[發明專利]一種復雜微結構光學元件的超聲振動精密模壓成型裝置

在審

• 申請號: 201410828964.5
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104529136A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 余劍武;謝望清;周小勇;張漢衛;易成
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C03B11/00
• 分類號: C03B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種模壓裝置，其針對的是復雜微結構光學元件的超聲振動精密模壓裝置。

背景技術

傳統的光學元件加工方法主要包括初加工、精加工、研磨拋光三個步驟，盡管能夠采用比較成熟的數控機床磨削和磁流變拋光技術加工出高精度的光學元件，但該方法存在加工周期長、成本高，難以實現批量生產。隨著模壓成形技術的發展，這些問題能夠很好的得到解決。但是，針對復雜型面的光學元件，尤其是對于帶有陣列的微細結構光學元件，其玻璃坯料在模壓過程中難以充滿帶有微結構的模具型腔，從而影響成型精度。對于光學玻璃，目前模壓方式多為單一的下模具或上模具直線運動擠壓方式，用于微結構的光學玻璃元件的模壓時，會出現填充性能較差，影響形狀和尺寸的傳遞性及成型精度；應力分布不均勻，影響光學元件的物理性能和光學性能；有時造成模具表面粗糙度下降、鍍膜層剝落、玻璃粘附等現象，影響脫模；合模時，容易在模具的微細結構與玻璃接觸處形成封閉腔，封閉腔內的氣體被擠壓，造成困氣現象，影響光學元件的形狀精度。

發明內容

針對目前的模壓成型方法加工復雜微結構光學元件時存在的一些不足，本發明提供一種適合于微結構光學玻璃元件超聲振動精密模壓成型裝置，利用超聲振動，改善熔融玻璃的流動特性，提高模具的充填性能,改善光學元件的脫模性能，從而獲得高質量的光學元件。

該方案包括加熱部分、振動部分和加壓部分。加熱機構分為上下兩部分，都主要由加熱板、電阻加熱棒、隔熱板等組成。上加熱機構部分與加壓機構連接，下加熱機構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，同時起到保溫的效果。模壓成型過程中，模具安裝在加熱板上，實現模具由外而內受熱。加壓機構主要由氣缸、導軌滑塊，連桿等組成，使得上模以一定壓力和速度向下移動。加壓機構安裝在模腔上板，氣缸活塞桿通過連桿與模壓腔內部的上加熱機構部分連接，導軌與滑塊起到導向作用。壓力通過加熱機構傳遞給模具和玻璃坯料。

振動部分是由超聲波發生器、換能器和變幅桿組成。具體是啟動超聲波發生器，經換能器后將電能轉化為機械能傳遞給變幅桿，使變幅桿產生振動，最終帶動上模具實現超聲振動。所述的超聲變幅桿為常規階梯型超聲變幅桿,超聲變幅桿用于將超聲換能器所產生的水平超聲振幅放大。變幅桿的超聲振動特性是采用仿真軟件進行模擬優化設計。

上述加熱部分，加熱板上增加一塊硬質材料制造的均熱板，防止加熱板在電阻加熱棒的?灼燒下和壓力的作用下，導致較大熱力變形。均熱板的熱量來源于加熱板的導熱。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。

本發明利用超聲振動作用改善玻璃材料在復雜微結構上流動性和均勻性，提高玻璃、模具的貼合度，增強其填充性能，減少閉氣現象；在冷卻過程中，超聲振動可以使晶粒細化，分布更均勻，避免應力集中，使脫模性能得到改善，提高復雜微結構光學玻璃元件的成型精度和表面質量。由此，使用本方法能獲得內部組織結構與強度均勻的高質量光學元件。

附圖說明

圖1為模壓機結構示意圖，其中，1.氣缸，2.滑塊與導軌，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.玻璃坯料，15.下隔熱板，16.模壓腔下板；

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。

具體實施方式

結合附圖和具體的實施方式對本發明作具體說明。

圖1為超聲振動精密模壓成型裝置結構示意圖，其中包括氣缸1、氣缸活塞桿10、滑塊與導軌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。整個過程當中，都是在密閉的模壓腔中進行。

模壓時，將上模具13和下模具7固定好，放入玻璃坯料14，啟動加熱裝置，同時啟動氣缸1，帶動上模具13向下運動，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發送給溫度控制器，從而實現過程中溫度的準確控制。