一種復(fù)雜微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模壓裝置，其針對(duì)的是復(fù)雜微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的超聲振動(dòng)精密模壓
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的光學(xué)元件加工方法主要包括初加工、精加工、研磨拋光三個(gè)步驟，盡管能夠采用比較成熟的數(shù)控機(jī)床磨削和磁流變拋光技術(shù)加工出高精度的光學(xué)元件，但該方法存在加工周期長、成本高，難以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。隨著模壓成形技術(shù)的發(fā)展，這些問題能夠很好的得到解決。但是，針對(duì)復(fù)雜型面的光學(xué)元件，尤其是對(duì)于帶有陣列的微細(xì)結(jié)構(gòu)光學(xué)元件，其玻璃坯料在模壓過程中難以充滿帶有微結(jié)構(gòu)的模具型腔，從而影響成型精度。對(duì)于光學(xué)玻璃，目前模壓方式多為單一的下模具或上模具直線運(yùn)動(dòng)擠壓方式，用于微結(jié)構(gòu)的光學(xué)玻璃元件的模壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)填充性能較差，影響形狀和尺寸的傳遞性及成型精度；應(yīng)力分布不均勻，影響光學(xué)元件的物理性能和光學(xué)性能；有時(shí)造成模具表面粗糙度下降、鍍膜層剝落、玻璃粘附等現(xiàn)象，影響脫模；合模時(shí)，容易在模具的微細(xì)結(jié)構(gòu)與玻璃接觸處形成封閉腔，封閉腔內(nèi)的氣體被擠壓，造成困氣現(xiàn)象，影響光學(xué)元件的形狀精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)目前的模壓成型方法加工復(fù)雜微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件時(shí)存在的一些不足，本發(fā)明提供一種適合于微結(jié)構(gòu)光學(xué)玻璃元件超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置，利用超聲振動(dòng)，改善熔融玻璃的流動(dòng)特性，提高模具的充填性能，改善光學(xué)元件的脫模性能，從而獲得高質(zhì)量的光學(xué)元件。
[0004]該方案包括加熱部分、振動(dòng)部分和加壓部分。加熱機(jī)構(gòu)分為上下兩部分，都主要由加熱板、電阻加熱棒、隔熱板等組成。上加熱機(jī)構(gòu)部分與加壓機(jī)構(gòu)連接，下加熱機(jī)構(gòu)部分安裝在模腔的底板上。加熱板中的電阻加熱棒提供熱量，隔熱板防止直接接觸傳熱到其它零件，同時(shí)起到保溫的效果。模壓成型過程中，模具安裝在加熱板上，實(shí)現(xiàn)模具由外而內(nèi)受熱。加壓機(jī)構(gòu)主要由氣缸、導(dǎo)軌滑塊，連桿等組成，使得上模以一定壓力和速度向下移動(dòng)。加壓機(jī)構(gòu)安裝在模腔上板，氣缸活塞桿通過連桿與模壓腔內(nèi)部的上加熱機(jī)構(gòu)部分連接，導(dǎo)軌與滑塊起到導(dǎo)向作用。壓力通過加熱機(jī)構(gòu)傳遞給模具和玻璃坯料。
[0005]振動(dòng)部分是由超聲波發(fā)生器、換能器和變幅桿組成。具體是啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，經(jīng)換能器后將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳遞給變幅桿，使變幅桿產(chǎn)生振動(dòng)，最終帶動(dòng)上模具實(shí)現(xiàn)超聲振動(dòng)。所述的超聲變幅桿為常規(guī)階梯型超聲變幅桿，超聲變幅桿用于將超聲換能器所產(chǎn)生的水平超聲振幅放大。變幅桿的超聲振動(dòng)特性是采用仿真軟件進(jìn)行模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0006]上述加熱部分，加熱板上增加一塊硬質(zhì)材料制造的均熱板，防止加熱板在電阻加熱棒的灼燒下和壓力的作用下，導(dǎo)致較大熱力變形。均熱板的熱量來源于加熱板的導(dǎo)熱。在上模與變幅桿之間加有隔熱板。此外，加熱板與均熱板邊界處開有方形槽，用來放置熱電偶，測量溫度。其中模具是可以拆卸的，模壓之前可以將模具固定在均熱板上，適用性更強(qiáng)。
[0007]本發(fā)明利用超聲振動(dòng)作用改善玻璃材料在復(fù)雜微結(jié)構(gòu)上流動(dòng)性和均勻性，提高玻璃、模具的貼合度，增強(qiáng)其填充性能，減少閉氣現(xiàn)象；在冷卻過程中，超聲振動(dòng)可以使晶粒細(xì)化，分布更均勻，避免應(yīng)力集中，使脫模性能得到改善，提高復(fù)雜微結(jié)構(gòu)光學(xué)玻璃元件的成型精度和表面質(zhì)量。由此，使用本方法能獲得內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度均勻的高質(zhì)量光學(xué)元件。
【附圖說明】
[0008]圖1為模壓機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1.氣缸，2.滑塊與導(dǎo)軌，3.連桿，4.換能器，5.變幅桿，6.上模加熱器，7.下模具，8.下模加熱器，9.底座，10.氣缸活塞桿，11.模壓腔上板，12.上隔熱板，13.上模具，14.玻璃還料，15.下隔熱板，16.模壓腔下板；
[0009]圖2為加熱裝置圖，其中，12.上隔熱板，17.均熱板18.電阻加熱棒。
