CN116462390A - 一种可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具及其制备方法，模具包括上模具和下模具；上模具上设有上凹槽，下模具上设有与上凹槽匹配的下凹槽，上模具和下模具所用材质均为镍合金，上凹槽内表面镀制有第一金属过渡层，下凹槽内表面镀制有第二金属过渡层，第一金属过渡层和第二金属过渡层中至少有一个的表面为衍射面，第一金属过渡层和第二金属过渡层所用材质均为镍。本发明可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，现了红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的直接模压成型，降低了带衍射面的硫系玻璃透镜的制造成本，提高了合格率和生产效率；且模具结构稳定性好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及一种可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具及其制备方法，属于透镜衍射面加工技术领域。
背景技术
一般硫系玻璃透镜的压铸模具都采用钨钢材质，然后表面直接镀上类金刚石膜，以增加模具表面硬度从而增加模具寿命，但钨钢硬度太高，只能采用磨床磨削加工，由于磨头的大小限制，所以无法在模具上直接加工出微米粗细的衍射环。而硬度低的材料，又无法适应模压时的压力和高温，易变形。因此，目前行业内，红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的生产，模压完的硫系玻璃透镜，需要再用金刚石精密单点车床车出衍射环，无法直接模压成型。造成带衍射面的硫系玻璃透镜成本高、合格率低、生产效率低下。
发明内容
本发明提供一种可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具及其制备方法，实现了红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的直接模压成型，降低了带衍射面的硫系玻璃透镜的制造成本，提高了合格率和生产效率。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，包括上模具和下模具；上模具上设有上凹槽，下模具上设有与上凹槽匹配的下凹槽，上模具和下模具所用材质为镍合金，上凹槽内表面镀制有第一金属过渡层，下凹槽内表面镀制有第二金属过渡层，第一金属过渡层和第二金属过渡层中至少有一个表面为衍射面，第一金属过渡层和第二金属过渡层所用材质均为镍。
本申请上模具和下模具所用材质为镍合金，其硬度比钨钢低，但比一般钢材要硬，满足使用要求。传统钨钢模具表面采用的类金刚石镀层，在模具被加热后，无法牢固的附着在模具上，使模具的镀层寿命仅为几次。本申请采用镍过渡层后，衍射环加工在过渡层上，降低了加工难度，而镍镀层和镍合金的膨胀系数接近，加热后附着的依然足够牢固，显著延长了模具使用寿命。
上述模具采用金刚石单点车床车削时，配合激光加热辅助，可直接在模具上加工出微米粗细的衍射环，且可适应模压时的压力和高温，不易变形，实现了红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的直接模压成型，结构简单，使用方便，成本低廉，提高了生产效率和合格率。
上述上凹槽和下凹槽是相互匹配的，二者位置上下相对，可压制出目标透镜，第一金属过渡层和第二金属过渡层表面分别与目标透镜的两面面型是对应相同的，由于目标透镜至少一面为衍射面，因此，第一金属过渡层和第二金属过渡层中至少有一个表面为衍射面。
本申请的模具，采用镍合金作为基材，相对钨钢硬度低，但是相对其他材料硬度又高很多，可以直接用金刚石单点车床车削。
制备红外硫系玻璃非球面透镜衍射面时，将原料置于上模具和下模具之间，可直接模压成型，得到带衍射面的红外硫系玻璃非球面透镜。模压成型时加热等为现有常识，本申请不再赘述。
为了增加模具表面硬度和模具寿命，在第一金属过渡层的表面镀制有第一贵金属层，第二金属过渡层的表面镀制有第二贵金属层，贵金属层为纳米级，极薄，不会影响过渡层的面型，与衍射面对应的贵金属层也为衍射面。这样可提高模具非球面表面硬度。同时，金属过渡层的设置，增加了镍合金基材和贵金属层粘结力。
为了进一步提高膜具的硬度，第一贵金属层和第二贵金属层所用材质均为稀有贵金属。稀有贵金属为金、银或铂族金属中的至少一种。
为了兼顾成本和使用寿命，第一贵金属层和第二贵金属层的厚度均为200±20nm。
为了提高与镍合金基材的粘结力，第一金属过渡层和第二金属过渡层所用材质的热膨胀系数与上模具和下模具所用镍合金的热膨胀系数差值<±2。
为了兼顾成本和使用寿命，优选，上模具和下模具所用材质均为inconel 718镍合金。进一步优选，第一金属过渡层和第二金属过渡层的厚度均为0.05±0.01mm。
