玻璃预形件的加工方法与流程

本申请涉及光学器件技术领域，具体涉及一种玻璃预形件的加工方法

背景技术

应用在各种光学设备中的光学玻璃元器件多为高精度零件，需要采用精加工方法获得。为降低加工成本，光学玻璃元器件生产时先制造预形件，在对预形件进行精加工处理。

现有的玻璃预形件加工方法有机械加工方法和二次热压成型方法；传统的机械加工方法因为加工工序复杂、效率低等原因逐渐被淘汰,业内主要采用二次热压成型的方法。二次热压成型方法是根据预形件的尺寸和形状要求，对玻璃毛坯进行升温处理，将玻璃毛坯加热到软化点温度后进行热压处理；但是，实际生产中，因为玻璃毛坯外侧区域加热到软化点后内部温度内侧温度可能没有达到软化点，所以对玻璃毛坯进行热压处理可能使得玻璃炸裂,或者使得以玻璃毛坯冲模不完整的问题，继而造成光学预形件良品率不高。

技术实现要素：

本申请提供一种玻璃预形件的加工方法，以解决背景技术提及的技术问题。

本申请提供一种玻璃预形件的加工方法,包括以下步骤:

加热玻璃熟料，至所述玻璃熟料变为黏流态玻璃液；

将所述黏流态玻璃液注入成型模具；

使用所述成型模具压制所述黏流态玻璃液，并降温至软化点温度以下，形成预形件；

从所述成型模具中取出所述预形件，对所述预形件进行退火处理。

可选的，所述加热玻璃熟料，至所述玻璃熟料变为黏流态玻璃液包括：

加热玻璃熟料，至所述玻璃熟料变为熔融态玻璃液；

降温处理所述熔融态玻璃液，使所述熔融态玻璃液变为所述黏流态玻璃液。

可选的，所述加热玻璃熟料，至所述玻璃熟料变为熔融态玻璃液的过程中，还包括：

搅拌所述熔融态玻璃液。

可选的，使所述玻璃熟料变为所述黏流态玻璃液后，还包括：

对所述黏流态玻璃液进行保温处理。

可选的，加热玻璃熟料前，所述方法还包括：

粉碎玻璃毛坯，形成粉状或者颗粒状的所述玻璃熟料。

可选的，将所述黏流态玻璃液注入成型模具的同时，还包括：

测量所述成型模具的重量，并判断所述成型模具的重量是否大于预设重量：

若是，停止向所述成型模具中注入所述黏流态玻璃液；

若否，继续向所述成型模具中注入所述黏流态玻璃液。

可选的，将所述黏流态玻璃液注入成型模具，包括：

采用漏料管将所述黏流态玻璃液引流注入所述成型模具。

可选的，所述方法还包括：

在所述黏流态玻璃液流经所述漏料管时，对所述黏流态玻璃液进行降温或者保温处理。

可选的，采用漏料管将所述黏流态玻璃液引流注入所述成型模具前，所述方法还包括：

加热所述漏料管至排出所述漏料管中的杂质玻璃。

可选的，所述方法在真空密封下或者气氛保护下进行。

本申请提供的玻璃预形件的加工方法，将玻璃熟料被加热形成黏流态玻璃液后，再注入至成型模具中进行加压、形成预形件；因为玻璃熟料处在黏流态时温度高于软化点，所以其注入到成型模具后具有很好的形变性能；在成型模具加压过程中，黏流态的玻璃随模具压力而变成预形件形状，不会出现内部温度没有达到软化点而炸裂的问题；在黏流态玻璃液足量的情况下，也不会出现充模不完整的问题。

附图说明

图1是实施例提供的玻璃预形件的加工方法流程图；

图2是实施例提供的加工装置示意图；

图3是实施例提供的成型室工位示意图；。

图4是实施例提供的漏注工位和压制工位的截面示意图；

其中：11-加热室，111-石英坩埚，12-漏料装置，121-漏料管，13-成型室，131-漏注工位，132-压制工位，133-降温工位，134-脱模工位，135-急冷工位，136-称重装置，14-退火室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

本申请提供一种玻璃预形件的加工方法。图1是实施例提供的玻璃预形件的加工方法流程图；如图1所示，前述的加工方法包括步骤s101-s104。

s101：加热玻璃熟料，至玻璃熟料变为黏流态玻璃液。

本申请实施例采用加热设备处理玻璃熟料；加热设备包括石英坩埚；玻璃熟料被放置在适应坩埚内进行加热、至变为黏流态的玻璃液。玻璃熟料变为黏流态玻璃液指的是其玻璃温度已经高于软化点温度，但是并没有处于完全熔融成为液态的状态；在没有容器限制的情况下，黏流态玻璃液能够在自身重力作用下流动。

