CN106082598A - 光学精密非球面玻璃模压成型设备 - Google Patents

光学精密非球面玻璃模压成型设备 Download PDF

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龚峰
王小权
李康森
李积彬
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Abstract

本发明适用于玻璃模压成型技术领域，公开了一种光学精密非球面玻璃模压成型设备，包括机架、设置在机架内的模具装置、设置在模具装置内的加热装置，以及设置在模具装置下方且用于驱动模具装置以实现合模或开模的驱动装置；所述加热装置包括内中空的石英罩、套设在石英罩外的辐射屏、环绕设置在石英罩外侧且固定在辐射屏上的多层发热管、套设在辐射屏外侧的隔热层，以及套设在隔热层外侧且用于固定隔热层的炉壁。本发明的加热装置稳定性和可靠性都比较高，可以对玻璃坯料实现快速加热；加热装置的辐射屏反射发热管发出的红外热辐射的中长波，其弧形状可以有效把热量聚焦在一起；加热装置的隔热层可以有效降低界面之间的热交换。

Description

光学精密非球面玻璃模压成型设备
技术领域
本发明属于玻璃模压成型技术领域，尤其涉及一种光学精密非球面玻璃模压成型设备。
背景技术
投影仪、数码相机、手机等使用精密玻璃透镜的设备在我们的生活中随处可见。而随着近年来制造技术的不断发展以及市场对各类产品更轻薄短小的需求带动下，更轻薄的非球面镜相比球面镜而言受到了广泛的青睐。
为了便于大量加工并减少成本，很多玻璃透镜都采用聚合物材料加工而成。与聚合物材料镜片相比，玻璃镜片在很多方面更具优势：第一、玻璃镜片具有更高的折射率和更宽的光穿透频谱范围，适用于制作更薄的成像质量高的透镜；第二、玻璃镜片硬度高，抗变形性和高温表现好，能够适应各种使用环境；第三、玻璃的热胀系数比聚合物小，具有更好的热稳定性，不用像聚合物透镜那样在不同温度下使用时需要反复校准焦距。
传统的加工玻璃透镜的工艺采用去除材料法，包含一系列冷加工工序，如粗磨、精磨、抛光、磨边等十几道繁杂的工序。使用这种方法加工透镜不仅工艺耗时长，而且不环保。尤其在加工非球面镜时，工艺复杂、难度高，且精度难以保证，致使成本高昂。对比传统的玻璃透镜加工工艺，玻璃热压成型技术拥有一次模压成型、材料利用率高、精确控制模压成型光学器件的精度、容易批量生产及能够模压透镜阵列等优势。
目前模压设备通常采用的加热方式有电阻丝加热、涡流加热和电脉冲加热。由于玻璃在常温下是非导体，这些方式都不适用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中模压设备的加热方式不能满足玻璃成型的缺陷，提供了一种光学精密非球面玻璃模压成型设备，其稳定性和可靠性高，能够实现对坯料的快速加热。
本发明的技术方案是：提供了一种光学精密非球面玻璃模压成型设备，包括机架、设置在所述机架内的模具装置、设置在所述模具装置内的加热装置，以及设置在所述模具装置下方且用于驱动所述模具装置以实现合模或开模的驱动装置；所述加热装置包括内中空的石英罩、套设在所述石英罩外的辐射屏、设置在所述石英罩外侧且固定在所述辐射屏上的多层发热管、套设在所述辐射屏外侧的隔热层，以及套设在所述隔热层外侧且用于固定所述隔热层的炉壁，每一层所述发热管环绕设置在所述石英罩外侧。
实施本发明的光学精密非球面玻璃模压成型设备，具有以下有益效果：其加热装置稳定性和可靠性都比较高，可以对玻璃坯料实现快速加热；加热装置的辐射屏反射发热管发出的红外热辐射的中长波，其弧形状可以有效把热量聚焦在一起；加热装置的隔热层可以有效降低界面之间的热交换。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的加热装置的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接或间接在另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接或间接连接到另一个元件。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
本发明实施例提供的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其包括机架、设置在机架内的模具装置、设置在模具装置内的加热装置，以及设置在模具装置下方且用于驱动模具装置以实现合模或开模的驱动装置。其中，机架可以用铸造或焊接加工成型，加热装置用于对模具进行加热，驱动装置优选为伺服减速电机。本发明实施例的模具装置能一次成型出超精密光学玻璃元件，对比传统的玻璃透镜加工工艺，玻璃热压成型技术拥有一次模压成型、材料利用率高、精确控制模压成型，光学元件的精度高、容易批量生产。另外，使用该设备制造出来的玻璃光学元件具有高精度，设备的稳定性和可靠性都比较高，可以根据模具和元件的大小做到一模多出。
具体地，如图1所示，加热装置包括石英罩10、辐射屏20、多层发热管30、隔热层40和炉壁50。其中，石英罩10呈中空状，且模具装置的模芯套设在石英罩10的空腔中，辐射屏20套设在石英罩10外，多层发热管30环绕设置在石英罩10的外侧且固定在辐射屏20上，隔热层40套设在辐射屏20的外侧，可以有效降低界面之间的热交换，炉壁50套设在隔热层40外，且用于固定隔热层40。优选地，辐射屏20呈弧形状，可以有效地把发热管30发出的热量聚焦在一起。
