本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備及成型方法，目的在于解決國內(nèi)外現(xiàn)有的熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備導(dǎo)致成型周期長，成型效率、生產(chǎn)效率低，模具使用壽命短、利用率低，工件制造成本高的問題。其包括工作臺、下模座、上模座、加壓云臺、真空罩、真空連接管等。本發(fā)明專利技術(shù)在加熱、模壓、退火、冷卻工藝上具有并行的特點，將生產(chǎn)效率提高到原來的2至3倍，并且能夠?qū)⒚總€周期中模具的溫差波動從500多攝氏度降低到80攝氏度，有效降低模具的冷熱疲勞，顯著延長模具的使用壽命，提高模具的利用率，大幅降低工件的加工成本，將非球面玻璃透鏡的大規(guī)模生產(chǎn)向前推進(jìn)了一大步，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益，市場前景廣闊。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)公開了，目的在于解決國內(nèi)外現(xiàn)有的熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備導(dǎo)致成型周期長，成型效率、生產(chǎn)效率低，模具使用壽命短、利用率低，工件制造成本高的問題。其包括工作臺、下模座、上模座、加壓云臺、真空罩、真空連接管等。本專利技術(shù)在加熱、模壓、退火、冷卻工藝上具有并行的特點，將生產(chǎn)效率提高到原來的2至3倍，并且能夠?qū)⒚總€周期中模具的溫差波動從500多攝氏度降低到80攝氏度，有效降低模具的冷熱疲勞，顯著延長模具的使用壽命，提高模具的利用率，大幅降低工件的加工成本，將非球面玻璃透鏡的大規(guī)模生產(chǎn)向前推進(jìn)了一大步，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益，市場前景廣闊。【專利說明】
本專利技術(shù)屬于近凈成形、超精密加工、精密模壓成型
，尤其是一種玻璃成型設(shè)備，具體為。
技術(shù)介紹
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著數(shù)碼科技的發(fā)展、3C產(chǎn)業(yè)(Computing/計算、Communicat1n /通訊、Consumer electronic products / 消費性電子產(chǎn)品)的快速成長，以及全球數(shù)碼產(chǎn)品(如數(shù)碼相機、智能手機、可穿戴產(chǎn)品等)需求量的逐年激增，高精度非球面透鏡、微透鏡、微透鏡陣列及衍射透鏡等玻璃光學(xué)元件的需求量越來越大。據(jù)統(tǒng)計，到2015年，各領(lǐng)域需求量如下:測量儀器領(lǐng)域，40億片左右；生產(chǎn)制造領(lǐng)域，36億片左右；醫(yī)療
，40億片左右；信息
，86億片左右；光電通信領(lǐng)域，38億片左右。另外，復(fù)雜非球面光學(xué)透鏡在汽車傳感器、汽車安全識別、攝像系統(tǒng)、汽車診斷設(shè)備等領(lǐng)域中，也以10-20%的年增長率增長。因此，如何高效率、低成本、大批量制造數(shù)量如此巨大、多尺度的精密玻璃光學(xué)元件，成為一個挑戰(zhàn)性的課題！與球面透鏡相比，玻璃非球面光學(xué)透鏡具有抑制色球差、透光性好、成像清晰明亮，以及具有較好的耐熱性、耐腐蝕性等抵抗環(huán)境變化的優(yōu)點。同時，在一個光學(xué)系統(tǒng)中，單一的非球面透鏡可以取代多個球面透鏡，從而減少透鏡的數(shù)量，使光學(xué)系統(tǒng)變得更加緊湊、輕薄，從而滿足當(dāng)前數(shù)碼產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備向輕、薄、短、小、精的方向發(fā)展的需要。因此，隨著數(shù)碼科技的發(fā)展，3C(通訊、消費電子、計算機)產(chǎn)業(yè)的快速成長，全球數(shù)碼產(chǎn)品的需求量激增，應(yīng)用于其中的非球面透鏡、微透鏡陣列、異型透鏡等光學(xué)元件供應(yīng)量不足的窘境將日益突顯。 