CN115504656A - 一种低成本压型模具的制备方法及透镜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学镜片模压制造技术领域，尤其涉及一种低成本压型模具的制备方法及透镜的制备方法。其中一种低成本压型模具的制备方法，包括，提供一母模具，所述母模具作用部的曲面度匹配透镜的目标曲面度；其中所述母模具作用部的曲面度包含母模具曲面度的补偿量；于第一预定施压环境下通过母模具对预制体做施压处理以使得所述预制体上形成一与所述母模具曲面度互补的预制曲面度，所述预制曲面度形成于所述预制体的作用部；于第二预定施压环境下通过所述预制体的作用部对透镜玻璃胚体做施压处理以形成所述透镜。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜片模压制造技术领域，尤其涉及一种低成本压型模具的制备方法及透镜的制备方法。
背景技术
激光器、精密仪器、消费电子等领域，已广泛使用模压工艺制造的镜片，相比于传统的研磨抛光工艺，模压工艺制造镜片的重要优势在于可以较低的成本批量制造非球面透镜。镜片的模压制造，有两个重要工艺特点：第一个工艺特点是模具所用材料要求较高，通常基本都是特种钨钢，制造模具的材料须具有硬度硬、弹性模量高、热膨胀系数低、导热率高等特点，这种钨钢材料昂贵，需要进口，且模具靠单点金刚石机床磨削加工，因此压型模具的成本高且加工周期长。第二个工艺特点是使用寿命低、或者使用频次不高，一组新模具(即使已做表面镀类金刚石膜处理)，通常只能压制数千次镜片，例如压制4000次后，模具表面已损毁到不能再使用(否则压制出的镜片表面质量不合格)，这种表面已损毁模具只能再次上单点金刚石机床磨削加工，再次上单点金刚石机床磨削加工的过程几乎相当于重新制作一组新的模具(除节省材料成本外，主要的单点金刚石加工成本省不了)，也可以理解为模具的成本主要集中于材料成本和开模成本。
因此，行业上对于镜片压型的模具有很多的降成本尝试，例如使用金属陶瓷复合材料制作模具，或如申请号为200810116029.0的中国发明专利申请公开了一种用模压法制造非球面透镜的模具，技术构思是：直接以玻璃胚体制作模具，这些办法除了能在模具材料上有所节省，但都不能降低模具因数千次模压寿命分摊的成本，即开模成本并未降低。故如何降低模具的成本一直是行业难题。
发明内容
本发明申请，针对以上行业难题，提出了一种全新的低成本压型模具的制备方法及透镜的制备方法，可以显著地降低压型模具的材料成本和面型加工的制造成本(开模成本)，并且模具的加工周期短。
一方面，本申请提供一种低成本压型模具的制备方法，其中：包括，
提供一母模具，所述母模具作用部的曲面度匹配透镜的目标曲面度；其中所述母模具作用部的曲面度包含母模具曲面度的补偿量；
于第一预定施压环境下通过母模具对预制体做施压处理以使得所述预制体上形成一与所述母模具曲面度互补的预制曲面度，所述预制曲面度形成于所述预制体的作用部；
于第二预定施压环境下通过所述预制体的作用部对透镜玻璃胚体做施压处理以形成所述透镜。
优选地，上述的一种低成本压型模具的制备方法，其中：还包括：
检测所述透镜的曲面度，于所述透镜的曲面度不匹配所述目标曲面度的状态下，对所述母模具曲面度做调整，直至所述透镜的曲面度匹配所述目标曲面度。
优选地，上述的一种低成本压型模具的制备方法，其中：还包括：
所述透镜的曲面度匹配所述目标曲面度的状态下形成标准母模具，
于第一预定施压环境下通过标准母模具对预制体做施压处理以形成标准预制体。
优选地，上述的一种低成本压型模具的制备方法，其中：所述第一预定施压环境的工作温度不小于所述预制体的屈服温度。
优选地，上述的一种低成本压型模具的制备方法，其中：所述透镜玻璃胚体的屈服温度小于所述预制体的转变温度；所述第二预定施压环境的工作温度不小于所述透镜玻璃胚体的屈服温度，且不大于所述预制体的转变温度。
优选地，上述的一种低成本压型模具的制备方法，其中：还包括，
于所述标准母模具和所述标准预制体形成的状态下；对所述标准母模具的作用部和/或所述标准预制体的作用部做镀保护膜处理。
另一方面，本申请提供一种透镜的制备方法，其中，包括：
