矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法
阅读说明：本技术 矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法 (Precision compression molding method for glass lens in mining equipment ) 是由 何斌全 兰晓平 张宗生 潘东 姚炯 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法。该方法基于玻璃镜片精密模压成型装置,按照相关工序对矿用设备中玻璃镜片进行加工制造；玻璃镜片精密模压成型方法为：将玻璃预形体放置在成型装置内,使用上下环形电极产生的电弧直接对玻璃预形体进行电弧加热以将玻璃预形体加热至一定温度,使用加压装置对玻璃预形体施加压力并保压一定时间,之后再将玻璃预形体加热到另一温度保压一定时间进行去应力退火,最后使用冷却装置冷却玻璃预形体并且卸去压力,开模取出成型后的玻璃镜片。本发明提供的方法能够制造出具有高成型质量以及高成型精度的玻璃镜片。(The invention provides a precise compression molding method for glass lenses in mining equipment. The method is based on a glass lens precision compression molding device, and the glass lens in the mining equipment is processed and manufactured according to relevant procedures; the method for precisely molding the glass lens comprises the following steps: the glass preform is placed in a forming device, electric arcs generated by upper and lower annular electrodes are used for directly carrying out electric arc heating on the glass preform so as to heat the glass preform to a certain temperature, a pressurizing device is used for applying pressure to the glass preform and maintaining the pressure for a certain time, then the glass preform is heated to another temperature and maintained the pressure for a certain time for stress relief annealing, finally a cooling device is used for cooling the glass preform and relieving the pressure, and the mold is opened to take out the formed glass lens. The method provided by the invention can manufacture the glass lens with high molding quality and high molding precision.)
技术领域
本发明涉及模压成型技术领域，尤其涉及一种玻璃镜片精密模压成型方法。
背景技术
随着智能化矿山建设的普及，激光三维扫描仪、红外激光测距仪、红外热成像仪以及各种无人智能化检测系统广泛应用于矿山建设当中，而光学玻璃镜片在这些设备中起到非常关键的作用，其镜片的成型精度和光学性能直接决定了这些设备的成像质量以及系统识别能力。现阶段光学镜片成型的方法主要为模压成型，而模压成型主要包括加热、加压、退火以及冷却四个阶段。
现有的光学元件镜片模压成型设备的加热方法一般是采用模具直接加热法和红外加热法。其中采用模具直接加热法需要提前使用加热板将模具加热，然后再通过热传导将热量传递给玻璃坯料，这种方法加热与散热所需时间长，且复杂元件在模具中受热不均匀；采用红外加热法的模压成型设备，其所需的红外加热装置结构复杂、体积较大且需要固定，对于不同尺寸的光学元件加工适应性较差，且能量利用率较低，光学元件受热不均匀，同时红外加热灯易损坏，设备的整体使用寿命短。
针对上述缺陷，一些学者尝试采用微波加热的方法对光学元件预形体进行加热，申请号为CN201611192680.7的发明专利公开了一种用于玻璃透镜生产的微波加热精密模压成型装置，使用微波磁控管产生微波，辐射至套筒，套筒外壁涂有吸波发热涂层，将微波能量转化为热量对玻璃坯料进行加热，但是这种加热方法仍然存在以下不足：(1)虽然提高了传热效率，但仍会出现光学元件预形体受热不均匀的情况；(2)新的模压成型设备结构相对复杂、成本高以及不便维修。
