一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型装置，包括热压机，所述的热压机包括由上至下包括具有加热装置的上模板、下模板，所述的上模板上固定设置有热压模芯，所述的下模板上设置有用于固定透明聚合物板的工件支承件，所述热压模芯的工作表面被加工有微V槽阵列。所述热压模芯通过连接件和螺栓固定连接上模板；所述工件支承件通过螺栓固定于热压机的下模板上。所述微V槽阵列的各微沟槽的深度为80~600 μm、角度为60~120°、表面粗糙度为5~200 nm。本发明专利技术还公开了一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型方法。本发明专利技术的表面微拱形透镜阵列的加工效率高、加工成本低和加工精度高，提高了加工效率。

Rapid hot pressing forming device and method for macro surface micro arch lens array

The invention discloses a rapid hot pressing molding device for macro surface micro lens array including arch, hot press, hot pressing machine comprises from top to bottom includes having a heating device on the template, the template, the template is fixedly arranged on the hot pressing mold, template is arranged on the workpiece support for parts fixed transparent polymer plate, the working surface of the hot pressing mould is processed with micro V slot array. The hot pressing mould core is fixedly connected with a template through a connecting piece and a bolt; the workpiece support is fixed on the lower platen of the hot press through bolts. The micro V slot array of the micro groove depth of 80~600 m, angle is 60~120, the surface roughness of 5~200 nm. The invention also discloses a rapid hot pressing forming method for a macro surface micro arch lens array. The surface micro arch lens array of the invention has the advantages of high processing efficiency, low processing cost and high processing accuracy, and improves the processing efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型装置及方法
本专利技术涉及在批量加工过程中透明聚合物板表面的微拱形透镜阵列的一种加工方法，具体涉及一种应用快速热压成型工艺的新型宏观表面微拱形透镜阵列的精密成型装置及方法。
技术介绍
目前，亚克力、PC塑料等具有可塑性的聚合物材料的表面加工主要依赖丝网印刷，在其表面加工出圆弧微阵列更需采用磨削等工艺方法。这些加工方法存在非环境友好型、效率低下等问题。其主要弊端在于，现丝网印刷常用的油墨和腐蚀剂存在极为严重的环境污染问题，即便是新型的环保型原料，其中加入的稀释剂对人类皮肤亦具有一定程度的刺激性和毒性；而磨削工艺虽能精确可控地加工出圆弧微阵列，但其生产加工周期长、工艺复杂，直接影响了产品的生产成本和效率。因此，采用表面微拱形透镜阵列的快速热压精密成型方法，在一定工艺参数下，能够可控地在1至10秒内于工件表面加工出表面质量好、形位精度高的微拱形透镜阵列。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服工件表面微拱形阵列加工难度大、效率低的缺点，提出一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型装置及方法，该专利技术能够高效地在亚克力等可塑性高分子材料的表面加工出质量好、精度高的微拱形阵列，从而极大地降低了表面微拱形阵列的加工成本，并提高了生产效率。本专利技术实现上述目的的技术方案为：一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型装置，包括热压机，所述的热压机包括由上至下包括具有加热装置的上模板、下模板，所述的上模板上固定设置有热压模芯，所述的下模板上设置有用于固定透明聚合物板的工件支承件，所述热压模芯的工作表面被加工有微V槽阵列。进一步地，所述的热压机采用具有液压泵的液压驱动机械。进一步地，所述热压模芯通过连接件和螺栓固定连接上模板；所述工件支承件通过螺栓固定于热压机的下模板上。进一步地，所述工件支承件上凸起设置有用于放置透明聚合物板的矩形平台，起到定位作用。进一步地，所述微V槽阵列的各微沟槽的深度为80～600μm、角度为60～120°、表面粗糙度为5～200nm。一种采用如所述装置的快速热压成型方法，包括步骤：将待加工的透明聚合物板放置在工件支承件上；下模板受到液压泵提供的推力推动工件支撑件及透明聚合物板平稳竖直向上运动；当透明聚合物板上表面与温度为80-200℃的热压模芯下表面相接触后，液压泵施压使透明聚合物板受到15～90t的恒定压力，同时开始记录保压时间；经过1～5s保压后移除压力，下模板连同工件支撑件及透明聚合物板平稳缓慢下降，透明聚合物板的表面形成微拱形透镜阵列结构；取下透明聚合物板，完成一次快速热压成型工艺过程。进一步地，将待加工的透明聚合物板放置在工件支承件上之前，还包括步骤：通过加热装置将上模板加热至80-200℃，等待15-20分钟至温度稳定。进一步地，所述透明聚合物板的软化点为80～120℃，厚度为1～10mm。进一步地，所述微拱形透镜阵列结构的表面粗糙度达到10～60nm。进一步地，所述微拱形透镜阵列结构的参数包括微槽角度α和高度h，所述微拱形透镜阵列结构的高度h可以表达为：h＝a×αb×dc×Pd×Te×tf，其中，P为热压压力，T为热压温度，t为热压时间，a＝2.0～3.0×10-10,b＝1.0～1.5,c＝0.2～0.6,d＝1.0～1.5,e＝2.5～3.0，f＝0.8～1.2为常数，与工作状况有关。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1.本专利技术通过利用热压成型工艺代替现有的丝网印刷工艺，避开了污染环境的、对人体有刺激性和毒性的丝网印刷原料的使用，仅需使用电力即可进行加工，而无需对丝网印刷原料进行处理，且操作人员受伤的风险近乎将为零，从而体现其环境友好及人文关怀的特点，符合机械加工的发展方向；2.本专利技术通过利用快速热压精密成型工艺代替现有的丝网印刷工艺及精密磨削技术，运用仅有微V沟槽阵列的热压模芯，在工件表面加工出拥有拱形曲面的微透镜阵列，耗时仅为3至10秒，从而有效提高了加工效率，降低了生产成本。附图说明图1为本专利技术实施例的快速热压成型装置的装配示意图。图2为所述表面微拱形透镜阵列的快速热压成型方法原理图。图3为仿真的快速热压工艺过程中聚合物材料随时间推移的位移变化图。图4为所述热压模芯表面微沟槽的尺寸图。图5为加工所得透明聚合物板立体示意图。图6为应用泰勒轮廓仪检测实际加工所得透明聚合物板的表面轮廓图。图中所示：1-上模板；2-下模板；3-热压模芯；4-透明聚合物板；5-连接件；6-工件支承件；7-微V槽阵列；8-微沟槽；9-微拱形透镜阵列结构。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术要求保护的范围并不局限于此。实施例一如图1所示，一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型装置，包括采用具有液压泵的液压驱动热压机，所述的热压机包括由上至下包括具有加热装置的上模板1、下模板2，所述的上模板上固定设置有热压模芯3，所述的下模板2上设置有用于固定透明聚合物板4的工件支承件6，所述的透明聚合物板4为亚克力板，所述热压模芯3的工作表面被加工有微V槽阵列7。具体而言，所述热压模芯3通过连接件5和螺栓固定连接上模板1；所述工件支承件6通过螺栓固定于热压机的下模板2上。所述工件支承件6上凸起设置有用于放置亚克力板的矩形平台，起到定位作用。如图4所示，本实施例的所述微V槽阵列7的各微沟槽8的设计深度为80～600μm、角度为60～120°、表面粗糙度为5～200nm，经检测，经过三次精密磨削而得的热压模芯3，其微沟槽8的实际深度为101.8μm、角度为120.4°、宽度为355.5μm。实施例二现运用有限元分析软件ANSYS对快速热压成型过程中亚克力材料随时间的位移进行模拟仿真，验证该成型方法的可行性。如图3所示，为快速热压工艺过程中亚克力材料随时间推移的位移变化图。其中，热压模芯1的材料选用结构钢，其各项物理性质由软件工程数据中默认给出；亚克力板的材料选用高分子聚合物，其各项参数需自行设定。结构仿真的各项参数设置如表1所示。在热压模芯3温度为120℃、亚克力板下表面所受压强为92.156MPa的情况下，当保持压力至5s，微拱形表面的亚克力材料位移可达约70μm，宽度约为微沟槽8宽度的1.2倍。表1结构仿真的各项参数设置一种采用如所述装置的快速热压成型方法，包括步骤：步骤1、通过加热装置将上模板1加热至120℃，等待20分钟至温度稳定。步骤2、将待加工的亚克力板放置在工件支承件6上；步骤3、下模板2受到液压泵提供的推力推动工件支撑件6及亚克力板平稳竖直向上运动；步骤4、当亚克力板上表面与温度为120℃的热压模芯3下表面相接触后，液压泵施压使亚克力板受到68.72t(压强为92.156MPa)的恒定压力，同时开始记录保压时间；步骤5、经过5s保压后移除压力，下模板2连同工件支撑件6及亚克力板平稳缓慢下降，亚克力板的表面形成微拱形透镜阵列结构9；步骤6、取下亚克力板，完成一次快速热压成型工艺过程，从下压到完成一次快速热压成型工艺过程总用时约为9s。具体而言，所述亚克力板的软化点为80～120℃，厚度为3mm。具体而言，所述微拱形透镜阵列结构9的表面粗糙度达到10～60nm。具体而言，所述微拱形透镜阵列结构的参数包括微槽角度α和高度h，所述微拱形透镜阵列结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型装置，包括热压机，其特征在于：所述的热压机包括由上至下包括具有加热装置的上模板(1)、下模板(2)，所述的上模板上固定设置有热压模芯(3)，所述的下模板(2)上设置有用于固定透明聚合物板(4)的工件支承件(6)，所述热压模芯(3)的工作表面被加工有微V槽阵列(7)。