提供上述一种低成本压型模具的制备方法形成的标准预制体；
于第二预定施压环境下通过所述标准预制体的作用部对透镜玻璃胚体做施压处理以形成目标透镜。
优选地，上述的一种透镜的制备方法，其中，包括：所述标准母模块的材料为金属、陶瓷或玻璃中的任意一种。
优选地，上述的一种透镜的制备方法，其中，包括：所述标准预制体的材料为低熔点玻璃。
优选地，上述的一种透镜的制备方法，其中，包括：所述透镜玻璃胚体的材料为低熔点玻璃或塑料中的任意一种。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
通过标准母模具于第一预定施压环境下对预制体做施压处理以形成标准预制体，通过标准预制体对透镜玻璃胚体于第二预定施压环境下做施压处理以形成目标透镜。上述使用过程中，通过标准预制体对透镜玻璃胚体做模压处理以形成目标透镜。一方面减少了标准母模具的使用频率，另一方面通过标准母模具形成标准预制体，标准预制体的材质相对低廉，当一个标准预制体失效后，可以通过标准母模具以相对较低的成本再次形成一个标准预制体，大大降低了透镜产品的生产成本，同时标准预制体的形成周期也相对较短。简言之，本申请的技术方案不仅降低了模压透镜模具的材料成本，同时节约了模压透镜模具的开发成本及开发周期。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种低成本压型模具的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种透镜的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种透镜的制备方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种透镜的制备方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种透镜的制备方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的一种透镜的制备方法的流程示意图；
图7为本发明实施例提供的一种透镜的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
实施例一
本发明实施例提供一种低成本压型模具的制备方法，可更为简单地、批量地制造模具，相比于现有的模具制备技术，用本申请的方法制备模具的成本极低，本申请的方法，核心是以低熔点玻璃作为模具(即本申请中的标准预制体)的材料，模具(即本申请中的标准预制体)本身就是通过模压制造出来的，大大降低了模具的开发周期，其材料成本也较低。
本申请提供一种低成本压型模具的制备方法，其中：包括，
如图1所示，步骤S110、提供一母模具，所述母模具作用部的曲面度匹配透镜的目标曲面度；其中所述母模具作用部的曲面度包含母模具曲面度的预补偿量。预补偿量的计算方案可以参考申请号为CN201911064623的专利申请公开的一种非球面玻璃透镜模压成形预补偿方法。
第一预定施压环境下通过母模具对预制体做施压时，母模具对预制体表面施压状态与预制体冷却至常温状态表面的面型是不同，热压时的模具给定表面需要做预先的补偿。
需要说明的是：母模具作用部的曲面度与透镜的目标曲面度并非完全一致，由于玻璃的黏弹特征存在，故母模具作用部的曲面度存在有一些预补偿量，该预补偿量导致母模具作用部的曲面度与透镜的目标曲面度并非完全一致。
步骤S120、于第一预定施压环境下通过母模具对预制体做施压处理以使得所述预制体上形成一与所述母模具曲面度互补的预制曲面度，所述预制曲面度形成于所述预制体的作用部；进一步地，所述第一预定施压环境的工作温度不小于所述预制体的屈服温度。
步骤S130、于第二预定施压环境下通过所述预制体的作用部对透镜玻璃胚体做施压处理以形成所述透镜；进一步地，所述透镜玻璃胚体的屈服温度小于所述预制体的转变温度；所述第二预定施压环境的工作温度不小于所述玻璃胚体的屈服温度，且不大于所述预制体的转变温度。还包括：
