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石墨材料

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  模具技術專輯 鎢合金模制玻璃模具之超精亲昵削加工技術切磋 A Study on Using Ultra-Precision Machining Technology to Process Tungsten Alloy Mold for Glass Lens Manufacturing 李仲淇 / 陳子鴻 / 簡瑞廷 金屬工業切磋發展中央 精微成形研發處 模具與精微加工組 摘要:市道上玻璃模具的资料,人人都是選用碳化鎢(tungsten carbon, WC)或碳化矽(silicon carbon, SiC) , 由於此兩種资料屬於難切削材,無法运用平常的傳統切削手法來加工,必須运用研磨拋光製程,本文,改用 與碳化鎢有好像特色,其含鎢量達 98%以上的鎢合金,來當玻璃模具资料,並選用超缜密加工製程搭配超 音波橢圓震動加工技術來加工模具。 設計一個形狀為Ø3 mm ,R 值3 mm ,深度0.4 mm 的玻璃模具透鏡,來當作載具,先車削3 顆銅模具來 做形狀精度及重現性的印證。再將其加工參數,套用正在鎢合金模具上,最後运用UA3P 量測儀器,測量其形 狀精度及外外粗略度,其鏡片模具形狀精度可達到0.3 μm 以內,外外粗略度可達Ra 15 nm 以內。 Abstract :Tungsten carbide and silicon carbide are the two most widely used material for glass-making molds. However since the materials has high hardness, they cannot be processed by traditional machining. Instead, it is usually worked by polish. A study of using tungsten alloy to replace tungsten carbide for making glass-making molds was undertaken. The alloy contains 98% or more tungsten and has similar properties of tungsten carbide. It is processed by ultra-precision machining technology together with ultrasonic oval vibration technology. In this study, a mold for lens of molded glasses was designed. It has the geometry of diameter Ø3 mm, R value 3mm, and depth 0.4mm. First, the reproducibility of shape accuracy was verified by using 3 pcs copper mold made by turning. Second, the machining parameters were applied to machine the mold of tungsten alloy. Finally, the shape accuracy and surface roughness was measured by UA3P instruments. It is well noted that the shape accuracy is within 0.3 μm and the roughness within Ra 15 nm. 關鍵詞:超缜密加工、光學玻璃鏡片、超音波加工 Keywords :Ultra-Precision Machining, Optical Glass Lenses, Ultrasonic Processing 绪论 上,但隨著玻璃资料技術的演進及模具、模仁技術 的進步,製作非球面模制玻璃鏡片的良率日益提 傳統模制玻璃製程原来是运用正在研磨用玻璃 高,才使得模制玻璃產業再一次的受到光學廠的重 毛胚預形體的模作成形或是低精度成形光學元件 │ │2017.12 │37 模具技術專輯 視。