【技术特征摘要】
1.一种宏观表面微拱形透镜阵列的快速热压成型装置，包括热压机，其特征在于：所述的热压机包括由上至下包括具有加热装置的上模板(1)、下模板(2)，所述的上模板上固定设置有热压模芯(3)，所述的下模板(2)上设置有用于固定透明聚合物板(4)的工件支承件(6)，所述热压模芯(3)的工作表面被加工有微V槽阵列(7)。2.根据权利要求1所述的快速热压成型装置，其特征在于：所述的热压机采用具有液压泵的液压驱动机械。3.根据权利要求1所述的快速热压成型装置，其特征在于：所述热压模芯(3)通过连接件(5)和螺栓固定连接上模板(1)；所述工件支承件(6)通过螺栓固定于热压机的下模板(2)上。4.根据权利要求1所述的快速热压成型装置，其特征在于：所述工件支承件(6)上凸起设置有用于放置透明聚合物板(4)的矩形平台。5.根据权利要求1所述的快速热压成型装置，其特征在于：所述微V槽阵列(7)的各微沟槽(8)的深度为80～600μm、角度为60～120°、表面粗糙度为5～200nm。6.一种采用如权利要求1至5中任一项所述装置的快速热压成型方法，其特征在于，包括步骤：将待加工的透明聚合物板(4)放置在工件支承件(6)上；下模板(2)受到液压泵提供的推力推动工件支撑件(6)及透明聚合物板(4)平稳竖直向上运动；当透明聚合物板(4)上表面与温度为80-200℃的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晋，卢阔，胡满凤，江宇宁，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44