Технология горячего штамповки является эффективным методом достижения низкозатратного и экологичного производства высокопроизводительных микрооптических стеклянных компонентов. Однако из-за длительного цикла нагрева и охлаждения и неравномерности температуры эффективность производства и качество формовки ограничены. Поэтому необходимо разработать модуль высокотемпературного быстрого и равномерного нагрева для обеспечения эффективного и качественного горячего штамповки. Во-первых, на основе кремниевого нитридного керамического нагревательного элемента спроектирован и изготовлен модуль нагрева, построена тестовая платформа, осуществлен мониторинг распределения температуры на поверхности модуля в реальном времени; затем проведены повторные тесты нагрева при постоянном напряжении для оценки надежности результатов; после этого создан и откорректирован конечноэлементный модель нагрева модуля при постоянном напряжении, и в сочетании с моделью и ортогональным экспериментом проведена оптимизация конструкции модуля для повышения скорости нагрева и равномерности температуры. Результаты экспериментов показывают: оптимизированный модуль нагрева обладает не только высокой скоростью нагрева, но и равномерным распределением температуры. При 180-секундном тесте нагрева при постоянном напряжении скорость нагрева модуля достигала 363 ℃/мин, а разница температур на поверхности — 10.7 ℃. При нагреве модуля с контролем температуры на уровне 700 ℃ измеренная температура соответствовала установленной температуре, колебания температуры были в пределах 0.3 ℃, особенно в центральной области 20 мм×30 мм разница температур составляла около 2 ℃. Наконец, модуль высокотемпературного быстрого равномерного нагрева был интегрирован в устройство горячего штамповки, что обеспечило высокоэффективное и качественное формование микроструктурной решетки на стекле N-BK7.

горячее штамповка;нагрев;равномерность температуры;конечноэлементное моделирование;ортогональный эксперимент