一种小口径光学玻璃元件的电磁辅助精密热压成型装置的制作方法

本发明属于精密热压成型技术领域，尤其是涉及一种小口径光学玻璃元件的电磁辅助精密热压成型装置。

背景技术：

近年来，各类小口径光学玻璃元件在交通载具、军用武器、医疗设备、消费性电子产品当中的应用日趋广泛。目前，该类元件的高精度批量制造主要采用精密热压成型技术，将玻璃预形体置于保护性气体环境中的高精度模具内，在成型温度下对预形体进行加压变形，再经过退火、冷却阶段，最终得到成型元件。与传统的机械研抛法相比，该技术具有工序少、成本低、参数可控、环境友好等优点。然而，采用精密热压成型技术压制小口径光学玻璃元件时，存在以下技术问题：（1）由于玻璃材料的流动率低，当光学元件带有微细结构时，易出现充填不饱满的现象，难以精确复制模具模腔的形状及尺寸；（2）由于光学元件形状的限制，预形体受力不均匀，易导致压制后的元件中残余应力分布的不均匀，从而影响元件的光学性能；（3）长时间压制后，玻璃材料易粘附在模腔表面，难以脱模；（4）合模时，未及时排出模腔的气体受到挤压，易造成困气现象，影响光学元件精度；（5）现有的预形体加热，无论是通过模具底部的电阻式加热板，还是模造室之外的红外灯管，均存在传热效率不高，玻璃受热不均的现象，影响了光学元件的成型。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的充填不饱满、残余应力分布不均、脱模困难、困气及传热效率不高等技术问题，本发明旨在提供一种小口径光学玻璃元件的电磁辅助精密热压成型装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：参见附图1～5，所述小口径光学玻璃元件的电磁辅助精密热压成型装置包括驱动系统、机架、电磁阻断板一、电磁感应加热系统、电磁阻断板二、电磁感应振动系统。

所述驱动系统包括上固定板、联轴器、滚珠丝杆、上模固定轴、伺服电机、丝杆螺母、传动块；所述驱动系统顶部通过上固定板固定于机架，并通过电磁阻断板一与电磁感应加热系统分隔；所述伺服电机固定于上固定板底部，并通过联轴器与滚珠丝杆连接；所述传动块上设置有丝杠螺母，并通过丝杠螺母与滚珠丝杆连接；所述上模固定轴固定于传动块底部，且其底部与上模座连接；因此，所述伺服电机产生的运动，可通过联轴器、滚珠丝杆、丝杆螺母、传动块、上模固定轴，传递至上模座，从而带动上模座上、下运动，实现上模座加压、合模与脱模的动作；

所述电磁感应加热系统包括进/排气口一、真空罩、电磁感应加热线圈、进/排气口二、上模座、下模座；所述电磁感应加热系统固定于电磁阻断板一与电磁阻断板二之间，并通过电磁阻断板二与电磁感应振动系统分隔；所述电磁感应加热系统中央为上模座与下模座，所述上模座与下模座之间的模腔放置玻璃预形体；所述上模座、下模座外部设置有电磁感应加热线圈与真空罩；所述电磁感应加热线圈在通电后，产生电涡流效应实现对上模座、下模座及玻璃预形体的加热；所述真空罩可通过其上部的进/排气口一、进/排气口二，进行抽真空或充入保护性气体；

所述电磁感应振动系统包括振动台、磁钢盖、上励磁线圈、磁钢、下励磁线圈、磁钢底、铁芯、动圈、内驱动线圈、外驱动线圈、散热套、下固定板；所述电磁感应振动系统底部通过下固定板固定于机架，其顶部的振动台与电磁阻断板二的底部保持接触；所述磁钢底固定设置于下固定板之上，其中央固定设置有铁芯；所述铁芯垂直方向的中部设置有内驱动线圈；所述铁芯外部分别设置有动圈、外驱动线圈、磁钢及散热套，且所述磁钢上、下各设置有上励磁线圈、下励磁线圈；所述内驱动线圈与动圈之间，以及动圈与外驱动线圈之间，均保持一定的间隙；所述铁芯、上励磁线圈、散热套之上，固定设置有磁钢盖，且所述动圈穿过磁钢盖，并与磁钢盖之间保持一定的间隙；所述动圈上部设置有振动台；当所述上、下励磁线圈分别通入相反方向的直流电时，磁钢与铁芯充磁，在所述内驱动线圈与动圈之间，以及动圈与外驱动线圈之间的间隙，形成恒定磁场；接着，当所述内、外驱动线圈通以交流电时，驱动线圈在上述恒定磁场中受安培力的作用，从而对动圈施加交变磁场力的作用，使其带动振动台做上下振动；

