專利名稱：一種玻璃透鏡成型用模具及玻璃透鏡成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種玻璃透鏡成型用模具，本發(fā)明還公開了一種使用該玻 璃透鏡成型用模具進(jìn)行玻璃透鏡成型的方法。
背景技術(shù)：
等溫模壓技術(shù)現(xiàn)在已成為國際上最先進(jìn)的光學(xué)零件制造技術(shù)方法之一， 在許多國家己進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)用階段。這項(xiàng)技術(shù)的普及推廣應(yīng)用是光學(xué)行業(yè)在光 學(xué)玻璃零件加工方面的重大革命。由于此項(xiàng)技術(shù)能夠直接壓制成型精密的非 球面光學(xué)零件，從此便開創(chuàng)了光學(xué)儀器可以廣泛采用非球面玻璃光學(xué)零件的 時(shí)代。因此，也給光電儀器的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了新的變化和發(fā)展，不僅使 光學(xué)儀器縮小了體積、減少了重量、節(jié)省了材料、減少了光學(xué)零件鍍膜和工 件裝配的工作量、降低了成本，而且還改善了光學(xué)儀器的性能，提高了光學(xué) 成像的質(zhì)量。
光學(xué)玻璃模壓成型法制造光學(xué)零件有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 不需要傳統(tǒng)的粗磨、精磨、拋光、磨邊定中心等工序，就能使零件達(dá) 到較高的尺寸精度、面形精度和表面粗糙度；
2、 能夠節(jié)省大量的生產(chǎn)設(shè)備、工裝輔料、廠房面積和熟練的技術(shù)工人， 使一個(gè)小型車間就可具備很高的生產(chǎn)力；
3、 可很容易經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)精密非球面光學(xué)零件的批量生產(chǎn)；
4、 只要精確地控制模壓成型過程中的溫度和壓力等工藝參數(shù)，就能保證 模壓成型光學(xué)零件的尺寸精度和重復(fù)精度；
5、 可以模壓小型非球面透鏡陣列；
6、 光學(xué)零件和安裝基準(zhǔn)件可以制成一個(gè)整體。
光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù)，已經(jīng)用來批量生產(chǎn)精密的球面和非球面透 鏡。平時(shí)，除了一般生產(chǎn)制造直徑為15mm左右的透鏡外，還能生產(chǎn)制造直 徑為50mm的大口徑透鏡、微型透鏡陣列等?，F(xiàn)已能制造每個(gè)透鏡的直徑為 10(Him的微型透鏡陣列。
(1) 制造軍用和民用光學(xué)儀器中使用的球面和非球面光學(xué)零件，如各透 鏡、棱鏡、以及濾光片等；
(2) 制造光通信用的光纖耦合器用非球面透鏡；(3) 制造光盤用的聚光非球面透鏡。使用一塊模壓成型法制造的非球面 透鏡，可代替光盤讀出器光學(xué)鏡頭內(nèi)使用的三塊球面透鏡。由于模壓成型非 球面透鏡的精度很高，不僅能夠控制和校正大數(shù)值孔徑的軸向像差，而且還 使原來的光學(xué)鏡頭的重量減輕、成本降低30%~50%。
(4) 制造照相機(jī)取景器非球面透鏡、電影放映機(jī)和照相機(jī)鏡頭的非球面 透鏡等。
原來的玻璃透鏡等溫模壓成型法，是采用特殊材料精密加工成的壓型模 具，在無氧化氣氛的環(huán)境中，將玻璃和模具一起加熱升溫至玻璃的軟化點(diǎn)附 近，在玻璃和模具大致處于相同溫度條件下，利用汽動(dòng)壓力通過模具對(duì)玻璃 施壓。接下來，在保持所施壓力的狀態(tài)下， 一邊冷卻模具，使其溫度降至玻 璃的轉(zhuǎn)化點(diǎn)以下(玻璃的軟化點(diǎn)時(shí)的玻璃粘度約為107.5泊，玻璃的轉(zhuǎn)化點(diǎn) 時(shí)的玻璃粘度約為1013.4泊)。
這種將玻璃與模具一起實(shí)施等溫加壓的辦法叫等溫加壓法，這種玻璃光 學(xué)零件的制造方法缺點(diǎn)是加熱升溫、冷卻降溫都需要很長(zhǎng)的時(shí)間，因此生 產(chǎn)速度很慢，因?yàn)橐Ｗo(hù)汽壓裝置，所以模壓的玻璃必需要Tg點(diǎn)較低的玻 璃。同時(shí)機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜要求機(jī)器同時(shí)具有加溫、加壓、密封等特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 可以減少玻璃自爆的玻璃透鏡成型用模具。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用該玻璃透鏡成型用模具進(jìn)行玻璃透鏡 成型的方法。
