專利名稱：超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模壓成形技術(shù)，尤其涉及一種用于加工復(fù)雜型面光學(xué)元件的超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形的方法。
背景技術(shù)：
高性能的、緊湊的圖像傳感單元一般由高折射率玻璃制成，光學(xué)玻璃產(chǎn)品可以通過模壓成形技術(shù)來形成光學(xué)功能表面，與單獨(dú)的玻璃研磨和拋光技術(shù)相比，它能夠低成本、 高生產(chǎn)率、穩(wěn)定地大規(guī)模生產(chǎn)光學(xué)透鏡。但是，針對(duì)復(fù)雜型面的光學(xué)零件，尤其是對(duì)于帶有微細(xì)結(jié)構(gòu)的例如菲涅耳透鏡等光學(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)的模具型腔之中而影響成型精度。而目前廣泛使用的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，所產(chǎn)光學(xué)元件制品，其上部分和下部分的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、密度、強(qiáng)度及應(yīng)力分布均不均勻，久置極易變形從而弱化其光學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形的方法，該方法既能實(shí)現(xiàn)玻璃坯料對(duì)復(fù)雜型面模具的充模，又能有效防止困氣的發(fā)生，并由此獲得內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度均勻的高質(zhì)量光學(xué)元件。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所提供的這種超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形的方法， 是在已知的精密模壓成形裝置及其模壓成形使用工藝的基礎(chǔ)上，引入超聲波振動(dòng)輔助，通過對(duì)上模具或下模具施加一定頻率和振幅的可控振動(dòng)，形成超聲波振動(dòng)輔助的超精密模壓成形工藝。該工藝過程如圖1所示，其具體步驟如下一、加熱與均熱處理。參見附圖1 2，取一普通超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形裝置為模壓加工成形裝置，擇一其重量與目標(biāo)件重量相當(dāng)?shù)牟Ａ髁?導(dǎo)入或預(yù)熱后導(dǎo)入該裝置的下模具6中，打開惰性氣體進(jìn)口 15，注入氮?dú)?，以此?qū)趕包含下模具6與上模具4在內(nèi)的模壓腔14內(nèi)的氧氣。模壓腔14內(nèi)達(dá)到無(wú)氧環(huán)境后，打開紅外線燈12，利用棱鏡13的反射作用與遮光板3的局部遮擋作用，集中光源對(duì)模壓腔14內(nèi)的下模具6和上模具4及二者之間的玻璃坯料5實(shí)施紅外線輻射加熱。當(dāng)模壓腔14內(nèi)的玻璃坯料5的粘度達(dá)到IO6 108dPa · s時(shí)停止加熱，常規(guī)方法保溫；二、預(yù)加壓。啟動(dòng)伺服電機(jī)17，該伺服電機(jī)17提供的動(dòng)力經(jīng)過轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)換為可控動(dòng)力后驅(qū)動(dòng)隔熱磚16，使隔熱磚16通過下連接軸7帶動(dòng)下模具6朝上方運(yùn)動(dòng)，下模具6 朝上運(yùn)動(dòng)期間，與下模具6對(duì)應(yīng)的上模具4處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)下模具6向上運(yùn)動(dòng)至玻璃坯料5并與上模具4壓緊形成緊密接觸時(shí)，通過降低伺服電機(jī)17的轉(zhuǎn)速減慢下模具6的上行運(yùn)動(dòng)速度或關(guān)閉伺服電機(jī)17;三、充模。當(dāng)上述步驟二中下模具6運(yùn)動(dòng)至玻璃坯料5與上模具4壓緊形成緊密接觸的同時(shí)，啟動(dòng)超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置1，該超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置1通過夾具10和上連接軸 2在彈簧11的彈力作用下帶動(dòng)上模具4實(shí)現(xiàn)超聲波振動(dòng)，亦使模壓腔14內(nèi)的玻璃坯料5隨之振動(dòng)。玻璃坯料5微粒在振力作用下活性增大、溫度升高致軟化、應(yīng)力疊加、動(dòng)態(tài)變形阻力降低、流動(dòng)性與變形適應(yīng)性提高，逐充斥填滿布有凹槽的下模具6，實(shí)現(xiàn)設(shè)定型面模具的充分充模。