有鉴于此，有必要设计一种改进的玻璃镜片精密模压成型方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法，通过使用上下环形电极产生的电弧直接对玻璃预形体进行加热，既缩短了传热距离，又减少了加热时间，能够使玻璃预形体受热更加均匀，以实现制造出成型质量和成型精度更高的玻璃镜片。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法，用于玻璃镜片精密模压成型装置；所述玻璃镜片精密模压成型装置包括机架、用于成型玻璃预形体的成型装置、用于加热所述玻璃预形体的加热装置、用于对所述玻璃预形体施加压力的加压装置以及用于冷却所述玻璃预形体的冷却装置；所述成型装置包括上模、下模；
所述加热装置包括上环形电极、下环形电极、套设于所述上环形电极与所述下环形电极外周的真空罩、设置于所述真空罩上方的上密封圈以及设置于所述真空罩下方的下密封圈；
所述加压装置包括油缸、设置于所述油缸上的液压泵和电磁阀、设置于所述机架上的液压缸、设置于所述液压缸上方的活塞杆、设置于所述活塞杆上方的传动块以及设置于所述活塞杆上的压力传感器；
所述冷却装置包括上冷却水块和下冷却水块；
所述矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法包括如下步骤：
S1、安装好所述成型装置、所述加热装置、所述加压装置以及所述冷却装置；将所述玻璃预形体放置在所述下模上；将所述真空罩中的空气抽出并充入惰性气体；
S2、接通所述上环形电极与下环形电极的电源，使用产生的电弧加热所述玻璃预形体，从室温T0加热至T1温度；
S3、保持在设定温度，通过使用所述液压泵对所述下模施加压力P1，保压时间为t1；
S4、使所述玻璃预形体保持在温度T2，通过使用所述液压泵对所述下模施加压力P2，保压时间为t2，进行去应力退火；
S5、往所述上冷却水块与下冷却水块内通入冷却水，打开所述电磁阀卸去所述加压装置提供的压力，所述上模与所述下模分离，取出成型后的玻璃镜片。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述上环形电极通过导线与电源正极相连接，带正电；所述下环形电极通过导线与电源负极相连接，带负电；接通电源后，所述上环形电极和所述下环形电极之间能够形成电弧。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述T1温度等于玻璃材料的屈服温度At±10℃。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述压力P1的取值范围为0.05-5MPa。
作为本发明的进一步改进，在步骤S3中，所述保温时间t1的取值范围为20-100s。
作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，所述T2温度的取值范围为218-222℃。
作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，所述压力P2的取值范围为0.02-2MPa。
作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，所述保温时间t2的取值范围为10-100s。
作为本发明的进一步改进，所述上环形电极与上模连接；所述下环形电极与所述下模连接；所述上环形电极、所述上模、所述下环形电极以及所述下模均位于所述真空罩内；所述真空罩内能够通入惰性气体作为保护气体；所述真空罩内设置有温度传感器。
作为本发明的进一步改进，所述上冷却水块和所述下冷却水块均外接有水管。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法，通过使用上下环形电极产生的电弧直接对玻璃预形体进行加热，缩短了传热距离，大大提高了加热过程中的热转换效率和热传递效率；同时因为加热时间的减少，玻璃预形体受热更加均匀，也提高了成型后的玻璃镜片的成型质量以及成型精度。
(2)本发明提供的矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法，相较于传统的直接加热法而言，通过使用电弧加热而不需要使用加热板，并且该成型装置只需增加真空罩，简化了整个模压成型设备的加热装置结构，操作更加便捷。
(3)本发明提供的矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法，其使用的成型模具具有可更换性，而且可以同时设置多个模具，能够批量生产高精度的双球面、双非球面以及单球面等不同类型的玻璃镜片。
(4)本发明提供的玻璃镜片精密模压成型方法，操作安全合理、操作过程简单方便，具有较高的稳定性和较强的可靠性。
附图说明
图1为本发明中使用的玻璃镜片精密模压成型装置的结构示意图。
附图标记
