硫系玻璃模压模具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光学零件模压技术领域，具体涉及一种硫系玻璃模压模具。
【背景技术】
[0002] 红外成像系统是红外制导、探测等热像仪器的关键组件。昂贵的红外光学零件成 为限制红外成像系统成本的重要因素。目前多数的红外光学零件是由晶体材料加工所得， 这些材料价格昂贵、加工复杂。所以寻找一种性价比高且易于加工的替代材料成为必然的 选择。硫系玻璃在红外波段有着高的透过率和较好的光学性能，能够替代前述部分材料。 而且，由于其是非晶态的物质，可以采用模压的方法加工成任意的形状而备受红外业界的 关注。
[0003] 硫系玻璃是指以元素周期表中的第VIA元素为基础，并引入其它非金属或金属元 素相互组合形成的一种非晶态（玻璃）材料。它在3~5 ym和8~14 ym两个红外系统 常用的大气窗口有着良好的透射性，同时具有可模压成型、折射率温度系数小等特点，较为 适合红外光学系统应用。可以在保证系统光学性能的同时实现低成本。在批量生产的低成 本民用红外光学系统中，硫系玻璃是提供系统指标实现优良光学性能和降低成本的最佳选 择。
[0004] 精密模压技术是一种高精度、高效率的光学零件成型技术，光学预制件在一定的 温度、压力和真空条件下，一次性模压成型出所需的面形精度。利用此项技术可以容易地加 工出球面、非球面、衍射面等一些复杂外形的光学镜片。与传统工艺相比，精密模压技术能 大幅度降低生产所需成本，并实现批量生产。
[0005] 然而，相比目前成熟的可见光玻璃模压，红外硫系玻璃模压成型尚属新兴技术。硫 系玻璃有一个不足之处：热力学性能不稳定，限制了其在模压成型的应用。由于模压加工过 程中模具与预制件需加热至玻璃软化温度点，再进行压制成型。硫系玻璃热膨胀系数远大 于模压模具材料，光学零件在封闭模具中难以完全释放应力，在压制过程中容易产生崩边、 碎裂现象。因此，成型质量难以满足技术要求，硫系玻璃光学零件模压。 【实用新型内容】
[0006] (一）要解决的技术问题
[0007] 本实用新型要解决的技术问题是：如何设计一种硫系玻璃模压模具，不出现碎边 问题，且降低加工精度要求。
[0008] (二）技术方案
[0009] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种硫系玻璃模压模具，所述模具为 组合式结构，包括上模仁1、下模仁2以及套筒3,所述上模仁1和下模仁2位于套筒3内， 且上模仁1的下端面与下模仁2的上端面为非球面面形，二者之间围成的模腔容纳被模压 对象硫系玻璃，所述上模仁1、下模仁2分别包括面形压制区101、环槽区102、端面定位区 103和径向定位区104,四个区域由中心向外依次设置，所述环槽区102位于在硫系玻璃外 圆区域之外。
[0010] 优选地，所述环槽区102的上沿端面为模仁轴向定位面，所述上模仁1和下模仁2 的外圆柱面为径向定位区，与套筒3内圆柱面的轴线重合。
[0011] 优选地，所述套筒3沿轴向中心处圆周方向均布有若干排气孔4。
[0012] 优选地，所述模具的材料为磨具钢、硬质合金碳化钨或高温陶瓷材料。
[0013] (三）有益效果
[0014] 本实用新型是针对硫系玻璃材料热膨胀系数大，模压易崩边、碎裂等问题，通过合 理的结构设计提出的模压模具结构及相应的模压方法，设计简单合理，为零件模压过程产 生的应力提供释放空间并降低了对模压预制件的加工精度要求，克服了上述缺陷，可高效、 高质量加工硫系玻璃非球面。
【附图说明】
[0015] 图1是模压模具组合图；
[0016] 图2是模仁结构示意图；
[0017] 图3是套筒结构示意图；
[0018] 图4是零件与模具压制前剖视图；
[0019] 图5是零件与模具压制后爆炸视图；
[0020] 图6是模压工艺过程及模具设计具体过程；
[0021] 图7是硫系玻璃模压零件示意图。
【具体实施方式】
[0022] 为使本实用新型的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实 用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0023] 如图1~图5所示，本实用新型提供了一种硫系玻璃模压模具，所述模具为组合式 结构，包括上模仁1、下模仁2以及套筒3,所述上模仁1和下模仁2位于套筒3内，且上模 仁1的下端面与下模仁2的上端面为非球面面形，二者之间围成的模腔用于容纳被模压对 象硫系玻璃，所述上模仁1、下模仁2分别包括面形压制区101、环槽区102、端面定位区103 和径向定位区104,四个区域由中心向外依次设置，所述环槽区102位于用于硫系玻璃在模 压填充过程中释放多余材料，在硫系玻璃外圆区域之外，不影响零件光学质量，零件模压加 工后采用定心磨边去除多余材料。
[0024] 所述环槽区102的上沿端面为模仁轴向定位面，用于控制硫系玻璃的中心厚度， 所述上模仁1和下模仁2的外圆柱面为径向定位区，与套筒3内圆柱面的轴线重合，避免被 压制零件产生径向偏移，保证零件中心偏。
[0025] 所述套筒3沿轴向中心处圆周方向均布有若干排气孔4,用于排除模压过程中上、 下模仁与套筒3之间形成的封闭空间内的气体，详见图3。
[0026] 如图6所示，为一种红外硫系玻璃非球面光学零件模压工艺过程及模具设计具体 过程。工艺过程包括：零件图纸输入、模具设计、模具加工、试件模压成型、测量、结束；其中 模具设计为核心过程，具体步骤包括：零件体积计算、材料热膨胀计算、模仁径向尺寸设计、 模腔轴向尺寸设计、模仁面形设计、模仁环槽尺寸设计、套筒设计。
[0027] 所述磨具设计过程中，通过以下方式设计而成：首先根据硫系玻璃的非球面面形、 中心厚度和口径设计相对应的面形压制区101，在面形压制区101外设计台阶状结构，在模 仁加工过程中台阶状结构即形成环槽区102,然后根据上、下模仁外径和高度设计相应套筒 3内、外径、高度以及排气孔4位置。
[0028] 如图7所示，为一种IG6红外硫系玻璃双凸非球面零件设计图，中心厚度h : 2. 87±0. 02mm，口径D 10. 8±0. 005mm，双面非球面，遵循非球面公式：
? ^ M ? X8 ^ J；8 ? jt? + J：l〇 ? X10 ?
[0030] 第一面非球面Z1，顶点曲率半径R0 :-9. 2444mm，二次曲线系数K :-3. 0768,高次项 系数 A4 :-2. 843E-4、A6 :1. 7955E-6、A8 :-1. 0003E-7、A10 :8. 956E-10 ;第二面非球面 Z2,顶 点曲率半径R〇 :-17. 3757mm，二次曲线系数K :-15. 0817,高次项系数A4 :-1.