上述可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具的制备方法为：用金刚石单点车床在上模具和下模具镍合金基材上将硫系玻璃非球面透镜需要的面型粗胚型车削出来；然后在粗胚型镀上一层金属过渡层，此金属过渡层与镍合金的热膨胀系数相近，这样在模具加热到高温时，不会脱落；再在金属过渡层上车削最终的非球面面型和衍射环。为了提高模具寿命，最后再在金属过渡层上镀一层硬度更高的贵金属层，最后经抛光后模具完工。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，可在玻璃透镜精密模压机上直接模压带衍射面的红外硫系玻璃非球面透镜，可适应模压时的压力和高温，不易变形，实现了红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的直接模压成型，结构简单，使用方便，成本低廉，提高了生产效率和合格率；模具基材镍合金相对钨钢较软，在镀上一层热膨胀系数相近的金属过渡层后，可直接加工非球面上的衍射环；进一步，在镀制了一层硬度更高的贵金属层后，模具非球面的表面硬度接近钨钢模具的硬度，可以保证模具寿命，并且多次模压后不变形、不分层；金属过渡层让镍合金基材和贵金属层更紧密的结合，中和了镍合金基材和贵金属层的热膨胀系数差异。
附图说明
图1为本发明可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具的结构示意图；
图2为模压状态示意图；
图中，1为上模具，11为上凹槽，12为第一金属过渡层，13为第一贵金属层，2为下模具，21为下凹槽，22为第二金属过渡层，23为第二贵金属层，3为限位筒，4为原料。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本申请上下、左右、水平、竖直等方位词，均为基于附图所示的相对方位或位置关系，不应理解为对本申请的绝对限制。
实施例1
如图1所示，一种可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，包括上模具和下模具；上模具上设有上凹槽，下模具上设有与上凹槽匹配的下凹槽，上模具和下模具所用材质为inconel 718镍合金，上凹槽内表面镀制有第一金属过渡层，下凹槽内表面镀制有第二金属过渡层，第一金属过渡层和第二金属过渡层中至少有一个表面为衍射面。第一金属过渡层和第二金属过渡层所用材质均为镍；第一金属过渡层和第二金属过渡层的厚度均为0.05mm。图1中断开线，省略了模具和下模具的高度。
上述可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具的制备方法为：用金刚石单点车床在上模具和下模具镍合金基材上将硫系玻璃非球面透镜需要的面型粗胚型车削出来；然后在粗胚型镀上一层金属过渡层(第一金属过渡层和第二金属过渡层)，此金属过渡层与镍合金的热膨胀系数相近，这样在模具加热到高温时，不会脱落；再在金属过渡层上采用金刚石单点车床车削时，配合激光加热辅助，加工出最终的非球面面型和微米粗细的衍射环，最后经抛光后模具完工。
制备红外硫系玻璃非球面透镜衍射面时，如图2所示，将原料置于上模具和下模具之间，直接模压成型，得到带衍射面的红外硫系玻璃非球面透镜，上述模具可适应模压时的压力和高温，不变形，实现了红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的直接模压成型，结构简单，使用方便，成本低廉，提高了生产效率和合格率。上述模具适应模压时的压力和高温，重复使用60次后，第一、第二金属过渡层仍与上、下凹槽紧密结合，无分层现象，且模具也无变形问题，满足继续使用的要求，且制得的透镜均满足使用要求，合格率100％。
实施例2
如图1所示，一种可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，包括上模具和下模具；上模具上设有上凹槽，下模具上设有与上凹槽匹配的下凹槽，上模具和下模具所用材质为inconel 718镍合金，上凹槽内表面镀制有第一金属过渡层，下凹槽内表面镀制有第二金属过渡层，第一金属过渡层和第二金属过渡层所用材质均为镍；第一金属过渡层和第二金属过渡层的厚度均为0.05mm，第一金属过渡层和第二金属过渡层中至少有一个表面为衍射面。为了进一步延长模具的使用寿命，第一金属过渡层的表面镀制有第一贵金属层，第二金属过渡层的表面镀制有第二贵金属层，这样可提高模具非球面表面硬度。第一贵金属层和第二贵金属层所用材质均为铂；第一贵金属层和第二贵金属层的厚度均为200nm。