100-玻璃镜片精密模压成型装置；1-机架；2-玻璃预形体；3-上模；4-下模；5-上模座；6-上模固定轴；7-定心装置；8-角度调整块；9-下模座；10-下模固定轴；11-上环形电极；12-下环形电极；13-真空罩；14-上密封圈；15-下密封圈；16-油缸；17-液压泵；18-电磁阀；19-液压缸；20-活塞杆；21-传动块；22-压力传感器；23-上冷却水块；24-下冷却水块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
请参阅图1所示，本发明提供了一种玻璃镜片精密模压成型装置，用于制造具有高成型质量以及高成型精度的镜片；该玻璃镜片精密模压成型装置包括机架1、用于成型玻璃预形体2的成型装置、用于加热玻璃预形体2的加热装置、用于对玻璃预形体2施加压力的加压装置以及用于冷却玻璃预形体2的冷却装置。
具体地，成型装置包括上下相对设置的上模3和下模4、设置于上模3上方的上模座5、设置于上模座5上方的上模固定轴6、设置在上模固定轴6上的定心装置7和角度调整块8、设置于下模4下方的下模座9以及设置于下模座9下方的下模固定轴10；成型装置能够同时设置若干个上模3与下模4，且上模3与下模4能够根据所需玻璃镜片的结构进行定制，如此设置，本装置能够批量生产高精度的双球面、双非球面以及单球面等不同类型的玻璃镜片。
加热装置包括上环形电极11、下环形电极12、套设于上环形电极11与下环形电极12外周的真空罩13、设置于真空罩13上方的上密封圈14以及设置于真空罩13下方的下密封圈15。在本实施方式中，机架1中间设置有中间板，真空罩13的一端安装在该中间板上。真空罩13内还设置有温度传感器，能够对真空罩13内部的温度进行实时监控，以能够获知真空罩13内玻璃预形体2的准确温度。使用时，将真空罩13内的空气抽出并充入惰性气体之后，分别接通上环形电极11与下环形电极12的电源，上环形电极11与下环形电极12之间能够产生电弧，利用电弧能够对模具中间的玻璃预形体2进行加热。
加压装置包括油缸16、设置于油缸16上的液压泵17和电磁阀18、设置于机架1上的液压缸19、设置于液压缸19上方的活塞杆20、与活塞杆20连接的传动块21以及设置于活塞杆20上的压力传感器22；通过控制液压泵17和电磁阀18能够带动活塞杆20在传动块21内部做上下运动，传动块21能够被活塞杆20往上推动直至将压力传导至下模4，以推动下模4向上移动接触上模3，实现模具合模的过程；卸去加压装置提供的压力后，下模4会往下运动，实现模具开模的过程。特别地，压力传感器22可实时监控活塞杆20所提供的压力，压力传感器22能够将压力信号反馈给液压控制器，液压控制器再对液压泵17进行控制，以确保下模4所承受的压力在预定范围之内。
冷却装置包括设置于上模座5上方的上冷却水块23和设置于下模座9下方的下冷却水块24。上冷却水块23和下冷却水块24均外接有水管，能够通过水管往上冷却水块23和下冷却水块24内通入冷却水冷却上模座23和下模座24，以实现对玻璃预形体2的冷却。
请参阅图1所示，本发明提供的矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法，包括如下步骤：
S1、安装好成型装置、加热装置、加压装置以及冷却装置；将玻璃预形体2放置在下模4上；之后将真空罩13上下端的上密封圈14和下密封圈15固定住，检查了真空罩13的气密性之后将真空罩13内的空气抽出并且充入惰性气体用作保护气体；
S2、接通上环形电极11与下环形电极12的电源，带正电的上环形电极11与带负电的下环形电极12之间便会形成电弧，使用产生的电弧加热玻璃预形体2，将玻璃预形体2从室温加热到材料的屈服温度At±10℃；
S3、使玻璃预形体2保持在设定温度；之后打开液压泵17，油缸16中的油液能够通过液压泵17冲入到液压缸19内，油液会将传动块21内的活塞杆20往上推动，同时活塞杆20也会带动传动块21向上运动，之后下模固定轴10、下模座9以及下模4均会被带动往上移动，待下模4接触上模3，模具合模的过程完成；之后通过控制液压泵17对下模4施加0.05-5MPa的压力，维持时间为20-100s；
S4、通过调节电弧能量使玻璃预形体2保持在218-222℃；之后通过控制液压泵17将下模4所承受的压力控制在0.02-2MPa,持续时间为10-100s；与此同时将真空罩13内原有的惰性气体抽走并且以一定的速率充入新的惰性气体；此时玻璃预形体2会进行去应力退火；
S5、往上冷却水块23与下冷却水块24内通入冷却水，用来分别冷却上模座5和下模座9，从而完成对玻璃预形体2的冷却；冷却完毕之后，将电磁阀18打开，液压缸19中的油液会以一定的速度回流到油缸16中，活塞杆20会往下掉落，同时也会带动下模固定轴10、下模座9、下模4向下移动，进而实现模具开模的过程；开模之后可将成型后的玻璃镜片从下模4上取出。
综上所述，本发明提供的矿用设备中玻璃镜片精密模压成型方法，通过使用上环形电极11和下环形电极12产生的电弧直接对玻璃预形体2进行加热，既缩短了传热距离，又减少了加热时间，能够使玻璃预形体2受热更加均匀，相对传统方法而言，能够制造出具有更高成型质量以及更高成型精度的玻璃镜片；并且本方法具有较高的稳定性和较强的可靠性，适合在光学镜片成型领域进行大面积推广。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
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