在此期間，上述下模具6繼續(xù)往上運(yùn)動(dòng)，直至下模具6與上模具4之間的間隙度上升到超聲波振動(dòng)幅度的5 10倍時(shí)，停止上述超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置1的工作以避免上模具4與下模具6之間發(fā)生撞擊而受到損傷；四、閉模與退火處理。上述玻璃坯料5經(jīng)過步驟三實(shí)現(xiàn)設(shè)定型面的充分充模后，恢復(fù)上述伺服電機(jī)17的轉(zhuǎn)速，使下模具6繼續(xù)朝上方運(yùn)動(dòng)直至與上模具4閉合形成密閉的模壓腔，以此再度實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃坯料5的模壓，同時(shí)以常規(guī)方法保持上模具4和下模具6之間的持壓力處于恒定狀態(tài)。然后打開熱氣出口 8排除熱氣，再打開惰性氣體進(jìn)口 15，向下模具6 內(nèi)注入冷氮?dú)猓源藢?duì)閉合的上模具4和下模具6常規(guī)方法實(shí)施退火處理；五、開模。待步驟四所得閉合的上模具4與下模具6內(nèi)的玻璃坯料5的粘度達(dá)到 IO13 1015dpa · S，該玻璃坯料5形成成品，向下移動(dòng)下模具6，從中取出成品。本發(fā)明的有益效果是超聲波振動(dòng)加工是利用頻率產(chǎn)生器內(nèi)部的振蕩電路產(chǎn)生超聲波頻率信號(hào)，此振蕩信號(hào)經(jīng)換能器將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以產(chǎn)生超聲波頻率的機(jī)械振動(dòng)。 最終利用聚能器與放大器將機(jī)械振動(dòng)的振幅放大，以增加工具加工端的振幅輸出提升加工效率。同時(shí)，由于加工成形時(shí)材料溫度升高、摩擦力降低、塑流應(yīng)力降低及成形回彈量降低， 實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的成形界限。因此，使用本方法既能實(shí)現(xiàn)玻璃坯料對(duì)復(fù)雜型面模具的充模，又能有效防止困氣的發(fā)生，并由此獲得內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度均勻的高質(zhì)量光學(xué)元件。


圖1為本發(fā)明的工藝流程參考圖；圖2為超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形裝置一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中標(biāo)示為1、超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置，2、上連接軸，3、遮光板，4、上模具，5、玻璃坯料，6、下模具， 7、下連接軸，8、熱氣出口，9、轉(zhuǎn)換器，10、夾具，11、彈簧，12、紅外線燈，13、棱鏡，14、模壓腔， 15、惰性氣體進(jìn)口，16、隔熱磚，17、伺服電機(jī)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一、參見附圖1 2，本實(shí)施例使用的超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形裝置為中國(guó)湖南大學(xué)校辦光學(xué)儀器廠制造的UAPM-I型超聲波振動(dòng)輔助超精密模壓成形機(jī)。擇一其重量與目標(biāo)件重量相當(dāng)?shù)牟Ａ髁?導(dǎo)入該指定超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形裝置的下模具6 中，打開惰性氣體進(jìn)口 15，向下模具6內(nèi)注入氮?dú)?，以此?qū)趕包含下模具6與上模具4在內(nèi)的模壓腔14內(nèi)的氧氣。模壓腔14內(nèi)達(dá)到無(wú)氧環(huán)境后，打開紅外線燈12，利用棱鏡13的反射作用與遮光板3的局部遮擋作用，集中光源對(duì)下模具6和上模具4及玻璃坯料5實(shí)施紅外線輻射加熱。當(dāng)模壓腔14內(nèi)的玻璃坯料5的粘度達(dá)到106dPa · s時(shí)停止加熱，常規(guī)方法保溫；二、啟動(dòng)伺服電機(jī)17，該伺服電機(jī)17提供的動(dòng)力經(jīng)過轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)換為可控動(dòng)力后驅(qū)動(dòng)隔熱磚16，使隔熱磚16通過下連接軸7帶動(dòng)下模具6朝上方運(yùn)動(dòng)，下模具6朝上運(yùn)動(dòng)期間，與下模具6對(duì)應(yīng)的上模具4處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)下模具6向上運(yùn)動(dòng)至玻璃坯料5并與上模具4壓緊形成緊密接觸時(shí)，通過降低伺服電機(jī)17的轉(zhuǎn)速減慢下模具6的上行運(yùn)動(dòng)速度；三、當(dāng)上述步驟二中下模具6運(yùn)動(dòng)至玻璃坯料5與上模具4壓緊形成緊密接觸的同時(shí)，啟動(dòng)超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置1，該超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置1通過夾具10和上連接軸2在彈簧11的彈力作用下帶動(dòng)上模具4實(shí)現(xiàn)超聲波振動(dòng)，亦使模壓腔14內(nèi)的玻璃坯料5隨之振動(dòng)。