超声振动辅助微光学玻璃元件模压仿真和实验研究

发布时间：2020-05-17 18:19

【摘要】：模压成型技术能够一次性压制成精密的光学玻璃元件,开创了大批量、高效率制造光学玻璃元件的新时代。但在几何形状比较复杂、尺寸小、单元数量多的微结构光学元件模压过程中,会出现填充不饱满、形状精度低和模压力较大等问题。为解决传统光学玻璃模压的技术局限,为今后模压过程中工艺参数的合理选取提供参考,本文利用MSC.Marc有限元软件对V槽光学元件的模压性能进行了仿真分析,探讨了超声振动辅助模压和传统光学玻璃模压仿真结果的区别,并利用自主研发的模压机进行模压实验来验证仿真结果。主要内容如下:(1)为了改善光学玻璃模压成型精度,减小玻璃模压过程中的模压力,以V槽阵列结构作为研究对象,并利用MSC.Marc有限元软件,分析了模压深度、模压速度以及模压温度对模压过程的填充效果和模压力的影响情况;同时探讨了各模压因素对模压过程的综合影响,并得到了各因素的影响主次顺序和不同试验指标对应的优水平。(2)为了研究超声振动条件对模压力和填充效果的影响,对比分析了超声振动模压和传统光学玻璃模压中应力分布云图、模压力曲线以及填充效果的不同,发现在超声振动模压中,V槽玻璃元件最大应力明显下降,应力分布更均匀;传统光学玻璃模压的最大模压力为4.05kN,超声振动模压的最大模压力为3.07kN,同比下降了24.5%;同时超声振动模压的平均填充率为96.59%,而传统光学玻璃模压的平均填充率为93.51%,超声振动模压的填充性能优于传统光学玻璃模压。(3)对光学玻璃模压的仿真结果进行了实验验证,发现随着模压深度的增加,光学玻璃透镜的填充性能逐渐改善,但最大模压力也随之增加;在一定范围内,随着模压温度的升高,最大模压力呈下降趋势,同时V槽的填充深度增加,光学玻璃模压的填充性能变好
【图文】：

玻璃模压成形技术最先出现于 1974 年，美国的 Eastman Kodak 提出并申请的专利 US3833347[4]中，该技术的主要步骤为将玻璃胚料升温软化后，用精密的模具加压于玻璃上，玻璃复制了模具的外形轮廓，然后降温取得玻璃成品。目 前 国 内 外 有 许 多 研 究 学 者 对 光 学 玻 璃 模 压 成 形 技 术 进 行 了 研 究 ，M.Heckele[5]等人认为模压成型是适用于微结构成形的理想制造技术，其优点主要包含有材料流动率低，可以很好的避免产生较大的内应力从而引起玻璃元件的光学误差，同时模压成型也可制造出高精度、高品质的光学玻璃元件，而且模压成型技术步骤简单明了，可以适应现代生产的需求，有效的降低时间成本；美国俄亥俄州立大学的 Allen Y.Yi 和 Anurag Jain[6]对比了用模压成型技术制造的和传统制造技术生产的透镜的成形精度、表面光洁度以及光学性能，发现光学模具表面的面形精度可以被复制至模压后的玻璃透镜上，，玻璃成型技术可以运用于透镜的制造生产；图 1.1 为分别通过实验和仿真得到的非球面曲线，通过对比分析有限元仿真的结果和玻璃热压成型实验得到的结果，得出有限元模拟可以用于预测玻璃透镜成型过程的结论。

玻璃模压成形技术最先出现于 1974 年，美国的 Eastman Kodak 提出并申请的专利 US3833347[4]中，该技术的主要步骤为将玻璃胚料升温软化后，用精密的模具加压于玻璃上，玻璃复制了模具的外形轮廓，然后降温取得玻璃成品。目 前 国 内 外 有 许 多 研 究 学 者 对 光 学 玻 璃 模 压 成 形 技 术 进 行 了 研 究 ，M.Heckele[5]等人认为模压成型是适用于微结构成形的理想制造技术，其优点主要包含有材料流动率低，可以很好的避免产生较大的内应力从而引起玻璃元件的光学误差，同时模压成型也可制造出高精度、高品质的光学玻璃元件，而且模压成型技术步骤简单明了，可以适应现代生产的需求，有效的降低时间成本；美国俄亥俄州立大学的 Allen Y.Yi 和 Anurag Jain[6]对比了用模压成型技术制造的和传统制造技术生产的透镜的成形精度、表面光洁度以及光学性能，发现光学模具表面的面形精度可以被复制至模压后的玻璃透镜上，玻璃成型技术可以运用于透镜的制造生产；图 1.1 为分别通过实验和仿真得到的非球面曲线，通过对比分析有限元仿真的结果和玻璃热压成型实验得到的结果，得出有限元模拟可以用于预测玻璃透镜成型过程的结论。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ171.734

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 徐洪林;;高锰钢超声振动车削用量优化研究[J];机械工程师;2015年12期

2 沈剑云;陈剑彬;鲁浪;王江全;;径向超声振动辅助锯切光学玻璃[J];光学精密工程;2016年07期

3 刘树良;陈涛;魏宇祥;吴超群;;旋转超声振动端面磨削CFRP表面质量研究[J];航空制造技术;2016年15期

4 路冬;蔡力钢;程强;李志凯;;碳纤维增强复合材料超声振动辅助车削有限元仿真[J];振动与冲击;2015年14期

5 王骞;杨长勇;傅玉灿;徐九华;高绍武;杨能阁;闫文;;超声振动辅助磨削3Cr13不锈钢孔表面粗糙度研究[J];金刚石与磨料磨具工程;2015年04期

6 陶镛光;王顺钦;;超声振动车削系统设计及变幅杆模态分析[J];沈阳大学学报(自然科学版);2013年05期

7 池建昌;田锡天;杨杰;刘书暖;;超声振动钻削装置设计与研究[J];宇航材料工艺;2012年05期

8 陈学永;肖子英;;超声振动钻削试验系统设计[J];福建农林大学学报(自然科学版);2011年01期

9 王军;张淳;;硬脆材料超声振动磨削的试验研究[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2010年02期

10 关颖;;超声振动钻削的运动学分析[J];煤矿机械;2010年09期

相关会议论文 前10条

1 邵铭剑;胡中伟;方从富;于怡青;徐西鹏;;蓝宝石不同晶面轴向超声振动辅助磨削特性研究[A];2016年全国超声加工技术研讨会论文集[C];2016年

2 马超;张建华;陶国灿;沈学会;;超声振动辅助铣削加工铝合金2A12实验研究[A];2016年全国超声加工技术研讨会论文集[C];2016年

3 吴昊;邹平;陈明方;徐英帅;;一种超声振动车削系统的研究[A];第16届全国特种加工学术会议论文集（下）[C];2015年

4 赵继;王立江;;超声振动车削表面的波谱分析[A];第五届全国电加工学术年会论文集（特种加工篇与综合性论文篇）[C];1986年

5 苏浩;杨长勇;高绍武;徐九华;傅玉灿;;轴向超声振动辅助磨削9Cr18磨削力试验研究[A];2016年全国超声加工技术研讨会论文集[C];2016年

6 解振东;翟继强;朱立华;管延锦;;高径比对超声振动镦粗过程影响的研究[A];创新塑性加工技术，推动智能制造发展——第十五届全国塑性工程学会年会暨第七届全球华人塑性加工技术交流会学术会议论文集[C];2017年

7 王

本文编号：2668971