所述电磁阻断板一、电磁阻断板二分别固定于机架，并将驱动系统、电磁感应加热系统、电磁感应振动系统隔开，防止电磁辐射对不同系统的影响，及相互之间的干扰。

采用所述的小口径光学玻璃元件的电磁辅助精密热压成型装置，完成光学元件压制所采用的工序为：1、将所述玻璃预形体置于上、下模座之间的模腔，从进/排气口一、进/排气口二充入保护性气体；启动所述电磁感应加热系统，电磁感应加热线圈在通电后产生电涡流效应，对上、下模座和玻璃预形体进行加热；当玻璃预形体温度达到其热压温度范围，即其转变温度tg以上时，停止加热，进行保温。2、启动所述伺服电动机，上模座在上模固定轴的带动下向下运动，而此时下模座保持静止。当所述上模座开始与玻璃预形体接触并下压时，降低伺服电机的转速，减慢上模座的下行速度，直至伺服电机停转，上模座停止下行。3、保持所述玻璃预形体与上、下模座的紧密接触，并复制模腔的形状。启动电磁感应振动系统，上、下励磁线圈分别通入相反方向的直流电，磁钢与铁芯充磁；在内驱动线圈与动圈之间，以及动圈与外驱动线圈之间的间隙，形成恒定磁场；接着，所述内、外驱动线圈通以交流电，驱动线圈在恒定磁场中受安培力的作用，对动圈施加交变磁场力的作用，使其带动振动台做上下振动；与此同时，启动所述伺服电机，上模座继续下压，直至完全合模后，关闭电磁感应振动系统。4、完全合模后，保持所述上、下模座与成型元件之间的压力恒定，并持续10至100秒；接着，从进/排气口一、进/排气口二抽出已有气体，并重新充入新的保护性气体；然后，保持所述上、下模座与成型元件的温度为200至220℃，对成型元件进行去应力退火。5、待所述成型元件冷却后，启动伺服电机，上模座上行，并从下模座中取出成型元件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）通过电磁感应振动，加速玻璃材料的流动，提高其流动率，使其在模具中充填饱满，改善元件的成型精度；（2）通过电磁感应振动，改善预形体受力不均匀现象，抑制残余应力分布的集中，提高元件的光学性能；（3）通过电磁感应振动，细化玻璃晶粒，提高玻璃的贴合性能，减少玻璃的粘附现象；（4）通过电磁感应振动，有效抑制模具中困气现象的产生，提高形状及尺寸复制的精确性；（5）通过电磁感应加热，在模具中产生电涡流，有效提高热传导效率，改善预形体受热不均的现象。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中电磁辅助精密热压成型装置的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中电磁辅助精密热压成型装置的驱动系统示意图；

图3为本发明具体实施方式中电磁辅助精密热压成型装置的电磁感应振动系统示意图；

图4为本发明具体实施方式中电磁辅助精密热压成型装置的电磁感应加热系统示意图；

图5为本发明具体实施方式中小口径光学玻璃元件的电磁辅助精密热压成型的工序。

以上图1至图5中的标示为：1、驱动系统，2、机架，3、电磁阻断板一，4、电磁感应加热系统，5、电磁阻断板二，6、电磁感应振动系统，7、上固定板，8、联轴器，9、滚珠丝杆，10、上模固定轴，11、伺服电机，12、丝杆螺母，13、传动块，14、进/排气口一，15、真空罩，16、电磁感应加热线圈，17、进/排气口二，18、上模座，19、玻璃预形体，20、下模座，21、振动台，22、磁钢盖，23、上励磁线圈，24、磁钢，25、下励磁线圈，26、磁钢底，27、铁芯，28、动圈，29、内驱动线圈，30、外驱动线圈，31、散热套，32、下固定板，33、成型元件。