步骤S140、检测所述透镜的曲面度，于所述透镜的曲面度不匹配所述目标曲面度的状态下，对所述母模具曲面度做调整，直至所述透镜的曲面度匹配所述目标曲面度的状态下形成标准母模具和标准预制体。具体地：模压后实测透镜表面轮廓，于所述透镜的曲面度不匹配所述目标曲面度的状态下，再次计算形成偏差补偿量，根据偏差补偿量对所述母模具曲面度做调整，继续根据偏差补偿修磨后的母模继续循环执行步骤S110～步骤S140，直至镜片实测轮廓达到要求，这时模具的单点金刚石补偿修磨完成，即形成了标准母模具。
需要说明的是，偏差补偿量旨在针对所述母模具的做补偿，不需要对预制体做补偿，对母模具的“压--测--再压--再测”的补偿修磨过程与现有技术相同。
通过上述步骤形成标准母模具，通常标准母模具的材料可以是金属、陶瓷或玻璃。
在实际使用过程中，通过标准母模具于第一预定施压环境下对预制体做施压处理以形成标准预制体，通过标准预制体对透镜玻璃胚体于第二预定施压环境下
做施压处理以形成目标透镜。上述使用过程中，通过标准预制体对透镜玻璃胚体做模压处理以形成目标透镜。一方面减少了标准母模具的使用频率，另一方面通过标准母模具形成标准预制体，标准预制体的材质相对低廉，当一个标准预制体失效后，可以通过标准母模具以相对较低的成本再次形成一个标准预制体，大大降低了透镜产品的生产成本。
示意性地，假设标准母模具的使用次数为X次，用现有技术一个标准母模具仅能制作X个目标透镜。采用本申请的技术方案。标准母模具的使用次数为X次，标准预制体的使用次数为Y次，那么一个标准母模具能制作形成X*Y个目标透镜。大大降低了目标透镜的生产成本。在制作同样数量的目标透镜的场合下，标准母模具于高温环境中工作的次数明显降低，有利于保持标准母模具的稳定性能。
作为进一步优选实施方案，上述的一种低成本压型模具的制备方法，其中：还包括，
于所述标准母模具和所述标准预制体形成的状态下；对所述标准母模具的作用部和/或所述标准预制体的作用部做镀保护膜处理。
在模具制作过程中，其模具材料有一些特殊的技术要求，一方面要求材料的硬度高，另外还需要要求材料热膨胀系数低。于标准母模具或标准预制体的材料表面的硬度不够高的情况下，可以通过在模具表面镀上一层保护膜来处理，这层保护膜既可以提高表面的硬度和细致度，还可以有效防止被压玻璃和模具之间的黏连。最常用的保护膜是DLC膜(diamond like carbon，也称类金刚石膜)，也有镀制贵金属保护膜。通过镀保护膜的方式提高标准母模具或标准预制体材料表面的硬度。
需要补充说明的是：在用标准预制体模压透镜玻璃胚体时(即第二预定施压环境操作状态下)，标准预制体必须是“硬”的，而透镜玻璃胚体是“软”的，则在选择标准预制体的材质及透镜玻璃胚体的材质时，通过适当选取低熔点的透镜玻璃胚体以实现上述要求。
适用于模压制造的低熔点玻璃有很多种，每一种低熔点玻璃都有三个重要温度特性参数：转变温度、屈服温度、软化温度(以豪雅HOYA命名为例)，或者：转变温度、驰垂温度、软化温度(以成都光明CDGM命名为例)，概念相似。转变温度、屈服温度与软化温度之间，可能有几十度的区间差，例如豪雅(HOYA)的S-TIH53玻璃，转变温度为624°，屈服温度为658°，软化温度为692°；成都光明(CDGM)的D-K9玻璃，转变温度为496°，屈服温度为558°，软化温度为637°。
施压环境的温度都是在屈服温度与软化温度区间内进行，这时的玻璃胚体是“柔软”的，如果当前施压环境的温度更靠近软化温度，则玻璃更柔软而更易变形，如果模压温度更靠近屈服温度，则玻璃胚体不太柔软而更不易变形；如果当前施压环境的温度在转变温度之下，可以认为玻璃胚体此时处于硬质状态，压不动。因此就存在一个适合的模压温度点，例如以S-TIH53玻璃在680°温度时制做标准预制体，用这个标准预制体在600°温度时模压D-K9透镜玻璃胚体制造最终透镜，在600°温度时D-K9玻璃“柔软度”合适，而S-TIH53玻璃标准预制体是“硬”的。
显然，作为标准预制体的玻璃转变温度值，必须高于透镜玻璃胚体的屈服温度值(以上一段温度)，如能高于透镜玻璃胚体的软化温度值更好，如果远高于玻璃胚体的软化温度值就最好。本申请方法给出的要求是，标准预制体玻璃转化温度值高于最终透镜玻璃屈服温度值。