在实际应用中，玻璃熟料变为黏流态玻璃液的具体方法可以有如下两种：(1)直接将玻璃熟料加热至高于软化点一定的温度，使其变为黏流态的玻璃液；(2)将玻璃熟料加热至远高于软化点温度，使得玻璃熟料中的各种混合物组分均融化，形成熔融态玻璃液；再对熔融态玻璃液进行降温处理，使得熔融态玻璃液转变为黏流态玻璃液。

实际应用中，可以根据光学玻璃中组分特性、光学玻璃质量要求的不同确定采用何种方法将玻璃熟料变为黏流态玻璃液。为了保证玻璃熟料完全变为黏流态玻璃液，本申请实施例中采用了前述方法(2)加热玻璃熟料。

应当注意，前述的玻璃熟料是已经经过加热、各种组分混合在一起的玻璃混合物。在采用方法(1)的情况下，玻璃熟料中的各种组分已经充分混合，能够保证形成的黏流态玻璃液以及随后预形件中各部分特性一致。

在采用方法(2)的情况下，玻璃熟料中的各种组分可以充分地混合，也可以没有充分混合；在加热至熔融状态后，玻璃熟料中各种组分会因为扩散效应而逐步匀化。但是考虑到玻璃熟料自身扩散混合的效率较低，为了提高生产效率，还可以搅拌匀化处于熔融态的玻璃液。可以想到，搅拌玻熔融态的玻璃液还可以提高玻璃熟料热传导速率，继而提高玻璃熟料的融化速率。

本申请实施例中，为了使玻璃熟料能够较快的熔融形成熔融态玻璃液，玻璃熟料为粉状或者颗粒状；前述粉状或者颗粒状的玻璃熟料通过粉碎玻璃毛坯得到。

本申请实施例中，为了保证黏流态玻璃液各部分温度特性一致，在将玻璃熟料加热至黏流态玻璃液后，还可以对黏流态玻璃液进行保温处理；保温处理时，玻璃熟料的温度仍然高于软化点温度，使得玻璃熟料仍处于黏流态。在本申请的其它实施例中，在确保玻璃熟料已经变为黏流态的情况下，也可以不再进前述的保温处理操作，直接执行后续加工步骤。

s102：将黏流态玻璃液注入成型模具。

在玻璃熟料加热成为黏流态玻璃液后，随后将黏流态玻璃液注入到成型模具。

具体操作中，可以通过转动石英坩埚，直接将黏流态玻璃液注入到成型模具中，也可以使用引流工具将黏流态玻璃液引流至成型模具中。考虑到操作的方便性、成型模具的尺寸，本申请实施例采用了引流工具，利用引流工具导流黏流态玻璃液。

本申请实施例中，引流工具优选采用漏料管。漏料管的顶部开口较大，便于黏流态玻璃液注入；而漏料管的引流管孔径较小，便于控制单位时间内黏流态玻璃液的流量。

为了便于理解后续预形件的成型过程，此处先对本申请中的成型模具结构做一简单介绍；本申请中的成型模具包括下模和与下模配合的上模；在下模上设置有成型槽，用于承接黏流态的玻璃液；在上模与下模配合的表面设置有成型面；当上模和下模完全配合时，成型槽和成型面配合而形成预形件成型腔。另外，为了保证在后续压制工序中多余的黏流态玻璃液能够排出预形件成型腔，还可以在上模或者下模上设置与预形件成型腔连通的余料排出孔。

待黏流态玻璃液注入量满足形成预形件的要求后，即可以执行步骤s103。本申请实施例通过测量成型模具的重量，判断黏流态玻璃液的注入量是否达到要求。

具体的，成型模具(确切来说是成型模具的下模)放置在称重装置上；在向成型模具注入黏流态玻璃液的过程中，称重装置称量成型模具的重量，并与预设重量进行比较；如果成型模具的重量大于或等于预设重量，则判定黏流态玻璃液的注入量达标，停止向成型模具中注入黏流态玻璃液；如果成型模具的重量小于预设重量，判定黏流态玻璃液的注入量未达标，继续注入黏流态玻璃液。