进一步地，发热管30为红外发热管，其发热光线为短波红外光(即近红外)，具有1-3秒钟升温冷却时间，使加热过程控制更灵活，由于波长较短，可以穿透一定厚度进行加热，使加热更加均匀，与远红外光加热管相比，近红外光加热管的电热转化效率更高，可达90％以上。
例如，发热管30为石英红外加热管，其采用了经特殊工艺加工的石英玻璃管、配用电阻材料作为发热电丝。通电后，发热金属电热丝发射的可见光以及其他光线，其中最高达95％被石英玻璃管所阻挡、吸收，使管内温度升高产生纯硅氧键的分子振动，辐射远红外光线或近红外光线。金属电热丝主要采用红外钨丝，在通电下钨丝温度可达1800-2400℃。其中碳纤维电热丝是纯黑体材料，在电-热转换过程，可见光很小，电热转换效率达95％以上。并且，红外灯管升温速率快，能够在短时间(75S)内将模腔内温度升至800摄氏度，并使光学玻璃材料的温度达到其软化点温度。
进一步地，在石英红外加热管的生产工艺中，还可通过镀膜工艺在石英红外加热管外壁镀层，以调整红外光的辐射方向和提高加热效率。镀膜工艺中主要有镀金与镀白两种，镀金是采用含量6％的金水，镀白是采用含氧化铝、钛等氧化物。镀金与镀白两者相比，镀金的优势在于稳定性更高、表面发射率更低；而镀白的耐热性更好，镀金层一般在650℃以下的温度使用，镀白可在1200℃环境温度以下使用。另外，在辐射屏20的内壁上镀制有耐热反射基材料层，其增加了红外灯管发散热量的方向性以及防止辐射屏20内壁被氧化。
进一步地，每一层发热管30包括两个半圆管，两个半圆管围合成环绕在石英罩10外的圆形发热管30，两个半圆管的两端均固定在辐射屏20的内壁上。具体地，在半圆管的两端均设置有呈方形的固定部31，并在辐射屏20的内壁上开设有用于固定固定部31的方孔21，方形的固定部31与方孔21配合可以防止发热管30沿其轴线转动。
进一步地，在两界面之间加入导热性能低的材料(如玻璃纤维、气凝胶)可以有效降低界面之间的热交换。因此，在发热管30与炉壁50之间添加一定厚度且导热系数小的材料作为隔热层40。优选地，选用硅质气凝胶这种材料制作隔热层40。
进一步地，为了便于装配炉壁50，其包括相互配合以形成用于容纳隔热层40的空间的两个半炉壁件，每一半炉壁件包括套设在隔热层40外的侧壁51，以及设置在侧壁51两端且用于固定连接两个半炉壁件的紧固部52。具体地，紧固部52呈片状，且在紧固部52上开设有多个紧固孔521，通过该紧固孔521来固定两个半炉壁件。优选地，侧壁51与紧固部52一体成型。
本发明实施例的光学精密非球面玻璃模压成型设备是一台轻型的精密光学玻璃模压机床，加热装置的功能之一是在玻璃模压前加热玻璃和模具，主要将玻璃加热至软化点温度以上；功能之二是在玻璃模压过程中对模具精密光学玻璃模压成型装置和加工件进行保温处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，包括机架、设置在所述机架内的模具装置、设置在所述模具装置内的加热装置，以及设置在所述模具装置下方且用于驱动所述模具装置以实现合模或开模的驱动装置；所述加热装置包括内中空的石英罩、套设在所述石英罩外的辐射屏、设置在所述石英罩外侧且固定在所述辐射屏上的多层发热管、套设在所述辐射屏外侧的隔热层，以及套设在所述隔热层外侧且用于固定所述隔热层的炉壁，每一层所述发热管环绕设置在所述石英罩外侧。
2.如权利要求1所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，所述发热管的外壁镀制有镀金层或镀白层。
3.如权利要求1所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，每一层所述发热管包括两个半圆管，所述半圆管的两端均固定在所述辐射屏的内壁上。
4.如权利要求3所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，所述半圆管的两端均设置有呈方形的固定部，所述辐射屏的内壁上开设有用于固定所述固定部的方孔。
5.如权利要求1所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，所述隔热层由硅质气凝胶制成。
6.如权利要求1所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，所述发热管为红外线灯管。
7.如权利要求1所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，所述炉壁包括相互配合以形成用于容纳所述隔热层的空间的两个半炉壁件。
8.如权利要求7所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，所述半炉壁件包括套设在所述隔热层外的侧壁，以及设置在所述侧壁两端且用于固定连接两个所述半炉壁件的紧固部。
9.如权利要求8所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，所述侧壁与所述紧固部一体成型。
10.如权利要求8所述的光学精密非球面玻璃模压成型设备，其特征在于，所述紧固部成片状，且所述紧固部上开设有多个紧固孔。
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