按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述玻璃透鏡成型用模具，它包括由底板 以及在底板上表面一體連接向上伸出的下柱體形成的下模仁，下模仁斷面呈 凸字形，下柱體的上端面設(shè)置的凹陷形成下模腔，在下模仁上方設(shè)有上模仁， 所述上模仁由頂板以及在頂板下表面一體連接向下伸出的上柱體形成，上模 仁斷面呈T字形，上柱體的下端面設(shè)置的凹陷形成上模腔，在下柱體與上柱 體外壁套有將它們約束的管狀模套。
下模仁整體向下嵌入底座的下安裝凹陷內(nèi)。在上模仁整體向上嵌入重力 砣的上安裝凹陷內(nèi)。下模仁與上模仁高度之和大于或等于下安裝凹陷與上安 裝凹陷深度之和。
具有上述玻璃透鏡成型用模具的玻璃透鏡成型方法包含如下步驟
a、將管狀模套套入下模仁的下柱體外；b、 在下模仁的下模腔內(nèi)放入玻璃成型原料，將上模仁的上柱體嵌入管狀 模套內(nèi)，使放入的玻璃成型原料將下柱體的頂端面與上柱體底端面之間撐開
一段距離；
c、 將步驟b由下模仁、上模仁與管狀模套組合在一起的成型模具順序經(jīng) 過具有四個(gè)加熱區(qū)和一個(gè)退火區(qū)的爐膛，其中第一加熱區(qū)溫度為80~200°C， 成型模具在第一加熱區(qū)停留時(shí)間為2 10分鐘，第二加熱區(qū)溫度為200 400 °C ，成型模具在第二加熱區(qū)停留時(shí)間為3~8分鐘，第三加熱區(qū)溫度為400~630 °C，成型模具在第三加熱區(qū)停留時(shí)間為1~6分鐘，第四加熱區(qū)溫度為630~850 °C，成型模具在第四加熱區(qū)停留時(shí)間為2 10分鐘，退火區(qū)的溫度為500-580 °C，成型模具在退火區(qū)停留時(shí)間為10~20分鐘；
d、 退火后，成型模具從退火區(qū)出口被取出，再將成型模具置于常溫空氣 中自然冷卻至常溫；
e、 打開成型模具，取出成型玻璃透鏡。
本發(fā)明的成型模具可以大大的提高產(chǎn)品的合格率，本發(fā)明的成型方法采 用自由壓力的方式，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)大幅度降低了成本。


圖1是本發(fā)明成型模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
如圖所示本發(fā)明主要由下模仁1、底板la、下柱體lb、下模腔lc、上 模仁2、頂板2a、上柱體2b、上模腔2c、管狀模套3、底座4、下安裝凹陷 4a、重力砣5與上安裝凹陷5a等構(gòu)成。
本發(fā)明的玻璃透鏡成型用模具，它包括由底板la以及在底板la上表面 一體連接向上伸出的下柱體lb形成的下模仁l，下模仁l斷面呈凸字形，下 柱體lb的上端面設(shè)置的凹陷形成下模腔lc,在下模仁1上方設(shè)有上模仁2， 所述上模仁2由頂板2a以及在頂板2a下表面一體連接向下伸出的上柱體2b 形成，上模仁2斷面呈T字形，上柱體2b的下端面設(shè)置的凹陷形成上模腔 2c，在下柱體lb與上柱體2b外壁套有將它們約束的管狀模套3。
下模仁1整體向下嵌入底座4的下安裝凹陷4a內(nèi)。在上模仁2整體向上 嵌入重力砣5的上安裝凹陷5a內(nèi)。下模仁1與上模仁2高度之和大于或等于 下安裝凹陷4a與上安裝凹陷5a深度之和。
具有上述玻璃透鏡成型用模具的玻璃透鏡成型方法包含如下步驟的下柱體lb外；
b、 在下模仁1的下模腔lc內(nèi)放入玻璃成型原料，將上模仁2的上柱體 2b嵌入管狀模套3內(nèi)，使放入的玻璃成型原料將下柱體lb的頂端面與上柱 體2b底端面之間撐開一段距離；
c、 將步驟b由下模仁1、上模仁2與管狀模套3組合在一起的成型模具 順序經(jīng)過具有四個(gè)加熱區(qū)和一個(gè)退火區(qū)的爐膛，其中第一加熱區(qū)溫度為 80~200°C，成型模具在第一加熱區(qū)停留時(shí)間為2 10分鐘，第二加熱區(qū)溫度 為200 400。C，成型模具在第二加熱區(qū)停留時(shí)間為3~8分鐘，第三加熱區(qū)溫 度為400 630。C，成型模具在第三加熱區(qū)停留時(shí)間為1~6分鐘，第四加熱區(qū) 溫度為630 850°C，成型模具在第四加熱區(qū)停留時(shí)間為2~10分鐘，退火區(qū)的 溫度為500~580°C，成型模具在退火區(qū)停留時(shí)間為10 20分鐘；