例如以S-TIH53玻璃做标准预制体，压制成都光明(CDGM)的D-FK95玻璃，D-FK95玻璃转变温度为409°，屈服温度为446°，软化温度为482°，在460°时模压最终透镜，这时标准预制体转变温度624°高出460°有164°，高出最终透镜SP值482°也有142°。
上述母模具的材料可以是金属、陶瓷或玻璃，模压型面可以镀制或不镀保护膜。
本申请中的标准预制体的材料是转变温度较高的低熔点玻璃，模压型面或作用部可以镀制或不镀保护膜。
本申请中的透镜玻璃胚体的材料可以是低熔点玻璃或塑料。
综上所述，本申请的方法可以描述为：
先用母模具以高温模压出标准预制体，再用标准预制体以低温模压出最终透镜坯料(例如用钨钢母模具以680°模压出S-TIH53玻璃标准预制体，再用S-TIH53玻璃标准预制体以460°模压D-FK95玻璃透镜坯料)，然后反复迭代检测和修磨的过程直至透镜坯料轮廓合格，母模具的补偿修磨算完成以形成标准母模具，然后以标准母模具压出的标准预制体用于透镜生产，所述标准预制体就是低成本压型模具，本申请的方法显著降低了模压制造光学镜片的整体工艺成本。
实施例二
另一方面，本申请再提供一种透镜的制备方法，其中，包括：
步骤S210、提供实施例一——一种低成本压型模具的制备方法形成的标准预制体；
步骤S220、于第二预定施压环境下通过所述标准预制体的作用部对透镜玻璃胚体做施压处理以形成目标透镜。
上述的标准预制体可以模压平凸、平凹、双凸、双凹、凸凹等形状的单粒透镜或阵列型的透镜组，所述单粒透镜或阵列型透镜，具有旋转对称或旋转不对称的、球面或非球面的通光表面。
上述母模具的材料可以是金属、陶瓷或玻璃，模压型面可以镀制或不镀保护膜。
本申请中的标准预制体的材料是转变温度较高的低熔点玻璃，模压型面或作用部可以镀制或不镀保护膜。
本申请中的透镜玻璃胚体的材料可以是低熔点玻璃或塑料。
下面结合附图2-7对本发明作进一步的详细说明。
本实施例中，以模压制造平凸型非球面玻璃镜片为例。图2中10为套筒，20为下模仁，30为上模仁，套筒10加下模仁20加上模仁30组成一个最简单的模压腔，施压方向自上向下，当模具被置于模压机中达到设定温度时，上模仁30被下压直至被套筒10限位而不能继续下压时为止。
母模具40具有凸面。其中，母模具40可以设置为与上模仁30取用相同或不同的材料，例如取用钨钢；母模具40与上模仁30可以设置为分体的，其相互连接方式有多种，母模具40与上模仁30也可以设置为一体；母模具40具有与最终成品透镜所需面形非常接近的凸型面401；母模具40的凸型面401可由单点金刚石机床精密加工而得；母模具凸型面401上可以镀制DLC保护膜。
如图2-图3所示，预制体50为用于制作标准预制体用的低熔点玻璃胚体，预制体50的形状可以是抛光平片，具有抛光的、供模压的上表面。母模具40下压预制体50，使预制体50变形成为“标准预制体”60，标准预制体60具有凹陷的弧面，凹弧面的面形由母模具40的凸型面401给出，并与凸型面401互补。
显然地，母模具40可以设置在下模仁上，而低熔点玻璃胚体的预制体50可以设置在上模仁上，这里的结构可以有多种设计，本申请对此不做过多描述。
如图4、5所示，将模压后获得的标准预制体从模压机中取出，冷却后得到具有凹型面601的凹模标准预制体60，这时所得到的凹型面601与母模具40所具有的凸型面401互补但有细微的差别。
凹模标准预制体的凹型面601用于压制最终的镜片，为了改善模具表面的品质，可按常规在凹型面601上镀制一层DLC膜，然后再用于最终镜片的生产。
如图5-图6所示，将制造最终镜片的玻璃胚体70(通常是抛光球体)，放入标准预制体60的凹腔中，进行模压，玻璃胚体70变形成为最终镜片坯料80。
如图7所示，将模具移出模压机，待冷却后取出镜片坯料80，镜片坯料80具有由标准预制体给出的凸型面801，镜片坯料凸型面801的面形，与标准预制体的凹型面601的面形互补但有细微的差别，与母模具的凸型面401的面形相同但有细微的差别。
测量镜片坯料凸型面801轮廓，于镜片坯料凸型面801轮廓不符合目标透镜的状态下，获取镜片坯料凸型面801轮廓与目标透镜之间的偏移量，根据偏差量对母模具凸型面401轮廓做补偿修磨处理，再压标准预制体60与成品镜片坯料80，再测坯料凸型面801轮廓，再补偿修磨母模具凸型面401轮廓，直至坯料凸型面801轮廓合格。
