小口径双非球面硫系玻璃镜片精密模压成型仿真与实验研究

发布时间：2020-03-24 14:31

【摘要】：随着小口径双非球面硫系玻璃镜片在军用、民用及医疗等领域的广泛应用,大批量生产小口径双非球面硫系玻璃镜片来满足市场需求已迫在眉睫。传统的研磨抛光工艺只能单个加工镜片,成本高,生产效率低。而精密模压成型技术由于能在模压温度下将玻璃预形体一次性压制成最终镜片,因此该技术已逐渐成为如今批量生产小口径双非球面硫系玻璃镜片的最佳方法。但该技术也存在一些亟需解决的问题:1)模压工艺参数范围确定与优化问题;2)模压用精密模具设计与制造问题;3)冷却间隙对成型镜片质量影响的问题。本文针对上述问题,采用仿真分析与实验相结合的方法对硫系玻璃IRG205的精密模压成型进行了研究。本文主要研究内容及相应结论如下:1.在硫系玻璃精密模压成型仿真分析中,对仿真分析所需玻璃的热膨胀系数及比热容等参数进行了测量,并通过样品测试数据及相关公式计算了硫系玻璃的应力松弛及结构松弛参数。2.通过仿真对硫系玻璃IRG205的模压成型过程进行了分析,确定了模压温度、压力载荷及保持压力三个工艺参数的范围;再经正交模压成型实验,研究了模压工艺参数对成型镜片质量的影响规律,并得到优化后的模压工艺参数为:模压温度345℃,压力载荷0.05Mpa,保持压力0.02Mpa。3.基于优化的工艺参数,采用仿真分析对模压成型模具进行了轮廓偏移量补偿分析,在对上下模仁分别进行两次和三次补偿后,仿真分析得到的成型镜片轮廓偏移量最大值均小于0.25μm。利用拟合后的非球面曲线参数对模具进行制造,然后进行了模压成型实验,并对仿真与实验所得镜片轮廓偏移量进行了比较和分析。4.对小口径双非球面硫系玻璃模压成型冷却阶段模具上模芯与成型镜片之间的冷却间隙进行了研究,揭示了其对成型质量的影响规律。首先通过仿真分析了不同冷却间隙条件对成型镜片内部温度、应力分布以及轮廓偏移量的影响;;然后通过模压成型实验,分析了其对成型镜片表面形状精度PV、表面粗糙度Ra及轮廓偏移量的影响,并将实验结果与仿真进行了对比研究。
【图文】：

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统识别能力及简化设备结构等优势受到光学界的广泛关注ＩＵ１。目前，小口径双非球面逡逑红外玻璃镜片在民用红外摄像机、红外手机、汽车夜视辅助驾驶，军用热成像仪、各逡逑类制导武器、红外潜望镜、飞行员头盔，医用内窥镜等方面得到了广泛应用，如图１．１逡逑所示。逡逑ａ）红外摄像机逦ｂ）头盔夜视仪逦ｃ）红外内窥镜逡逑图Ｕ小口径双非球面红外玻璃镜片的应用逡逑红外非球面玻璃镜片的制造技术主要有车削加工和精密模压成型两类。车削加工逡逑通常采用单点金刚石车削工艺，对硒化锌、单晶锗等晶体材料精密车削加工而成，该逡逑工艺效率低、成本高，且无法满足大批量生产的需求。精密模压成型工艺是一种一次逡逑性将玻璃预形体压制成目标镜片的成型工艺，具有工序少，成本低，工艺参数可控，逡逑环境友好等优点，可获得高尺寸精度、面形精度和低表面粗糙度的小口径非球面玻璃逡逑镜片丨R%。逡逑硫系玻璃作为一种非晶体材料，，在２？１５邋ｐｍ红外波段内具有较高的透过率，光学逡逑性能与单晶锗材料相当，此外它还具有消热差性能优良、较宽的红外透过性、较低的逡逑１逡逑

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逦ｅ）逡逑ａ）、ｂ）：力口热升温，高温浸润；ｃ）力口压变形；ｄ）退火；ｅ）冷却逡逑图１．２精密模压成型工艺五阶段过程逡逑２）精密模压成型机床介绍逡逑精密模压成型机床是小型光学玻璃元件精密模压成型的基础，也是衡量一个国家逡逑中小型光学玻璃元件制造能力的重要因素。目前，日本在精密模压成型机床的研制上逡逑处于领先地位。１９８６年日本东芝机械公司成功研发首台采用高频波加热的工业用精密逡逑３逡逑
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ171.68

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