一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置及其模压工艺的制作方法

本发明涉及微结构薄玻璃元件模压成型装置技术领域，更具体的说是涉及一种锡液配合以抽真空装置辅助模压用来制造微透镜或微柱状玻璃阵列的模压装置及其模压工艺。

背景技术：

使用模压成型方法来制造光学玻璃元件是一种先进的制造技术，应用该技术可以提高生产率，并实现批量生产满足市场需求。玻璃模压成型属于热成型技术，即采用高精度模具在高温无氧条件下，将一定形状的玻璃预形体压制变形，直接复制模具成型腔的一种高效、高精度的加工方法。玻璃在模压成型过程中玻璃预形体的充填率、玻璃内部的温度和应力分布直接影响着透镜的成型质量。

现有的玻璃模压成型技术，一般是采用模具直接压制熔融状态的玻璃完成填充，冷却固化后脱模得到透镜。然而在使用传统的模具压制熔融玻璃成型的过程中，会使玻璃预形体受力不均匀，容易导致各个微结构的填充率不一致，预形体表面与模具表面的差异使得预形体受热或退火不均匀，成型元件内部残余应力分布不均，尤其针对玻璃薄板时，容易产生翘曲变形，严重甚至导致产生裂纹。

因此，如何提供一种填充率高、且填充均匀的玻璃模压装置及其模压工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置及其模压工艺，利用锡液加热玻璃，使其受热均匀，并通过抽真空装置改变压强，使玻璃吸附于模具上并在锡液的浮力作用下进行填充，填充效率高、且填充均匀。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置，包括：

锡液容器，所述锡液容器内部填充有锡液；

盖罩，所述盖罩罩设于所述锡液容器的开口端，并与所述锡液容器围成模压空间；

套筒，所述套筒为一端封闭，一端开口，其开口端穿过所述盖罩顶部朝向所述锡液液面设置，并与所述盖罩滑动连接；所述套筒的封闭端开设有抽真空引导孔；

抽真空装置，所述抽真空装置的抽气端与所述抽真空引导孔连通；

套筒驱动装置，所述套筒驱动装置的驱动端与所述套筒的封闭端固定连接，并驱动所述套筒沿着所述盖罩与所述锡液容器底壁之间的方向做往返运动；

模具，所述模具覆盖于所述套筒的开口端并与其固定连接，且其表面开设有多个通孔，所述通孔呈阵列排布；

玻璃，所述玻璃吸附并覆盖在所述模具远离所述套筒的一端；

加热装置，所述加热装置与所述锡液容器的周侧或底壁外侧邻接。

经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明通过锡液给玻璃加热，能够增加玻璃与加热源的接触面积，不仅提高了加热效率，还能够改善玻璃内部温度的均匀性。通过抽真空装置改变套筒内部压强，使玻璃牢牢吸附在模具上。通过套筒驱动装置控制套筒向下运动，进而带动模具和玻璃挤压锡液，由于玻璃的密度小于锡液的密度，锡液相对于熔融玻璃会产生向上的浮力，在浮力的作用下，使熔融玻璃均匀地填充至模具的通孔中，能够有效改善各个通孔填充率不一致的问题，从而提高微透镜或微柱状玻璃阵列的成型精度。

优选的，在上述一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置中，所述盖罩上开设有用于通入氮气的氮气导入孔和用于排出所述模压空间内氧气的排气孔。通过氮气导入孔不断地向模压空间内通入氮气，以驱赶模压空气中的氧气，通过排气孔将氧气排出，使整个模压过程都处于无氧条件，在充满氮气的环境下，能够防止空气中的氧气氧化模具，同时氮气兼具有调控加热和冷却速率的作用，进一步改善玻璃元件在整个过程中内部温度的均匀性。而氮气导入孔和排气孔相离设置，能够避免氧气排出不彻底的情况发生。

优选的，在上述一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置中，所述盖罩的中心位置开设有用于供所述套筒通过的圆形通孔，所述圆形通孔的直径不小于所述模具的直径。将圆形通孔的直径设置的大于模具的直径，能够保证套筒带动模具顺利地进出模压空间。

优选的，在上述一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置中，所述套筒驱动装置包括压力机、压杆和夹具，所述压杆的一端与所述压力机的驱动端连接，另一端与所述夹具固定连接，所述夹具与所述套筒夹合连接。

