光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于玻璃模壓成型技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，包括機(jī)架、設(shè)置在機(jī)架內(nèi)的模具裝置、設(shè)置在模具裝置內(nèi)的加熱裝置，以及設(shè)置在模具裝置下方且用于驅(qū)動(dòng)模具裝置以實(shí)現(xiàn)合?；蜷_模的驅(qū)動(dòng)裝置；所述加熱裝置包括內(nèi)中空的石英罩、套設(shè)在石英罩外的輻射屏、環(huán)繞設(shè)置在石英罩外側(cè)且固定在輻射屏上的多層發(fā)熱管、套設(shè)在輻射屏外側(cè)的隔熱層，以及套設(shè)在隔熱層外側(cè)且用于固定隔熱層的爐壁。本發(fā)明的加熱裝置穩(wěn)定性和可靠性都比較高，可以對(duì)玻璃坯料實(shí)現(xiàn)快速加熱；加熱裝置的輻射屏反射發(fā)熱管發(fā)出的紅外熱輻射的中長波，其弧形狀可以有效把熱量聚焦在一起；加熱裝置的隔熱層可以有效降低界面之間的熱交換。
【專利說明】
光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于玻璃模壓成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]投影儀、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等使用精密玻璃透鏡的設(shè)備在我們的生活中隨處可見。而隨著近年來制造技術(shù)的不斷發(fā)展以及市場(chǎng)對(duì)各類產(chǎn)品更輕薄短小的需求帶動(dòng)下，更輕薄的非球面鏡相比球面鏡而言受到了廣泛的青睞。
[0003]為了便于大量加工并減少成本，很多玻璃透鏡都采用聚合物材料加工而成。與聚合物材料鏡片相比，玻璃鏡片在很多方面更具優(yōu)勢(shì):第一、玻璃鏡片具有更高的折射率和更寬的光穿透頻譜范圍，適用于制作更薄的成像質(zhì)量高的透鏡;第二、玻璃鏡片硬度高，抗變形性和高溫表現(xiàn)好，能夠適應(yīng)各種使用環(huán)境;第三、玻璃的熱脹系數(shù)比聚合物小，具有更好的熱穩(wěn)定性，不用像聚合物透鏡那樣在不同溫度下使用時(shí)需要反復(fù)校準(zhǔn)焦距。
[0004]傳統(tǒng)的加工玻璃透鏡的工藝采用去除材料法，包含一系列冷加工工序，如粗磨、精磨、拋光、磨邊等十幾道繁雜的工序。使用這種方法加工透鏡不僅工藝耗時(shí)長，而且不環(huán)保。尤其在加工非球面鏡時(shí)，工藝復(fù)雜、難度高，且精度難以保證，致使成本高昂。對(duì)比傳統(tǒng)的玻璃透鏡加工工藝，玻璃熱壓成型技術(shù)擁有一次模壓成型、材料利用率高、精確控制模壓成型光學(xué)器件的精度、容易批量生產(chǎn)及能夠模壓透鏡陣列等優(yōu)勢(shì)。
[0005]目前模壓設(shè)備通常采用的加熱方式有電阻絲加熱、渦流加熱和電脈沖加熱。由于玻璃在常溫下是非導(dǎo)體，這些方式都不適用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中模壓設(shè)備的加熱方式不能滿足玻璃成型的缺陷，提供了一種光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其穩(wěn)定性和可靠性高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)坯料的快速加熱。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供了一種光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，包括機(jī)架、設(shè)置在所述機(jī)架內(nèi)的模具裝置、設(shè)置在所述模具裝置內(nèi)的加熱裝置，以及設(shè)置在所述模具裝置下方且用于驅(qū)動(dòng)所述模具裝置以實(shí)現(xiàn)合?；蜷_模的驅(qū)動(dòng)裝置;所述加熱裝置包括內(nèi)中空的石英罩、套設(shè)在所述石英罩外的輻射屏、設(shè)置在所述石英罩外側(cè)且固定在所述輻射屏上的多層發(fā)熱管、套設(shè)在所述輻射屏外側(cè)的隔熱層，以及套設(shè)在所述隔熱層外側(cè)且用于固定所述隔熱層的爐壁，每一層所述發(fā)熱管環(huán)繞設(shè)置在所述石英罩外側(cè)。