在其他实施例中，也可以通过判断注入时间确定黏流态玻璃液的注入量是否满足要求。

前文提及到，在本申请实施例中，黏流态玻璃液通过漏料管引流注入至成型模具中。实际应用中，黏流态玻璃液的温度可能远高于软化点温度，在大量黏流态玻璃液注入到成型模具中，可能需要较长时间才能将玻璃液的温度降低至软化点而成型固定；为了减小玻璃液在成型模具的固化时间、增大玻璃液的流动粘性，在黏流态玻璃液流经漏料管时，还可以利用漏料管对玻璃液进行降温处理；但是，应当注意，即使经过漏料管的降温处理，玻璃液仍应处在黏流态，即玻璃液的温度仍应高于软化点温度。实际应用中，可以控制黏流态玻璃液在漏料管入口处时的粘度为100dpa·s，在漏料管出口处的粘度为1000dpa·s。

在另外一些具体实施方式中,漏料管也可以对黏流态玻璃液进行保温处理,保证黏流态玻璃液的温度稳定，并保证玻璃液的黏度稳定。

应当注意，为了保证在生产中不会引入杂质玻璃；在采用漏料管引流黏流态玻璃前，需要加热漏料管，使漏料管中的杂质玻璃完全融化并排出。

s103：使用成型模具压制黏流态玻璃液，形成预形件。

黏流态玻璃液注入到成型模具的下模后，将成型模具的上模扣合在下模上，并向成型模具施加压力；在压力作用下，上模和下模配合形成预形件成型腔，使适量的玻璃液限制在预形件成型腔内，多余的玻璃液排出至预形件成型腔外。

在形成前述的预形件成型腔后，对成型模具和黏流态玻璃液进行降温处理，并降温至软化点以下。黏流态玻璃液降温至软化点以下后固化，位于预形件成型腔内的玻璃液冷却为预形件。

应当注意，前述的降温处理应当较为缓慢的进行，避免预形件内部不同区域温差过大而产生应力问题。

s104：从成型模具中取出预形件，对预形件进行退火处理。

实际应用中，可以在成型模具和预形件的温度降低至退火温度后，再将预形件从成型模具中取出；也可以在确保预形件不会因为较强外力作用而发生变形的情况下从成型模具中取出。取出预形件后，将预形件放置在退火室内进行退火处理，直至预形件内部应力符合产品要求。

本申请实施例采用前述加工方法加工硫系玻璃；因为硫系玻璃中含有s、se、te等vii族元素，而此类元素很容易被氧化，所以前述方法在真空环境下或者在气氛保护状态下进行。

采用前述的加工方法，玻璃熟料被加热形成黏流态玻璃液后再注入成型模具中进行加压、形成预形件；因为玻璃熟料处在黏流态温度高于软化点温度，所以将其注入到成型模具后仍具有良好的形变特性；在成型模具加压过程中，黏流态的玻璃随模具压力而变成预形件形状，不会如现有技术出现玻璃毛坯因为内部温度没有达到软化点而炸裂的问题；在黏流态玻璃液足量的情况下，也不会出现充模不完整的问题。

为采用前述方法制造玻璃预形件，本申请实施例还提供一种实施前述方法的加工装置。图2是实施例提供的加工装置示意图；加工装置包括加热室11、漏料装置12、成型室13和退火室14。在加热室11内设置有石英坩埚111和加热组件；漏料装置12包括的漏料管121和加热漏料管的加热层，漏料管121与石英坩埚111连通，用于将从石英坩埚111流出的黏流态玻璃液引流至成型室13。成型室13内设置有多个加工工位，用于承接黏流态玻璃液并压制形成预形件；退火室14用于对成型的预形件进行退火处理。

图3是实施例提供的成型室工位示意图；如图2所示，成型室13包括依次排布的漏注工位131、压制工位132、多个降温工位133、脱模工位134和急冷工位135，前述各个工位循环排列形成压制预形件的循环流水线；在每个工位均设置有成型模具的下模和外套筒。

漏注工位131位于漏料管121是正下方，在漏注工位131处，黏流状玻璃液漏注至下模中；待漏料量达标后，位于漏注工位131的下模和外套筒转移至压制工位132，压制工位132中设置有成型模具的上模；上模插入到外套筒内、与下模配合而压制黏流态玻璃液至形成预形件；随后，下模和外套筒被转移至降温工位133进行降温处理；降温处理后，预形件在脱模工位134进行脱模处理，再被转移至退火室14；而脱模后的成型模具转移至急冷工位135进行降温处理。

图4是实施例提供的漏注工位和压制工位的截面示意图。如图4所示，漏注工位131和压制工位132下侧均设置称重装置136；位于漏注工位中的称重装置136用于称量成型模具和黏流态玻璃液的重量，判断黏流态玻璃液的注入量是否达标；位于压制工位132的称重装置136用于称量成型模具和预形件的重量，判断预形件的重量是否达标，继而判断成型件是否成型。