优选的，在上述一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置中，所述模具远离所述套筒的一端开设有用于容纳所述玻璃的凹槽，所述凹槽槽底开设有多个所述通孔。凹槽的深度与玻璃的厚度大致相同，当玻璃加热熔化后，进行模压时，在凹槽槽壁的限制下，能够避免熔融玻璃的径向流动，保证成品质量。

优选的，在上述一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置中，所述模具靠近所述套筒的一端开设有环形凹槽，所述套筒的开口端伸入所述环形凹槽内部并与其紧固连接，所述环形凹槽内部同轴设置有密封圈，所述密封圈分别与所述环形凹槽槽壁和所述套筒外壁接触。密封圈的设置使套筒和模具之间的连接更为稳固，不会发生套筒内的气体泄漏，影响套筒内部压强，进而影响模压质量。

优选的，在上述一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置中，所述加热装置采用感应加热设备。感应加热设备加热速度快，且被加热金属工件的表面氧化皮烧损率低，不产生明火，安全可靠。

本发明还提供一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置的模压工艺，包括以下步骤：

s1、前期准备：将玻璃置于所述模具底部，同时启动抽真空装置抽取套筒内部的空气，使玻璃吸附在模具底部，关闭抽真空装置；启动套筒驱动装置，驱动套筒进入模压空间内；

s2、加热：启动加热装置，将锡液容器内的金属锡加热熔化为锡液，待锡液温度达到模压温度后，启动套筒驱动装置，驱动套筒以及与所述套筒依次连接的所述模具和所述玻璃朝锡液容器的底壁方向移动，直至玻璃与锡液表面接触，通过锡液对所述玻璃进行加热；

s3、模压：当玻璃的温度加热至模压温度后，启动套筒驱动装置，驱动套筒继续朝锡液容器的底壁方向移动，直至模具和玻璃移动到锡液液面以下，静止一段时间后，软化的玻璃填充模具，形成微透镜或微柱状玻璃阵列；

s4、退火：当熔融玻璃完全充模后，关闭加热装置，启动套筒驱动装置将模具和所述玻璃移出至锡液液面以上，对微透镜或微柱状玻璃阵列进行退火处理，直至微透镜或微柱状玻璃阵列的温度达到退火温度；

s5、冷却取出成品：退火完成后，启动套筒驱动装置将套筒移出模压空间，并断开抽真空引导孔和抽真空装置，使套筒内压强恢复至标准大气压，取出微透镜或微柱状玻璃阵列成品。

优选的，在上述一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置的模压工艺中，s3中，模具和玻璃在锡液液面以下填充的过程中，继续启动抽真空装置，以减小套筒内压强。在模压过程中继续启动抽真空装置，进一步减小套筒内部压强，增大模压空间与套筒内部的压力差，有利于熔融玻璃更迅速、更均匀地填充至模具中，提高了工作效率。

优选的，在上述一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置的模压工艺中，在s2～s4中，需不断通过氮气导入孔向模压空间内通入氮气，不断通入氮气的目的是为了保证在整个模压过程中模压空间内保持无氧状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的结构示意图；

图2a附图为本发明制造微透镜玻璃阵列过程中，玻璃与锡液表面接触熔化时的结构示意图；

图2b附图为本发明制造微透镜玻璃阵列过程中，模压时的结构示意图；

图2c附图为本发明制造微透镜玻璃阵列过程中，退火时的结构示意图；

图2d附图为本发明制造的微透镜玻璃阵列的结构示意图；

图3a附图为本发明制造微柱状玻璃阵列的过程中，玻璃与锡液表面接触熔化时的结构示意图；

图3b附图为本发明制造微柱状玻璃阵列的过程中，模压时的结构示意图；

图3c附图为本发明制造微柱状玻璃阵列的过程中，退火时的结构示意图；

图3d附图为本发明制造的微柱状玻璃阵列的结构示意图；

图4附图为本发明模具的主视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照附图1、附图2a-2d以及附图4，本实施例公开一种锡液配合抽真空的玻璃模压装置，包括：

锡液容器1，锡液容器1内部填充有锡液。

盖罩2，盖罩2罩设于锡液容器1的开口端，并与锡液容器1围成模压空间；盖罩2上开设有用于通入氮气的氮气导入孔21和用于排出所述模压空间内氧气的排气孔22；盖罩2的中心位置开设有用于供套筒3通过的圆形通孔23，圆形通孔23的直径不小于模具4的最大直径。

