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光學(xué)玻璃透鏡模壓成型技術(shù)
- 評論:0 瀏覽:2715 發(fā)布時(shí)間:2006/9/29
1 成型方法
玻璃之所以能夠精密模壓成型,主要是因?yàn)殚_發(fā)了與軟化的玻璃不發(fā)生粘連的模具材料。
原來的玻璃透鏡模壓成型法,是將熔融狀態(tài)的光學(xué)玻璃毛坯倒入高于玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)50℃以上的低溫模具中加壓成形。這種方法不僅容易發(fā)生玻璃粘連在模具的模面上,而且產(chǎn)品還容易產(chǎn)生氣孔和冷模痕跡(皺紋),不易獲得理想的形狀和面形精度。后來,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,利用模具對玻璃施壓。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。6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,是一種比較容易獲得高精度,即容易精密地將模具形狀表面復(fù)制下來的方法。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的時(shí)間,因此生產(chǎn)速度很慢。
為了解決這個(gè)問題,于是對此方法進(jìn)行了卓有成效的改進(jìn),即在一個(gè)模壓裝置中使用數(shù)個(gè)模具,以提高生產(chǎn)效率。然而非球面模具的造價(jià)很高,采用多個(gè)模具勢必造成成本過高。針對這種情況,進(jìn)一步研究開發(fā)出與原來的透鏡毛坯成型條件比較相近一點(diǎn)的非等溫加壓法,借以提高每一個(gè)模具的生產(chǎn)速度和模具的使用壽命。另外,還有人正在研究開發(fā)把由熔融爐中流出來的玻璃直接精密成型的方法。2 玻璃的種類和毛坯
玻璃毛坯與模壓成型品的質(zhì)量有直接的關(guān)系。按道理,大部分的光學(xué)玻璃都可用來模壓成成型品。但是,軟化點(diǎn)高的玻璃,由于成型溫度高,與模具稍微有些反應(yīng),致使模具的使用壽命很短。所以,從模具材料容易選擇、模具的使用壽命能夠延長的觀點(diǎn)出發(fā),應(yīng)開發(fā)適合低溫(600℃左右)條件下模壓成型的玻璃。然而,開發(fā)的適合低溫模壓成型的玻璃必需符合能夠廉價(jià)地制造毛坯和不含有污染環(huán)境的物質(zhì)(如PbO、As2O3)的要求。對模壓成型使用的玻璃毛坯是有要求的:
① 壓型前毛坯的表面一定要保持十分光滑和清潔;
② ②呈適當(dāng)?shù)膸缀涡螤睿?BR>③ ③有所需要的容量。毛坯一般都選用球形、圓餅形或球面形狀,采用冷研磨成型或熱壓成型。3模具材料與模具加工
模具材料需要具備如下特征:
① 表面無疵病,能夠研磨成無氣孔、光滑的光學(xué)鏡面;
② 在高溫環(huán)境條件下具有很高的耐氧化性能,而且結(jié)構(gòu)等不發(fā)生變化,表面質(zhì)量穩(wěn)定,面形精度和光潔度保持不變;
③ 不與玻璃起反應(yīng)、發(fā)生粘連現(xiàn)象,脫模性能好;
④在高溫條件下具有很高的硬度和強(qiáng)度等。
現(xiàn)在已有不少有關(guān)開發(fā)模具材料的專利,最有代表性的模具材料是:以超硬合金做基體,表面鍍有貴金屬合金和氮化鈦等薄膜;以碳化硅和超硬合金做基體,表面鍍有硬質(zhì)碳、金剛石狀碳等碳系薄膜;以及Cr2O-ZrO2-TiO2系新型陶瓷。
玻璃透鏡壓型用的模具材料,一般都是硬脆材料,要想把這些模具材料精密加工成模具,必需使用高剛性的、分辨率能達(dá)到0.01μm以下的高分辨率超精密計(jì)算機(jī)數(shù)字控制加工機(jī)床,用金剛石磨輪進(jìn)行磨削加工。磨削加工可獲得所期盼的形狀精度,但然后還需再稍加拋光精加工成光學(xué)鏡面才行。在進(jìn)行高精度的非球面加工中,非球面面形的測試與評價(jià)技術(shù)是非常重要的。對微型透鏡壓型用模的加工,要求更加嚴(yán)格,必需進(jìn)一步提高精度和減輕磨削的痕跡。