現(xiàn)行的加工光學(xué)玻璃透鏡的方法主要為去除材料法，如單點金剛石車削技術(shù)、超精密磨削技術(shù)、超精密研磨拋光技術(shù)。采用去除材料法并輔助以計算機控制，能夠高效地加工一些球面鏡。但對于非球面鏡而言，采用材料去除法則顯得比較困難。雖然采用新型的磁流變拋光技術(shù)可以改進(jìn)加工工藝，但是對比同樣相對可觀質(zhì)量的非球面的玻璃透鏡與球面玻璃透鏡，去除材料法加工非球面玻璃透鏡的造價則十分昂貴。 作為一種替代傳統(tǒng)光學(xué)玻璃透鏡的制造方法，光學(xué)玻璃非球面器件的超精密模壓成型技術(shù)是一個被證實了的最有吸引力的工藝。精密模壓成型技術(shù)是一種在高溫下對光學(xué)玻璃壓縮成型的工藝。在高溫下，玻璃材料的粘度將會降低，在壓力作用下，能夠很容易產(chǎn)生變形；然后利用經(jīng)過光學(xué)拋光的模具在無氧環(huán)境下對光學(xué)玻璃擠壓成型，以得到所需要的表面形貌或圖案，尤其是非球面、自由曲面或微透鏡陣列等。與材料去除加工方法相比，光學(xué)玻璃器件的熱壓成型不需要進(jìn)一步的機械加工，因而能夠顯著提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。 目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備如圖1所示，該裝置包括工作臺、設(shè)置在工作臺上的下模座、與下模座相配合的上模座、設(shè)置在上模座中的上模具、設(shè)置在下模座中的下模具、加壓云臺、與加壓云臺相連的玻璃罩、與玻璃罩相連的真空波紋管、鎢絲組件，上模座設(shè)置在玻璃罩內(nèi)，通過鎢絲組件對上模具、下模具和玻璃工件同時進(jìn)行加熱，通過加壓云臺能帶動玻璃罩與工作臺貼合在一起，通過真空波紋管能夠使玻璃罩內(nèi)變?yōu)檎婵諣顟B(tài)。采用該設(shè)備進(jìn)行非球面玻璃透鏡模壓成型的過程如下:玻璃工件首先采用人工方式放在下模座的下模具上；然后，加壓云臺下降，抽取玻璃罩內(nèi)的空氣，使加壓環(huán)境為真空；隨后玻璃工件和模具一起被鎢絲組加熱(加熱溫度到玻璃軟化溫度600度左右)；接下來，完成非球面透鏡的壓力成型的轉(zhuǎn)制；最后，成型的透鏡被冷卻至室溫，制成產(chǎn)品。詳細(xì)的流程參見圖2，整個周期為5-7分鐘。 在上述過程中，玻璃的溫度變化和模具一致，整個加工工藝分為四個階段:加熱、壓型、退火和冷卻。完成一個工作周期所經(jīng)歷的加熱、壓型、退火、冷卻是嚴(yán)格按照時間的先后串聯(lián)順序，在成型室的同一個位置進(jìn)行，因而成型周期長，成型效率、生產(chǎn)效率低。另外，在該方法中，高精度模具的工作溫度范圍變化大，導(dǎo)致模具的使用壽命短。非球面玻璃透鏡模壓成型的模具極為昂貴，模具使用壽命的縮短，導(dǎo)致制造成本大幅增加。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的在于:針對國內(nèi)外現(xiàn)有的熱模壓精密非球面玻璃透鏡等溫成型設(shè)備需要在成型室的同一個位置，依次嚴(yán)格完成一個工作周期所經(jīng)歷的加熱、壓型、退火、冷卻工序，導(dǎo)致成型周期長，成型效率、生產(chǎn)效率低，同時模具的工作溫度范圍變化大，其使用壽命短、利用率低，工件制造成本高的問題，提供。本專利技術(shù)革新設(shè)計一種非等溫玻璃模壓成型設(shè)備，采用一種全新的加工工藝思路，解決上述設(shè)備的缺陷。本專利技術(shù)在加熱、模壓、退火、冷卻工藝上具有并行的特點，將生產(chǎn)效率提高到原來的2至3倍，并且能夠?qū)⒚總€周期中模具的溫差波動從500多攝氏度降低到80攝氏度，有效降低模具的冷熱疲勞，顯著延長模具的使用壽命，提高模具的利用率，大幅降低工件的加工成本，將非球面玻璃透鏡的大規(guī)模生產(chǎn)向前推進(jìn)了一大步，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益，市場前景廣闊。 