套筒3，套筒3一端封闭，一端开口，且其开口端穿过盖罩2顶部朝向锡液液面设置，并与盖罩2滑动连接；套筒3的封闭端开设有抽真空引导孔31；套筒驱动装置7包括压力机71、压杆72和夹具73，压杆72的一端与压力机71的驱动端连接，另一端与夹具73固定连接，夹具73与套筒3夹合连接。

抽真空装置，抽真空装置的抽气端与抽真空引导孔31连通。为了避免受高温影响，抽真空装置的抽气端的引导管采用不锈钢材质。

套筒驱动装置7，套筒驱动装置7的驱动端与套筒3的封闭端固定连接，并驱动套筒3沿着盖罩2与锡液容器1的底壁之间的方向做往返运动。

模具4，模具4覆盖于套筒3的开口端并与其固定连接，且其表面开设有多个通孔，通孔呈阵列排布；模具4远离套筒3的一端开设有用于容纳玻璃5的凹槽，凹槽槽底开设有多个通孔。

玻璃5，玻璃5吸附并覆盖在模具4远离套筒3的一端。

加热装置6，加热装置6与锡液容器1的周侧或底壁外侧邻接。

更有利的，模具4靠近套筒3的一端开设有环形凹槽，套筒3的开口端伸入环形凹槽内部并与其紧固连接，环形凹槽内部同轴设置有密封圈8，密封圈8分别与环形凹槽槽壁和套筒3外壁接触。

更有利的，加热装置6采用感应加热设备。

以制造微透镜玻璃阵列为例，详细描述本实施例的工艺过程，包括以下步骤：

s1、前期准备：将玻璃5置于模具4底部，同时启动抽真空装置抽取套筒3内部的空气，使玻璃5吸附在模具4底部，关闭抽真空装置；启动套筒驱动装置7，驱动套筒3进入模压空间内；

s2、加热：启动加热装置6，将锡液容器1加热到232℃以上，使金属锡熔化为锡液，金属锡熔化后，启动套筒驱动装置7，驱动套筒3以及与套筒3依次连接的模具4和玻璃5朝锡液容器1的底壁方向移动，直至玻璃5与锡液表面接触，将玻璃5的粘度加热至10⁶～10⁸dpa·s；

s3、模压：将玻璃5的粘度加热至10⁶～10⁸dpa·s后，启动套筒驱动装置7，驱动套筒3继续朝锡液容器1的底壁方向移动，直至模具4和玻璃5移动到锡液液面以下，玻璃5向下挤压锡液，使锡液对玻璃5产生一个向上的浮力，静止50s-80s，使玻璃5填充至模具4中的微成型通孔中，形成微透镜玻璃阵列；

s4、退火：当熔融玻璃完全充模后，关闭加热装置6，启动套筒驱动装置7将模具4和玻璃5移出至锡液液面以上，对微透镜玻璃阵列进行退火处理，直至微透镜玻璃阵列的粘度值变为10¹³～10¹⁵dpa·s；

s5、冷却取出成品：退火完成后，启动套筒驱动装置7将套筒3移出模压空间，并断开抽真空引导孔31和抽真空装置，使套筒3内的压强恢复至标准大气压，取出微透镜玻璃阵列成品。

在s2～s4过程中，需不断通过氮气导入孔21向模压空间内通入氮气，去除模压空间内部的空气，使其处于无氧状态。

实施例2

参照附图1、附图3a-3d以及附图4，本实施例以制造微柱状玻璃阵列为例，其采用的装置与实施例1相同，在具体的制备工艺中，除s3的模压过程与实施例1不同，其余步骤均与实施例1相同。

具体的，本实施例中s3模压的具体工艺为：

将玻璃5的粘度加热至10⁶～10⁸dpa·s后，启动套筒驱动装置7，驱动套筒3继续朝锡液容器1的底壁方向移动，直至模具4和玻璃5移动到锡液液面以下，启动抽真空装置，以进一步减小套筒内压强，提高套筒3和模压空间的压力差。静止1min后，使玻璃5填充至模具4中，形成微柱状玻璃阵列。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。