[0008]實(shí)施本發(fā)明的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，具有以下有益效果:其加熱裝置穩(wěn)定性和可靠性都比較高，可以對(duì)玻璃坯料實(shí)現(xiàn)快速加熱；加熱裝置的輻射屏反射發(fā)熱管發(fā)出的紅外熱輻射的中長波，其弧形狀可以有效把熱量聚焦在一起;加熱裝置的隔熱層可以有效降低界面之間的熱交換。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的加熱裝置的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0012]需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”或“設(shè)置于”另一個(gè)元件，它可以直接或間接在另一個(gè)元件上。當(dāng)一個(gè)元件被稱為是“連接于”另一個(gè)元件，它可以是直接或間接連接到另一個(gè)元件。
[0013]還需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例中的左、右、上、下等方位用語，僅是互為相對(duì)概念或是以產(chǎn)品的正常使用狀態(tài)為參考的，而不應(yīng)該認(rèn)為是具有限制性的。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例提供的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其包括機(jī)架、設(shè)置在機(jī)架內(nèi)的模具裝置、設(shè)置在模具裝置內(nèi)的加熱裝置，以及設(shè)置在模具裝置下方且用于驅(qū)動(dòng)模具裝置以實(shí)現(xiàn)合?；蜷_模的驅(qū)動(dòng)裝置。其中，機(jī)架可以用鑄造或焊接加工成型，加熱裝置用于對(duì)模具進(jìn)行加熱，驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)選為伺服減速電機(jī)。本發(fā)明實(shí)施例的模具裝置能一次成型出超精密光學(xué)玻璃元件，對(duì)比傳統(tǒng)的玻璃透鏡加工工藝，玻璃熱壓成型技術(shù)擁有一次模壓成型、材料利用率高、精確控制模壓成型，光學(xué)元件的精度高、容易批量生產(chǎn)。另外，使用該設(shè)備制造出來的玻璃光學(xué)元件具有高精度，設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性都比較高，可以根據(jù)模具和元件的大小做到一模多出。
[0015]具體地，如圖1所示，加熱裝置包括石英罩10、輻射屏20、多層發(fā)熱管30、隔熱層40和爐壁50。其中，石英罩10呈中空狀，且模具裝置的模芯套設(shè)在石英罩10的空腔中，輻射屏20套設(shè)在石英罩10外，多層發(fā)熱管30環(huán)繞設(shè)置在石英罩10的外側(cè)且固定在輻射屏20上，隔熱層40套設(shè)在輻射屏20的外側(cè)，可以有效降低界面之間的熱交換，爐壁50套設(shè)在隔熱層40夕卜，且用于固定隔熱層40。優(yōu)選地，輻射屏20呈弧形狀，可以有效地把發(fā)熱管30發(fā)出的熱量聚焦在一起。
[0016]進(jìn)一步地，發(fā)熱管30為紅外發(fā)熱管，其發(fā)熱光線為短波紅外光(即近紅外)，具有1-3秒鐘升溫冷卻時(shí)間，使加熱過程控制更靈活，由于波長較短，可以穿透一定厚度進(jìn)行加熱，使加熱更加均勻，與遠(yuǎn)紅外光加熱管相比，近紅外光加熱管的電熱轉(zhuǎn)化效率更高，可達(dá)90 %以上。
[0017]例如，發(fā)熱管30為石英紅外加熱管，其采用了經(jīng)特殊工藝加工的石英玻璃管、配用電阻材料作為發(fā)熱電絲。通電后，發(fā)熱金屬電熱絲發(fā)射的可見光以及其他光線，其中最高達(dá)95%被石英玻璃管所阻擋、吸收，使管內(nèi)溫度升高產(chǎn)生純硅氧鍵的分子振動(dòng)，輻射遠(yuǎn)紅外光線或近紅外光線。金屬電熱絲主要采用紅外鎢絲，在通電下鎢絲溫度可達(dá)1800-2400°C。其中碳纖維電熱絲是純黑體材料，在電-熱轉(zhuǎn)換過程，可見光很小，電熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)95%以上。并且，紅外燈管升溫速率快，能夠在短時(shí)間(75S)內(nèi)將模腔內(nèi)溫度升至800攝氏度，并使光學(xué)玻璃材料的溫度達(dá)到其軟化點(diǎn)溫度。
[0018]進(jìn)一步地，在石英紅外加熱管的生產(chǎn)工藝中，還可通過鍍膜工藝在石英紅外加熱管外壁鍍層，以調(diào)整紅外光的輻射方向和提高加熱效率。鍍膜工藝中主要有鍍金與鍍白兩種，鍍金是采用含量6%的金水，鍍白是采用含氧化鋁、鈦等氧化物。鍍金與鍍白兩者相比，鍍金的優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定性更高、表面發(fā)射率更低;而鍍白的耐熱性更好，鍍金層一般在650°C以下的溫度使用，鍍白可在1200 °C環(huán)境溫度以下使用。另外，在輻射屏20的內(nèi)壁上鍍制有耐熱反射基材料層，其增加了紅外燈管發(fā)散熱量的方向性以及防止輻射屏20內(nèi)壁被氧化。