d、 退火后，成型模具從退火區(qū)出口被取出，再將成型模具置于常溫空氣 中自然冷卻至常溫；
e、 打開成型模具，取出成型玻璃透鏡。
上模仁2優(yōu)選的是頂板2a的最大外徑為①15mm的圓片體，頂板2a 高度為4mm，上柱體2b的外徑為①10mm，上柱體2b高度為15mm。
下模仁1優(yōu)選的是它采用氮化硅材料制成，底板la的最大外徑① 15mm，底板la的高度4mm，下柱體lb的外徑為①10mm,下柱體lb的高 度是15mm，由這二部分圓柱體組成一上模仁。
管狀模套3優(yōu)選的是它采用氮化硅的材料制成，其內(nèi)徑為O10.5mm， 高度為30mm，其厚度為2mm，其外徑為14.5mm。
重力砣5優(yōu)選的是它采用比重大、耐氧化的高溫生鐵制成，上安裝凹 陷5a的內(nèi)徑C16mm,上安裝凹陷5a的深度為25mm，重力砣5的外徑為 50mm，重力砣5重量約為1.5kg。
底座4優(yōu)選的是下安裝凹陷4a的內(nèi)徑為15.5mm，下安裝凹陷4a的深 度為3mm,底座4的外徑為50mm。
在裝有玻璃預(yù)成形件的成型模具通過高溫區(qū)(6M)時(shí)，成型模具由較低 的一端進(jìn)入，爐膽內(nèi)部溫度由低溫到高溫到退火設(shè)定為5個(gè)區(qū)，4個(gè)加熱區(qū)， 一個(gè)退火區(qū)。成型模具順序經(jīng)過具有四個(gè)加熱區(qū)和一個(gè)退火區(qū)的爐膛，其中 第一加熱區(qū)溫度為80~200°C，成型模具在第一加熱區(qū)停留時(shí)間為2~10分鐘， 第二加熱區(qū)溫度為200~400°C，成型模具在第二加熱區(qū)停留時(shí)間為3 8分鐘， 第三加熱區(qū)溫度為400~630°C，成型模具在第三加熱區(qū)停留時(shí)間為1 6分鐘，
6第四加熱區(qū)溫度為630 85(TC，成型模具在第四加熱區(qū)停留時(shí)間為2 10分鐘， 退火區(qū)的溫度為500~580°C，成型模具在退火區(qū)停留時(shí)間為10~20分鐘，隨 著成型模具的推進(jìn)，成型模具的溫度也隨著進(jìn)入不同的加熱區(qū)而發(fā)生溫度的 由低溫向高溫的變化，同時(shí)成型模具將這一溫度的變化傳導(dǎo)給玻璃原料，將 玻璃原料加熱到500 850度溫度時(shí)，玻璃原料開始軟化，隨著成型模具內(nèi)的 玻璃原料的溫度達(dá)到軟化點(diǎn)的溫度。此時(shí)因成型模具的上部有重力砣5的加 壓，上模仁1的下模腔lc、下模仁2的上模腔2c對(duì)軟化狀態(tài)的玻璃產(chǎn)生壓 力，從而將玻璃加工成所需求的外形。從第一加熱區(qū)到第四加熱區(qū)的時(shí)間為 20分鐘。成形后進(jìn)入退火區(qū)，從退火區(qū)出來即得到一個(gè)成品。
在裝有玻璃原料的成型模具通過加熱源時(shí)，當(dāng)溫度上升到玻璃原料軟化 點(diǎn)附近時(shí)，隨著溫度的升高，成型模具內(nèi)的玻璃會(huì)軟化。在成型模具超過玻 璃的軟化點(diǎn)后，隨著溫度的繼續(xù)升高，玻璃原料會(huì)加快軟化度，同時(shí)因?yàn)樵?上模仁上加裝有一個(gè)施加壓力的重力砣5，通過重力砣5的壓力，玻璃原料 在一邊軟化的同時(shí)得到了一個(gè)平緩的壓力。減少了在模壓精密透鏡的整個(gè)工 藝中對(duì)壓機(jī)的要求，在本發(fā)明中使用的重力砣5的方式在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)以經(jīng)取 代了機(jī)械壓機(jī)，在精確控制模具在加熱爐內(nèi)的移動(dòng)速度，與爐內(nèi)的溫度，以 及重力砣5的自重，可以將成型模具的面形很好的復(fù)制到玻璃上，從而得到 了一個(gè)達(dá)到光學(xué)效果的透鏡。