本申请提供了三个采用前述的加工方法和加工设备加工预形件的实施例。

实施例一

将as40se60硫系玻璃熟料加入到石英坩埚111中，使得加工设备处于真空条件下或者气氛保护状态下；随后加热玻璃熟料至700℃形成熔融态玻璃液，期间采用机械搅拌方式对熔融态玻璃液进行均化；待均化后，然后将玻璃液降温至360℃，使熔融态玻璃液变为粘流态玻璃液，并对粘流态玻璃液进行保温处理。

随后加热漏料管121，使漏料管121中的残留玻璃液融化并排出至废弃漏斗中。

再后，将黏流态玻璃液倾倒至漏料管121中，使黏流态玻璃液经过漏料管121注入到漏注工位131的成型模具上；待漏注工位131下的称重装置136称量成型模具达标后，将漏注工位131中的成型模具移动至压制工位132，将成型模具的上模压靠在下模上压制黏流态玻璃液，至玻璃液成型；同时成型模具下的称重装置136称量成型模具的重量，待重量平稳后，将位于压制工位132的成型模具移动至降温工位133进行逐步降温处理；待预形件降温至退火温度后，将成型模具移动至脱模工位134进行脱模，并将脱模的预形件转移至退火室14。同时，取出预形件的成型模具下模转移至急冷工位135进行冷却，以备后续的操作。应当注意，急冷工位135的温度并不是特别低，本实施例中其温度在160℃左右。

采用本实施例的加工模具，可以获得口径为为ф62，壁厚17的as40se60双球面预形件。

实施例二

将ge10as40se50硫系玻璃熟料加入到石英坩埚111中，使得加工设备处于真空条件下或者气氛保护状态下；随后加热玻璃熟料至700℃形成熔融态玻璃液，期间采用机械搅拌方式对熔融态玻璃液进行均化；待均化后，然后将玻璃液降温至390℃，使熔融态玻璃液变为粘流态玻璃液，并对粘流态玻璃液进行保温处理，至黏流态玻璃液温度一致。

随后加热漏料管121，使漏料管121中的残留玻璃液融化并排出至废弃漏斗中。

再后，将黏流态玻璃液倾倒至漏料管121中，使黏流态玻璃液经过漏料管121注入到漏注工位131的成型模具上；待漏注工位131下的称重装置136称量成型模具达标后，将漏注工位131中的成型模具移动至压制工位132，将成型模具的上模压靠在下模上压制黏流态玻璃液，至玻璃液成型；同时成型模具下的称重装置136称量成型模具的重量，待重量平稳后，将位于压制工位132的成型模具移动至降温工位133进行逐步降温处理；待预形件降温至退火温度后，将成型模具移动至脱模工位134进行脱模，并将脱模的预形件转移至退火室14。同时，取出预形件的成型模具下模转移至急冷工位135进行冷却，以备后续的操作。应当注意，急冷工位135的温度并不是特别低，本实施例中其温度在180℃左右。

采用本实施例的加工模具，可以获得口径为ф24，壁厚10的ge10as40se50平凸预形件。

实施例三

将ge33as12se55硫系玻璃熟料加入到石英坩埚111中，使得加工设备处于真空条件下或者气氛保护状态下；随后加热玻璃熟料至750℃形成熔融态玻璃液，期间采用机械搅拌方式对熔融态玻璃液进行均化；待均化后，然后将玻璃液降温至500℃，使熔融态玻璃液变为粘流态玻璃液，并对粘流态玻璃液进行保温处理，至黏流态玻璃液温度一致。

随后加热漏料管121，使漏料管121中的残留玻璃液融化并排出至废弃漏斗中。

再后，将黏流态玻璃液倾倒至漏料管121中，使黏流态玻璃液经过漏料管121注入到漏注工位131的成型模具上；待漏注工位131下的称重装置136称量成型模具达标后，将漏注工位131中的成型模具移动至压制工位132，将成型模具的上模压靠在下模上压制黏流态玻璃液，至玻璃液成型；同时成型模具下的称重装置136称量成型模具的重量，待重量平稳后，将位于压制工位132的成型模具移动至降温工位133进行逐步降温处理；待预形件降温至退火温度后，将成型模具移动至脱模工位134进行脱模，并将脱模的预形件转移至退火室14。同时，取出预形件的成型模具下模转移至急冷工位135进行冷却，以备后续的操作。应当注意，急冷工位135的温度并不是特别低，本实施例中其温度在320℃左右。

采用本实施例的加工模具，可以获得口径为φ98，壁厚25的ge33as12se55凹凸预形件。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的但不限于具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。