具体实施方式

参见附图1～5，所述小口径光学玻璃元件的电磁辅助精密热压成型装置包括驱动系统1、机架2、电磁阻断板一3、电磁感应加热系统4、电磁阻断板二5、电磁感应振动系统6；所述机架2采用焊接件，材料为q235；所述电磁阻断板3、5的基体采用材料为q235，在其表面涂覆一层耐高温电磁屏蔽涂层。

所述驱动系统1包括上固定板7、联轴器8、滚珠丝杆9、上模固定轴10、伺服电机11、丝杆螺母12、传动块13；所述驱动系统1顶部通过上固定板7固定于机架2，并通过电磁阻断板一3与电磁感应加热系统4分隔；所述伺服电机11固定于上固定板7底部，并通过联轴器8与滚珠丝杆9连接；所述传动块13上设置有丝杠螺母12，并通过丝杠螺母12与滚珠丝杆9连接；所述上模固定轴10固定于传动块13底部，且其底部与上模座18连接；因此，所述伺服电机11产生的运动，可通过联轴器8、滚珠丝杆9、丝杆螺母12、传动块13、上模固定轴10，传递至上模座18，从而带动上模座18上、下运动，实现上模座18加压、合模与脱模的动作。

所述电磁感应加热系统4包括进/排气口一14、真空罩15、电磁感应加热线圈16、进/排气口二17、上模座18、下模座20；所述电磁感应加热系统4固定于电磁阻断板一3与电磁阻断板二5之间，并通过电磁阻断板二5与电磁感应振动系统6分隔；所述电磁感应加热系统4中央为上模座18与下模座20，所述上模座18与下模座20之间的模腔放置玻璃预形体19；所述上模座18、下模座20外部设置有电磁感应加热线圈16与真空罩15；所述电磁感应加热线圈16在通电后，产生电涡流效应实现对上模座18、下模座20及玻璃预形体19的加热；所述真空罩15可通过其上部的进/排气口一14、进/排气口二17，进行抽真空或充入保护性气体。

所述电磁感应振动系统6包括振动台21、磁钢盖22、上励磁线圈23、磁钢24、下励磁线圈25、磁钢底26、铁芯27、动圈28、内驱动线圈29、外驱动线圈30、散热套31、下固定板32；所述电磁感应振动系统6底部通过下固定板32固定于机架2，其顶部的振动台21与电磁阻断板二5的底部保持接触；所述磁钢底26固定设置于下固定板32之上，其中央固定设置有铁芯27；所述铁芯27垂直方向的中部设置有内驱动线圈29；所述铁芯27外部分别设置有动圈28、外驱动线圈30、磁钢24及散热套31，且所述磁钢24上、下各设置有上励磁线圈23、下励磁线圈25；所述内驱动线圈29与动圈28之间，以及动圈28与外驱动线圈30之间，均保持一定的间隙；所述铁芯27、上励磁线圈23、散热套31之上，固定设置有磁钢盖22，且所述动圈28穿过磁钢盖22，并与磁钢盖22之间保持一定的间隙；所述动圈28上部设置有振动台21；当所述上励磁线圈23、下励磁线圈25分别通入相反方向的直流电时，磁钢24与铁芯27充磁，在所述内驱动线圈29与动圈28之间，以及动圈28与外驱动线圈30之间的间隙，形成恒定磁场；接着，当所述内驱动线圈29、外驱动线圈30通以交流电时，驱动线圈在上述恒定磁场中受安培力的作用，从而对动圈28施加交变磁场力的作用，使其带动振动台21做上下振动。

所述电磁阻断板一3、电磁阻断板二5分别固定于机架2，并将驱动系统1、电磁感应加热系统4、电磁感应振动系统6隔开，防止电磁辐射对不同系统的影响，及相互之间的干扰。

上述具体实施方式阐明的内容应当理解为该具体实施方式仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。