而且本發(fā)明中所提到的模具以及成型方法可以生產(chǎn)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的產(chǎn) 品，因?yàn)檫@是一種隨著溫度的不斷上升的同時(shí)給予壓力，在高溫區(qū)緩慢成形， 在低溫區(qū)保溫和退應(yīng)力，減少了玻璃的自爆。大大的提高了產(chǎn)品的合格率。 是一種比較容易精密地將模具形狀表面復(fù)制下來的方法。本發(fā)明突破性的采 用自由壓力的方式，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)大幅度降低了成本。在等溫模壓 玻璃成形的工藝中，使用本發(fā)明通過重力砣5加壓形成一個(gè)自由壓力的方式， 這種工藝多落在本發(fā)明的內(nèi)容范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種玻璃透鏡成型用模具，其特征是包括由底板(1a)以及在底板(1a)上表面一體連接向上伸出的下柱體(1b)形成的下模仁(1)，下模仁(1)斷面呈凸字形，下柱體(1b)的上端面設(shè)置的凹陷形成下模腔(1c)，在下模仁(1)上方設(shè)有上模仁(2)，所述上模仁(2)由頂板(2a)以及在頂板(2a)下表面一體連接向下伸出的上柱體(2b)形成，上模仁(2)斷面呈T字形，上柱體(2b)的下端面設(shè)置的凹陷形成上模腔(2c)，在下柱體(1b)與上柱體(2b)外壁套有將它們約束的管狀模套(3)。
2、 如權(quán)利要求1所述的玻璃透鏡成型用模具，其特征是下模仁(1) 整體向下嵌入底座(4)的下安裝凹陷(4a)內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求1所述的玻璃透鏡成型用模具，其特征是在上模仁(2) 整體向上嵌入重力砣(5)的上安裝凹陷(5a)內(nèi)。
4、 如權(quán)利要求l所述的玻璃透鏡成型用模具，其特征是下模仁(1) 與上模仁(2)高度之和大于或等于下安裝凹陷(4a)與上安裝凹陷(5a)深 度之和。
5、 一種具有權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的玻璃透鏡成型用模具的玻璃透 鏡成型方法，其特征是該成型方法包含如下步驟a、 將管狀模套(3)套入下模仁(1)的下柱體(lb)夕卜；b、 在下模仁(1)的下模腔(lc)內(nèi)放入玻璃成型原料，將上模仁(2) 的上柱體(2b)嵌入管狀模套(3)內(nèi)，使放入的玻璃成型原料將下柱體(lb) 的頂端面與上柱體(2b)底端面之間撐開一段距離；c、 將步驟b由下模仁(1)、上模仁(2)與管狀模套(3)組合在一起的 成型模具順序經(jīng)過具有四個(gè)加熱區(qū)和一個(gè)退火區(qū)的爐膛，其中第一加熱區(qū)溫 度為80 20(TC，成型模具在第一加熱區(qū)停留時(shí)間為2~10分鐘，第二加熱區(qū) 溫度為200~400°C，成型模具在第二加熱區(qū)停留時(shí)間為3~8分鐘，第三加熱 區(qū)溫度為400 630°C,成型模具在第三加熱區(qū)停留時(shí)間為1~6分鐘，第四加 熱區(qū)溫度為630 850'C，成型模具在第四加熱區(qū)停留時(shí)間為2 10分鐘，退火 區(qū)的溫度為500 580°C，成型模具在退火區(qū)停留時(shí)間為10~20分鐘；d、 退火后，成型模具從退火區(qū)出口被取出，再將成型模具置于常溫空氣 中自然冷卻至常溫；e、 打開成型模具，取出成型玻璃透鏡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃透鏡成型用模具及玻璃透鏡成型方法，所述玻璃透鏡成型用模具，包括由底板以及在底板上表面一體連接向上伸出的下柱體形成的下模仁，下柱體的上端面設(shè)置的凹陷形成下模腔，在下模仁上方設(shè)有上模仁，所述上模仁由頂板以及在頂板下表面一體連接向下伸出的上柱體形成，上柱體的下端面設(shè)置的凹陷形成上模腔，在下柱體與上柱體外壁套有管狀模套；所述下模仁的下模腔內(nèi)放入玻璃成型原料，經(jīng)加熱、退火后，成型模具從退火區(qū)出口被取出，再將成型模具置于常溫空氣中自然冷卻至常溫，取出成型玻璃透鏡。本發(fā)明的成型模具可以大大的提高產(chǎn)品的合格率，成型方法采用自由壓力的方式，能提高生產(chǎn)效率，同時(shí)可大幅度降低成本。
文檔編號(hào)C03B11/08GK101439922SQ20081024386
公開日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者王海軍 申請(qǐng)人:王海軍