玻璃坯料5微粒在振力作用下活性增大、溫度升高致軟化、應(yīng)力疊加、動(dòng)態(tài)變形阻力降低、流動(dòng)性與變形適應(yīng)性提高，逐充斥填滿布有凹槽的下模具6，實(shí)現(xiàn)設(shè)定型面模具的充分充模。在此期間，上述下模具6繼續(xù)往上運(yùn)動(dòng)，直至下模具6與上模具4之間的間隙度上升到超聲波振動(dòng)幅度的5 10倍時(shí)，停止上述超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置1的工作以避免上模具4 與下模具6之間發(fā)生撞擊而受到損傷；四、上述玻璃坯料5經(jīng)過步驟三實(shí)現(xiàn)設(shè)定型面的充分充模后，恢復(fù)上述伺服電機(jī) 17的轉(zhuǎn)速，使下模具6繼續(xù)朝上方運(yùn)動(dòng)直至與上模具4閉合形成密閉的模壓腔，以此再度實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃坯料5的模壓，同時(shí)以常規(guī)方法保持上模具4和下模具6之間的持壓力處于恒定狀態(tài)。然后打開熱氣出口 8排除熱氣，再打開惰性氣體進(jìn)口 15，向下模具6內(nèi)注入冷氮?dú)猓?以此對(duì)閉合的上模具4和下模具6常規(guī)方法實(shí)施退火處理；五、待閉合的上模具4與下模具6內(nèi)的玻璃坯料5的粘度達(dá)到1013dPa · s，該玻璃坯料5形成成品，向下移動(dòng)下模具6，從中取出成品。實(shí)施例2:一、參見附圖1 2，本實(shí)施例的超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形裝置亦采用中國(guó)湖南大學(xué)校辦光學(xué)儀器廠制造的UAPM-I型超聲波振動(dòng)輔助超精密模壓成形機(jī)。擇一其重量與目標(biāo)件重量相當(dāng)?shù)牟Ａ髁?導(dǎo)入該指定超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形裝置的下模具6 中，打開惰性氣體進(jìn)口 15，向下模具6內(nèi)注入氮?dú)?，以此?qū)趕包含下模具6與上模具4在內(nèi)的模壓腔14內(nèi)的氧氣。模壓腔14內(nèi)達(dá)到無(wú)氧環(huán)境后，打開紅外線燈12，利用棱鏡13的反射作用與遮光板3的局部遮擋作用，集中光源對(duì)下模具6和上模具4及玻璃坯料5實(shí)施紅外線輻射加熱。當(dāng)模壓腔14內(nèi)的玻璃坯料5的粘度達(dá)到108dPa · s時(shí)停止加熱，常規(guī)方法保溫；二、啟動(dòng)伺服電機(jī)17，該伺服電機(jī)17提供的動(dòng)力經(jīng)過轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)換為可控動(dòng)力后驅(qū)動(dòng)隔熱磚16，使隔熱磚16通過下連接軸7帶動(dòng)下模具6朝上方運(yùn)動(dòng)，下模具6朝上運(yùn)動(dòng)期間，與下模具6對(duì)應(yīng)的上模具4處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)下模具6向上運(yùn)動(dòng)至玻璃坯料5并與上模具4壓緊形成緊密接觸時(shí)，關(guān)閉伺服電機(jī)17，下模具6停止運(yùn)動(dòng)；步驟三 四同實(shí)施例1 ；五、待閉合的上模具4與下模具6內(nèi)的玻璃坯料5的粘度達(dá)到1015dPa · s，該玻璃坯料5形成成品，向下移動(dòng)下模具6，從中取出成品。
權(quán)利要求