【具體實(shí)施方式】
[0010]結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作具體說明。
[0011]圖1為超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中包括氣缸1、氣缸活塞桿10、滑塊與導(dǎo)軌2、連桿3、與連桿3相連接的換能器4、變幅桿5，在變幅桿5下接有加熱裝置，如圖2所示，包括12.上隔熱板，17.均熱板18.電阻加熱棒。上摸具13固定在加熱裝置下。整個(gè)過程當(dāng)中，都是在密閉的模壓腔中進(jìn)行。
[0012]模壓時(shí)，將上模具13和下模具7固定好，放入玻璃坯料14，啟動(dòng)加熱裝置，同時(shí)啟動(dòng)氣缸1，帶動(dòng)上模具13向下運(yùn)動(dòng)，直至玻璃坯料14與上模具13剛好接觸。將溫度加熱至璃軟化溫度Tg以上模壓的溫度。溫度傳感器將溫度信號(hào)發(fā)送給溫度控制器，從而實(shí)現(xiàn)過程中溫度的準(zhǔn)確控制。
[0013]啟動(dòng)氣缸1，按照設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)要求使上模具13向下移動(dòng)，與此同時(shí)，啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，為超聲換能器4提供電能，超聲換能器4用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的機(jī)械振動(dòng)波。所述的超聲變幅桿5為常規(guī)階梯型超聲變幅桿，超聲變幅桿5用于將超聲換能器4所產(chǎn)生的水平超聲振幅放大。利用位移傳感器將模具的位移信息反饋給運(yùn)動(dòng)控制器，保證上模具13的運(yùn)動(dòng)精度，從而控制模壓精度，一直到合模為止。
[0014]在保壓階段，關(guān)閉超聲波發(fā)生器，振動(dòng)停止。此時(shí)模具仍保持一定的壓力。
[0015]經(jīng)過一定的保壓和退火時(shí)間后，重新啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，同時(shí)控制氣缸1，使得上模具13向上移動(dòng)。通過脫模時(shí)添加超聲振動(dòng)，改善脫模性能，降低玻璃元件對(duì)模具表面的黏附和損壞。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種加工復(fù)雜微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置，包括氣缸、滑塊與導(dǎo)軌、連桿、超聲發(fā)生器、換能器、變幅桿、隔熱板、加熱棒、均熱板、模壓腔，其特征在于:模壓前，模具連同玻璃坯料放入模壓腔，利用加熱器加熱至玻璃軟化點(diǎn)，利用換能器，實(shí)現(xiàn)模具的超聲振動(dòng)，在加熱板中裝有溫度傳感器，將收到的溫度信號(hào)反饋給溫度控制器，調(diào)節(jié)模壓腔內(nèi)的溫度，在連桿中裝有位移傳感器，用來精準(zhǔn)控制模壓的位移精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置，其特征在于:超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置是利用電阻加熱棒分別對(duì)上下模具進(jìn)行預(yù)熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置，其特征在于:超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置的振動(dòng)是和加壓裝置連接在一起的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的，通過換能器和變幅桿，實(shí)現(xiàn)上模具的超聲振動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置，其特征在于:模具是可以拆卸的，模壓之前可以將模具固定在均熱板上。
【專利摘要】本發(fā)明為一種復(fù)雜微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的超聲振動(dòng)精密模壓成型裝置，包括氣缸、滑塊與導(dǎo)軌、連桿、超聲發(fā)生器、換能器、變幅桿、隔熱板、加熱板。模壓開始前，模具連同玻璃坯料放入模壓腔，利用電阻加熱棒加熱至玻璃軟化點(diǎn)溫度。模壓時(shí)，換能器將超聲發(fā)生器的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)，將振動(dòng)傳遞給模具，實(shí)現(xiàn)模具的超聲振動(dòng)。其中，加熱板與均熱板邊界處開有方形槽，用來放置熱電偶，將收到的溫度信號(hào)反饋給溫度控制器，調(diào)節(jié)模壓腔內(nèi)的溫度；在連桿中裝有位移傳感器，用來精準(zhǔn)控制模壓的位移精度。該裝置的應(yīng)用，能夠提高模壓的成品率和精度，改善脫模性能，降低玻璃元件對(duì)模具表面的黏附和損壞，實(shí)現(xiàn)雜微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的精密模壓成型。
【IPC分類】C03B11-00
【公開號(hào)】CN104529136
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410828964
【發(fā)明人】余劍武, 謝望清, 周小勇, 張漢衛(wèi), 易成
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日