上述可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具的制备方法为：用金刚石单点车床在上模具和下模具镍合金基材上将硫系玻璃非球面透镜需要的面型粗胚型车削出来；然后在粗胚型镀上一层金属过渡层(第一金属过渡层和第二金属过渡层)，此金属过渡层与镍合金的热膨胀系数相近，这样在模具加热到高温时，不会脱落；再在金属过渡层上采用金刚石单点车床车削时，配合激光加热辅助，加工出最终的非球面面型和微米粗细的衍射环，再在金属过渡层上镀一层硬度更高的贵金属层(第一贵金属层和第二贵金属层)，最后经抛光后模具完工。上述模具适应模压时的压力和高温，重复使用100次后，各层之间仍紧密结合，无分层现象，且模具也无变形问题，满足继续使用的要求，且制得的透镜均满足使用要求，合格率100％。
上述各例可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，可在玻璃透镜精密模压机上直接模压带衍射面的红外硫系玻璃非球面透镜；模具基材镍合金相对钨钢较软，在镀上一层热膨胀系数相近的金属过渡层后，可直接加工非球面上的衍射环。进一步，在镀制了一层硬度更高的贵金属层后，模具非球面的表面硬度接近钨钢模具的硬度，可以保证模具寿命，并且多次模压后不变形；金属过渡层让镍合金基材和贵金属层更紧密的结合，中和了镍合金基材和贵金属层的热膨胀系数差异，经验证，此模具寿命与钨钢模具寿命无异，结构稳定性好，使用寿命长，同时降低了红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的制备成本、提高了合格率和生产效率。
Claims (10)
1.一种可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，包括上模具(1)和下模具(2)；上模具(1)上设有上凹槽(11)，下模具(2)上设有与上凹槽(11)匹配的下凹槽(21)，其特征在于：上模具(1)和下模具(2)所用材质均为镍合金，上凹槽(11)内表面镀制有第一金属过渡层(12)，下凹槽(21)内表面镀制有第二金属过渡层(22)，第一金属过渡层(12)和第二金属过渡层(22)中至少有一个的表面为衍射面，第一金属过渡层(12)和第二金属过渡层(22)所用材质均为镍。
2.如权利要求1所述的可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，其特征在于：第一金属过渡层(12)的表面镀制有第一贵金属层(13)，第二金属过渡层(22)的表面镀制有第二贵金属层(23)。
3.如权利要求2所述的可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，其特征在于：第一贵金属层(13)和第二贵金属层(23)所用材质均为稀有贵金属。
4.如权利要求3所述的可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，其特征在于：稀有贵金属为金、银或铂族金属中的至少一种。
5.如权利要求2所述的可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，其特征在于：第一贵金属层(13)和第二贵金属层(23)的厚度均为200±20nm。
6.如权利要求1-5任意一项所述的可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，其特征在于：第一金属过渡层(12)和第二金属过渡层(22)所用材质的热膨胀系数与上模具(1)和下模具(2)所用镍合金的热膨胀系数差值<±2。
7.如权利要求6所述的可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，其特征在于：上模具(1)和下模具(2)所用材质均为inconel 718镍合金。
8.如权利要求1-5任意一项所述的可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具，其特征在于：第一金属过渡层(12)和第二金属过渡层(22)的厚度均为0.05±0.01mm。
9.权利要求1-8任意一项所述的可直接模压红外硫系玻璃非球面透镜衍射面的模具的制备方法，其特征在于：用金刚石单点车床在上模具和下模具镍合金基材上将硫系玻璃非球面透镜需要的面型粗胚型车削出来；然后在粗胚型镀制第一金属过渡层和第二金属过渡层，再在金属过渡层上采用金刚石单点车床车削、配合激光加热辅助，加工出非球面面型和衍射环，最后经抛光，模具完工。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：抛光前，分别在第一金属过渡层和第二金属过渡层上镀制第一贵金属层和第二金属过渡层，然后抛光，模具完工。
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