1. 一種超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形的方法，該方法的具體步驟如下一、取一普通超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形裝置為模壓加工成形裝置，擇一其重量與目標(biāo)件重量相當(dāng)?shù)牟Ａ髁? 導(dǎo)入或預(yù)熱后導(dǎo)入該裝置的下模具(6)中，打開惰性氣體進(jìn)口(15)，注入氮?dú)?，以此?qū)趕包含下模具(6)與上模具(4)在內(nèi)的模壓腔(14)內(nèi)的氧氣， 模壓腔(14)內(nèi)達(dá)到無(wú)氧環(huán)境后，打開紅外線燈(12)，利用棱鏡(13)的反射作用與遮光板 (3)的局部遮擋作用，集中光源對(duì)模壓腔(14)內(nèi)的下模具(6)和上模具(4)及二者之間的玻璃坯料( 實(shí)施紅外線輻射加熱。當(dāng)模壓腔(14)內(nèi)的玻璃坯料(5)的粘度達(dá)到IO6 108dPa · s時(shí)停止加熱，常規(guī)方法保溫；二、啟動(dòng)伺服電機(jī)(17)，該伺服電機(jī)(17)提供的動(dòng)力經(jīng)過轉(zhuǎn)換器(9)轉(zhuǎn)換為可控動(dòng)力后驅(qū)動(dòng)隔熱磚(16)，使隔熱磚(16)通過下連接軸(7)帶動(dòng)下模具(6)朝上方運(yùn)動(dòng)，下模具 (6)朝上運(yùn)動(dòng)期間，與下模具(6)對(duì)應(yīng)的上模具(4)處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)下模具(6)向上運(yùn)動(dòng)至玻璃坯料( 并與上模具(4)壓緊形成緊密接觸時(shí)，通過降低伺服電機(jī)(17)的轉(zhuǎn)速減慢下模具(6)的上行運(yùn)動(dòng)速度或關(guān)閉伺服電機(jī)(17)；三、下模具(6)運(yùn)動(dòng)至玻璃坯料(5)與上模具(4)壓緊形成緊密接觸的同時(shí)，啟動(dòng)超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置(1)，該超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置(1)通過夾具(10)和上連接軸( 在彈簧 (11)的彈力作用下帶動(dòng)上模具(4)實(shí)現(xiàn)超聲波振動(dòng)，亦使模壓腔(14)內(nèi)的玻璃坯料(5)隨之振動(dòng)，玻璃坯料( 微粒在振力作用下活性增大、溫度升高致軟化、應(yīng)力疊加、動(dòng)態(tài)變形阻力降低、流動(dòng)性與變形適應(yīng)性提高，逐充斥填滿布有凹槽的下模具(6)，實(shí)現(xiàn)設(shè)定型面模具的充分充模，在此期間，上述下模具(6)繼續(xù)往上運(yùn)動(dòng)，直至下模具(6)與上模具(4)之間的間隙度上升到超聲波振動(dòng)幅度的5 10倍時(shí)，停止上述超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置1的工作；四、恢復(fù)上述伺服電機(jī)(17)的轉(zhuǎn)速，使下模具(6)繼續(xù)朝上方運(yùn)動(dòng)直至與上模具(4) 閉合形成密閉的模壓腔，以此再度實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃坯料(5)的模壓，同時(shí)以常規(guī)方法保持上模具(4)和下模具(6)之間的持壓力處于恒定狀態(tài)，然后打開熱氣出口(8)排除熱氣，再打開惰性氣體進(jìn)口(1 ，向下模具(6)內(nèi)注入冷氮?dú)?，以此?duì)閉合的上模具(4)和下模具(6)常規(guī)方法實(shí)施退火處理；五、待閉合的上模具⑷與下模具(6)內(nèi)玻璃坯料(5)的粘度達(dá)到IO13 1015dPa*s， 該玻璃坯料( 形成成品，移動(dòng)下模具(6)，取出成品。
全文摘要
一種超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形的方法，為如下步驟一、擇一玻璃坯料(5)導(dǎo)入超聲波振動(dòng)輔助精密模壓成形裝置的下模具(6)中，紅外線輻射至粘度達(dá)106～108dPa·s；二、啟動(dòng)伺服電機(jī)(17)帶動(dòng)下模具(6)朝上運(yùn)動(dòng)至玻璃坯料(5)并與上模具(4)壓緊；三、啟動(dòng)超聲波振動(dòng)發(fā)生裝置(1)帶動(dòng)上模具(4)實(shí)現(xiàn)超聲波振動(dòng)，玻璃坯料(5)隨之振動(dòng)充模；四、再度模壓，對(duì)上模具(4)和下模具(6)實(shí)施退火處理；五、玻璃坯料(5)粘度達(dá)1013～1015dPa·s形成成品，移動(dòng)下模具(6)取出。使用本方法能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜型面模具的充模，防止困氣發(fā)生，獲得結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度均勻的高質(zhì)量光學(xué)元件。
文檔編號(hào)C03B11/00GK102173563SQ20111002141
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者余劍武, 唐昆, 尹韶輝, 朱科軍, 王宇, 陳逢軍 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)