模制玻璃製程其實是高溫资料的熱處理技術, 機,用於隨機抓取、瑕疵檢測、3D 物體辨識等,另 大部门的模制玻璃资料其軟化點約正在攝氏 480~550 外,個人商業用機器人重要用於協助寻常存在,如 度之間,才力便当施予高溫模壓成型,但因為製程 掃地機器人使用鏡頭對室內空間進行掃瞄,無人機 環境都是處正在攝氏500 度上下的高溫,對於模仁及 空拍、自動閃避障礙物等功用,均強化終端產品對 模具的影響相當大。早期的模具资料大部门以碳化 於視覺技術需求普及。 鎢资料為主,可是碳化鎢资料極硬且韌性高,不易 以环球光學元件應用面來看,灵巧型手機鏡頭 加工,於是漸漸的切磋以類鑽薄膜(diamond like 仍是占最大宗,光電協進會預估,本年灵巧型手機 carbon, DLC)附著其上來补充模具模仁的壽命。 雙鏡頭滲透率可望達 16% 。里昂證券(CLSA)更預 光學鏡頭產業可說是隨著終端應用面而升降, 估,一八年雙鏡頭灵巧型手機出貨量將可達4.9 億 從早期的傳統相機、數位相機、投影機到近年來的 支,若未來每支手機都搭載雙鏡頭加上前置鏡頭, 灵巧型手機,也讓台灣中部变成完美的光學元件產 將創制出逾四五億顆的鏡頭需求,對於鏡頭相關廠 業聚落。就產業鏈而言,從最上逛的毛胚玻璃、各 商可說是一大商機。 類式鏡片等功用性的元件;中逛為已可成像的各類 高階光學鏡頭除灵巧型手機外,目前市場另一 型鏡片(lens) ;到下逛則是相機模組(CCM)等,台灣 關注焦點爲車用電子,正在車載鏡頭部门,隨著先進 正在光學元件廠商足以跟日本與德國大廠相抗衡。 輔助駕駛逐漸成為中高階車款標準配備,各大車廠 光學资料中的鏡片重要分為 2 類:玻璃鏡片 競投合入無人駕駛,帶動車載鏡頭需求大躍進,由 (glass, G)和塑膠鏡片(pitch, P) ,玻璃鏡片相較於塑 於車載鏡頭必須通過嚴酷的環境考驗,因而众以玻 膠鏡片有較高硬度、透光度、折射率、抗潮濕、抗 璃為主,5G 到7G 產品皆有。 高溫、抗變形性且光穿透頻譜範圍較寬等特色,其 主因車輛运用情境複雜與区别 環境之極限要 中,非球面玻璃透鏡相對於球面玻璃透鏡易订正光 求,玻璃处事溫度範圍較塑膠鏡片廣,且玻璃鏡片 學像差,使光學系統成像品質普及,同時減少鏡頭 於光學 係數中,透視度佳/入光量众/耐刮度上等其 所运用的鏡片數。 他利众,但玻璃量產缺點之 一,爲一切玻璃鏡片皆 不過,近年來因消費型數位相機幾乎被灵巧型 必要研磨故製程較複雜,相較塑膠鏡片直接射出不 手機所代替,讓不少廠商積極轉型、跨足其他光學 需研磨;但亦有廠商已開始實驗,欲望導入玻璃+塑 應用,如車用鏡頭、虛擬實境(virtual reality, VR) 、 膠鏡片(hybrid)於鏡頭內部运用,後續需觀察是否能 擴增實境(augmented reality, AR) 、機器人視覺等領 通過处事溫度的信賴性測試[2] 。 域。2元彩票根據統計,2016 年台灣缜密光學元件產值達957 億台幣,年没落 10% ,中止2009 年金融海嘯以來 超缜密加工製程介紹 的連年成長紀錄。工研院產經切磋中央預期本年光 1. 平常玻璃模具加工製程 學鏡頭產業可望正在手機雙鏡頭滲透率晋升帶動產 平常的玻璃透鏡的製作格式分為缜密研磨與 值回暖,由於手機出貨為鏡頭大宗,占比超過八成, 拋光法和缜密模酿成形法。缜密研磨與拋光法必須 因而,雙鏡頭為苛重觀察指標。其它,汽車先進駕 使用超缜密加工機或非球面研磨機成形透鏡,最後 駛輔助系統(advanced driver assistance systems, 再經過非球面研磨拋光製程才力完毕,但此法不適 ADAS)滲透率普及,將帶動車用鏡頭运用量大增, 合大方生產,并且對技術人員的加工技術条件較 將是下一個推動光學產業的一大動力來源。 高。近年來,正在高量產的需求下,众採用缜密模制 此外,智能工廠將正在生產線上導入更众攝影 成形法,此成形常用的模仁材質為碳化鎢和碳化 38 │ │417 期 │ 更完美的內容 請參考【機械工業雜誌】417 期‧106 年 12 月號 每期 220 元‧一年 12 期 2200 元 劃撥帳號工業技術切磋院機械所 訂書專線:03-591-9342 傳线 機械工業雜誌官方網站:機械工業雜誌信箱:/div