于实现导柱17的轴向定位。所述的上压板3与上模板5之间通过螺钉18紧固连接。所述的上模板5上设置有3×3的模芯阵列孔，即模芯孔数目为9个。所述的上模芯16数目为9个，设置在模芯阵列孔内，并通过平键4实现上模芯16的轴向和周向定位。所述的上模芯16端面设置有呈阵列分布的上模腔15，其数目为12个。所述的上模腔15设置有小口径非球面玻璃透镜精密热压成型的成型面，该成型面的形状为非球面。所述的非球面成型面上设置有复合涂层，该复合涂层由内至外包括过渡层19和保护层20。所述的复合涂层中的过渡层19设置在成型面之上，采用铌基低强高塑性合金涂层，其厚度为800nm。所述的过渡层19经单点金刚石车削精密加工后，非球面面型精度PV值小于200nm，表面粗糙度Ra值小于20nm。所述的复合涂层中的保护层20设置在过渡层19之上，采用铌、钽共掺类金刚石涂层，其厚度为200nm。所述的保护层20经精密研磨与抛光加工后，非球面面型精度PV值小于150nm，表面粗糙度Ra值小于10nm。为增强所述的复合涂层与上模芯16基体之间的结合力，在上模芯16基体上设置有微细环状的V形沟槽21。所述的微细环状的V形沟槽21深度为500nm，相邻两条V形沟槽21之间的径向间距为10µm。

所述的下半模包括底座8、下压板7、下模板6、下模芯13、下模腔14、导套12、平键11、螺钉9、螺钉10。所述的底座8和下压板7之间通过螺钉9紧固连接，此连接用于实现导套12的轴向定位。所述的下压板7与下模板6之间通过螺钉10紧固连接。所述的下模板6上设置有与上模板5对称的3×3的模芯阵列孔，即模芯孔数目为9个。所述的下模芯13与上模芯16规格与数目相同，设置在模芯阵列孔内，并通过平键11实现下模芯13的轴向和周向定位。所述的下模芯13端面设置有与上模腔15对称的呈阵列分布的下模腔14，其数目为12个。所述的下模腔14设置有小口径非球面玻璃透镜精密热压成型的成型面，该成型面的形状为非球面。与上模腔15相同，所述的下模腔14的成型面上设置有复合涂层，该复合涂层由内至外包括过渡层19和保护层20。所述的复合涂层中的过渡层19设置在成型面之上，采用铌基低强高塑性合金涂层，其厚度为800nm。所述的过渡层19经单点金刚石车削精密加工后，非球面面型精度PV值小于200nm，表面粗糙度Ra值小于20nm。所述的复合涂层中的保护层20设置在过渡层19之上，采用铌、钽共掺类金刚石涂层，其厚度为200nm。所述的保护层20经精密研磨与抛光加工后，非球面面型精度PV值小于150nm，表面粗糙度Ra值小于10nm。为增强所述的复合涂层与下模芯13基体之间的结合力，在下模芯13基体上设置有微细环状的V形沟槽21。所述的微细环状的V形沟槽21深度为500nm，相邻两条V形沟槽21之间的径向间距为10µm。

所述的上半模和下半模，通过导柱17和导套12实现导向和定位；所述的上半模和下半模合模之后，上模腔15和下模腔14形成模腔，可将玻璃预形体热压成型为非球面玻璃透镜产品。

所述的上半模中的顶板2、上压板3、上模板5及下半模中的底座8、下压板7、下模板6的材料，均选用模具钢；所述的上半模中的上模芯16及下半模中的下模芯13的材料，均选用硬质合金；所述的上半模中的导柱17、平键4、螺钉1、螺钉18及下半模中的导套12、平键11、螺钉9、螺钉10，均选用标准件。

实施例二 ：

如图8～图9所示，本发明实施例二的小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具与实施例一的区别在于：本实施例中，所述的上模板5上设置有4×4的模芯阵列孔，即模芯孔数目为16个，所述的上模芯16数目为16个。所述的下模板6上设置有与上模板5对称的4×4的模芯阵列孔，即模芯孔数目为16个，所述的下模芯13数目为16个。在采用相同规格上、下模芯的条件下，实施例二精密热压成型小口径非球面玻璃透镜的生产效率进一步提高。 为增强所述的复合涂层与上模芯16、下模芯13的基体之间的结合力，在上模芯16、下模芯13的基体上设置有微细环状的弧形沟槽22。所述的微细环状的弧形沟槽22深度为400nm，相邻两条弧形沟槽22之间的径向间距为9µm。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本中请所附权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具，其特征在于：所述的小口径非球面玻璃透镜的精密热压成型模具，包括上半模和下半模两大部分；

所述的上半模包括顶板、上压板、上模板、上模芯、上模腔、导柱、平键、螺钉；所述的顶板和上压板之间通过螺钉紧固连接，此连接可实现导柱的轴向定位；所述的上压板与上模板之间通过螺钉紧固连接；所述的上模板设置有模芯阵列孔，上模芯设置在模芯阵列孔内，并通过平键实现上模芯的轴向和周向定位；所述的上模芯端面设置有呈阵列分布的上模腔；所述的上模腔设置有小口径非球面玻璃透镜精密热压成型的成型面，该成型面的形状为非球面；所述的上模腔非球面成型面上设置有复合涂层，该复合涂层由内至外包括过渡层和保护层；所述的上模腔成型面复合涂层中的过渡层和保护层分别采用铌基低强高塑性合金涂层和铌、钽共掺类金刚石涂层，所述的上模腔成型面复合涂层中的过渡层和保护层的厚度分别为600nm～1200nm和100nm～500nm；为增强所述的复合涂层与上模芯基体之间的结合力，在上模芯基体上设置有微细环状沟槽，该微细环状沟槽的截面形状可为V形、楔形或弧形，且微细沟槽深度小于过渡层厚度；

所述的下半模包括：底座、下压板、下模板、下模芯、下模腔、导套、平键、螺钉；所述的底座和下压板之间通过螺钉紧固连接，此连接可实现导套的轴向定位；所述的下压板与下模板之间通过螺钉紧固连接；所述的下模板设置有与上模板对称的模芯阵列孔，下模芯与上模芯规格、数目相同，设置在模芯阵列孔内，并通过平键实现下模芯的轴向和周向定位；所述的下模芯端面设置有与上模腔对称的呈阵列分布的下模腔；所述的下模腔设置有小口径非球面玻璃透镜精密热压成型的成型面，该成型面的形状为非球面；所述的下模腔非球面成型面上设置有复合涂层，该复合涂层由内至外包括过渡层和保护层；所述的下模腔成型面复合涂层中的过渡层和保护层分别采用铌基低强高塑性合金涂层和铌、钽共掺类金刚石涂层，所述的下模腔成型面复合涂层中的过渡层和保护层的厚度分别为600nm～1200nm和100nm～500nm；为增强所述的复合涂层与下模芯基体之间的结合力，在下模芯基体上设置有微细环状沟槽，该微细环状沟槽的截面形状可为V形、楔形或弧形，且微细沟槽深度小于过渡层厚度；

所述的上半模和下半模合模时，通过导柱和导套实现导向；所述的上半模和下半模合模之后，上模腔和下模腔形成模腔，可将玻璃预形体热压成型为非球面玻璃透镜产品；

所述的上半模中的顶板、上压板、上模板及下半模中的底座、下压板、下模板的材料，均选用模具钢；所述的上半模中的上模芯及下半模中的下模芯的材料，均选用硬质合金；所述的上半模中的导柱、平键、螺钉及下半模中的导套、平键、螺钉，均选用标准件。