[0019]進(jìn)一步地，每一層發(fā)熱管30包括兩個(gè)半圓管，兩個(gè)半圓管圍合成環(huán)繞在石英罩10外的圓形發(fā)熱管30，兩個(gè)半圓管的兩端均固定在輻射屏20的內(nèi)壁上。具體地，在半圓管的兩端均設(shè)置有呈方形的固定部31，并在輻射屏20的內(nèi)壁上開設(shè)有用于固定固定部31的方孔21，方形的固定部31與方孔21配合可以防止發(fā)熱管30沿其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0020]進(jìn)一步地，在兩界面之間加入導(dǎo)熱性能低的材料(如玻璃纖維、氣凝膠)可以有效降低界面之間的熱交換。因此，在發(fā)熱管30與爐壁50之間添加一定厚度且導(dǎo)熱系數(shù)小的材料作為隔熱層40。優(yōu)選地，選用硅質(zhì)氣凝膠這種材料制作隔熱層40。
[0021]進(jìn)一步地，為了便于裝配爐壁50，其包括相互配合以形成用于容納隔熱層40的空間的兩個(gè)半爐壁件，每一半爐壁件包括套設(shè)在隔熱層40外的側(cè)壁51，以及設(shè)置在側(cè)壁51兩端且用于固定連接兩個(gè)半爐壁件的緊固部52。具體地，緊固部52呈片狀，且在緊固部52上開設(shè)有多個(gè)緊固孔521，通過該緊固孔521來固定兩個(gè)半爐壁件。優(yōu)選地，側(cè)壁51與緊固部52—體成型。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備是一臺(tái)輕型的精密光學(xué)玻璃模壓機(jī)床，加熱裝置的功能之一是在玻璃模壓前加熱玻璃和模具，主要將玻璃加熱至軟化點(diǎn)溫度以上;功能之二是在玻璃模壓過程中對(duì)模具精密光學(xué)玻璃模壓成型裝置和加工件進(jìn)行保溫處理。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，包括機(jī)架、設(shè)置在所述機(jī)架內(nèi)的模具裝置、設(shè)置在所述模具裝置內(nèi)的加熱裝置，以及設(shè)置在所述模具裝置下方且用于驅(qū)動(dòng)所述模具裝置以實(shí)現(xiàn)合?；蜷_模的驅(qū)動(dòng)裝置;所述加熱裝置包括內(nèi)中空的石英罩、套設(shè)在所述石英罩外的輻射屏、設(shè)置在所述石英罩外側(cè)且固定在所述輻射屏上的多層發(fā)熱管、套設(shè)在所述輻射屏外側(cè)的隔熱層，以及套設(shè)在所述隔熱層外側(cè)且用于固定所述隔熱層的爐壁，每一層所述發(fā)熱管環(huán)繞設(shè)置在所述石英罩外側(cè)。2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)熱管的外壁鍍制有鍍金層或鍍白層。3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，每一層所述發(fā)熱管包括兩個(gè)半圓管，所述半圓管的兩端均固定在所述輻射屏的內(nèi)壁上。4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述半圓管的兩端均設(shè)置有呈方形的固定部，所述輻射屏的內(nèi)壁上開設(shè)有用于固定所述固定部的方孔。5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述隔熱層由硅質(zhì)氣凝膠制成。6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述發(fā)熱管為紅外線燈管。7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述爐壁包括相互配合以形成用于容納所述隔熱層的空間的兩個(gè)半爐壁件。8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述半爐壁件包括套設(shè)在所述隔熱層外的側(cè)壁，以及設(shè)置在所述側(cè)壁兩端且用于固定連接兩個(gè)所述半爐壁件的緊固部。9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述側(cè)壁與所述緊固部一體成型。10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)精密非球面玻璃模壓成型設(shè)備，其特征在于，所述緊固部成片狀，且所述緊固部上開設(shè)有多個(gè)緊固孔。
【文檔編號(hào)】C03B11/12GK106082598SQ201610471370
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】龔峰, 王小權(quán), 李康森, 李積彬
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)