正常生产中，再将最终透镜坯料80，做必要的边缘滚边或修切，即获得成品平凸型非球面透镜。
对比现有技术，现有技术的做法相当于用母模具(当然须是凹面的)直接压制最终透镜玻璃胚料，本申请的做法是以母模具压制出标准预制体后，由标准预制体再压制最终透镜玻璃胚料。本申请的方法，在补偿修磨母模具过程中略显麻烦，增加了少量模压成本，但补偿修磨好母模具后，标准预制体的材料成本、压型制造成本以及DLC镀膜的(大批量分摊)成本极低，一件标准预制体，在应用数千次(到寿命)后就可直接丢弃不再做修整了。
需要指出的是，本申请中以模压平凸型单粒透镜为例，但并不局限于此，应用本申请方法可以模压平凹、双凸、双凹、凸凹等形状的单粒镜片，也可以模压阵列型的镜片组，这取决于模具的结构设计，模压的单粒镜片或阵列镜片，具有旋转对称(有旋转对称轴)或旋转不对称(例如柱面镜)的通光表面，具有球面或非球面通光表面。
需要指出的是，本申请只给出压型模具的制备方法，而模具结构设计有多种多样，例如水平平铺式的“一模多穴”，或垂直级联式的“一轴多级”，本申请对此不做过多描述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种低成本压型模具的制备方法，其特征在于：包括，
提供一母模具，所述母模具作用部的曲面度匹配透镜的目标曲面度；其中所述母模具作用部的曲面度包含母模具曲面度的补偿量；
于第一预定施压环境下通过母模具对预制体做施压处理以使得所述预制体上形成一与所述母模具曲面度互补的预制曲面度，所述预制曲面度形成于所述预制体的作用部；
于第二预定施压环境下通过所述预制体的作用部对透镜玻璃胚体做施压处理以形成所述透镜。
2.根据权利要求1所述的一种低成本压型模具的制备方法，其特征在于：还包括：
检测所述透镜的曲面度，于所述透镜的曲面度不匹配所述目标曲面度的状态下，对所述母模具曲面度做调整，直至所述透镜的曲面度匹配所述目标曲面度。
3.根据权利要求2所述的一种低成本压型模具的制备方法，其特征在于：还包括：
于所述透镜的曲面度匹配所述目标曲面度的状态下根据所述母模具形成标准母模具，
于第一预定施压环境下通过标准母模具对预制体做施压处理以形成标准预制体。
4.根据权利要求1所述的一种低成本压型模具的制备方法，其特征在于：所述第一预定施压环境的工作温度不小于所述预制体的屈服温度。
5.根据权利要求1所述的一种低成本压型模具的制备方法，其特征在于：所述透镜玻璃胚体的屈服温度小于所述预制体的转变温度；所述第二预定施压环境的工作温度不小于所述玻璃胚体的屈服温度，且不大于所述预制体的转变温度。
6.根据权利要求3所述的一种低成本压型模具的制备方法，其特征在于：还包括，
于所述标准母模具和所述标准预制体形成的状态下；对所述标准母模具的作用部和/或所述标准预制体的作用部做镀保护膜处理。
7.一种透镜的制备方法，其特征在于，包括：
提供权利要求3或6所述一种低成本压型模具的制备方法形成的标准预制体；
于第二预定施压环境下通过所述标准预制体的作用部对透镜玻璃胚体做施压处理以形成目标透镜。
8.根据权利要求7所述的一种透镜的制备方法，其特征在于，包括：所述标准母模块的材料为金属、陶瓷或玻璃中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的一种透镜的制备方法，其特征在于，包括：所述标准预制体的材料为低熔点玻璃。
10.根据权利要求7所述的一种透镜的制备方法，其特征在于，包括：所述透镜玻璃胚体的材料为低熔点玻璃或塑料中的任意一种。
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|---|---|---|---|
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2022
- 2022-10-28 CN CN202211333048.5A patent/CN115504656A/zh not_active Withdrawn
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