為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案:一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，包括工作臺、設(shè)置在工作臺上的下模座、與下模座相配合的上模座、設(shè)置在上模座中的上模具、設(shè)置在下模座中的下模具、加壓云臺、與加壓云臺相連的真空罩、與真空罩相連的真空連接管、與真空連接管相連的抽真空裝置、用于對工件進(jìn)行加熱的加熱器、控制系統(tǒng)，還包括能帶動加壓云臺升降的云臺升降裝置、機械臂、升降轉(zhuǎn)動裝置、用于吸放工件的吸放裝置、用于對工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱裝置、冷卻裝置，所述機械臂包括第一轉(zhuǎn)動臂、與第一轉(zhuǎn)動臂相連的第二轉(zhuǎn)動臂，所述升降轉(zhuǎn)動裝置包括輸出軸，所述升降轉(zhuǎn)動裝置能通過輸出軸帶動機械臂沿輸出軸的軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動，所述吸放裝置分別設(shè)置在第一轉(zhuǎn)動臂、第二轉(zhuǎn)動臂上，所述上模座設(shè)置在真空罩內(nèi)，所述云臺升降裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置分別設(shè)置在工作臺上，所述控制系統(tǒng)分別與抽真空裝置、加熱器、升降轉(zhuǎn)動裝置、預(yù)熱裝置、云臺升降裝置相連。 所述吸放裝置為吸盤。 所述吸放裝置包括真空吸盤、與真空吸盤相連的真空泵，所述真空泵與控制系統(tǒng)相連。 所述上模座上設(shè)置有與下模座相配合的定位銷。 所述加熱器設(shè)置在真空罩內(nèi)。 所述真空連接管為真空波紋管。 所述預(yù)熱裝置包括用于放置工件的預(yù)熱盛放裝置、用于對工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱腔。 所述預(yù)熱盛放裝置包括與預(yù)熱腔相配合的盛放盤、與盛放盤相連的轉(zhuǎn)動桿、能帶動轉(zhuǎn)動桿轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)動力裝置，所述預(yù)熱腔包括放置工件的腔體、用于對工件加熱的預(yù)熱器，所述盛放盤上設(shè)置有工件放置的凹槽，所述腔體底邊與盛放盤所在平面之間的距離小于工件的厚本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種高效超精密玻璃透鏡非等溫模壓成型設(shè)備，其特征在于，包括工作臺、設(shè)置在工作臺上的下模座、與下模座相配合的上模座、設(shè)置在上模座中的上模具、設(shè)置在下模座中的下模具、加壓云臺、與加壓云臺相連的真空罩、與真空罩相連的真空連接管、與真空連接管相連的抽真空裝置、用于對工件進(jìn)行加熱的加熱器、控制系統(tǒng)，還包括能帶動加壓云臺升降的云臺升降裝置、機械臂、升降轉(zhuǎn)動裝置、用于吸放工件的吸放裝置、用于對工件進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱裝置、冷卻裝置，所述機械臂包括第一轉(zhuǎn)動臂、與第一轉(zhuǎn)動臂相連的第二轉(zhuǎn)動臂，所述升降轉(zhuǎn)動裝置包括輸出軸，所述升降轉(zhuǎn)動裝置能通過輸出軸帶動機械臂沿輸出軸的軸向升降和徑向轉(zhuǎn)動，所述吸放裝置分別設(shè)置在第一轉(zhuǎn)動臂、第二轉(zhuǎn)動臂上，所述上模座設(shè)置在真空罩內(nèi)，所述云臺升降裝置、預(yù)熱裝置、冷卻裝置分別設(shè)置在工作臺上，所述控制系統(tǒng)分別與抽真空裝置、加熱器、升降轉(zhuǎn)動裝置、預(yù)熱裝置、云臺升降裝置相連。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：臧紅彬，周穎玥，
申請(專利權(quán))人：西南科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51
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