3D超薄玻璃模压成形加工机理及其工艺优化研究

发布时间：2022-12-23 05:12

　　随着航天、军工、医疗、3C等行业的发展,非球面光学元件的设计越来越受到人们的关注。作为传统玻璃材料制造工艺的替代技术,玻璃模压成形工艺（GMP）具有成形精度高、生产周期短、成本低、无污染等优点。目前,模压成形技术,依然存在许多难题有待解决,例如产品成形应力大、良品率低及生产能耗高的问题。正是这些技术方面的难题,阻碍了模压成形技术的进一步发展。因此,有必要对玻璃模压成形加工机理及其成形工艺进行深入研究分析。为了提高玻璃元件的成形质量,降低生产能耗,本文基于玻璃材料应力松弛及结构松弛模型建立了智能手机盖板超薄玻璃元件多工位模压成形工艺的数值仿真模型,对玻璃温度分布、残余应力、形状偏差及生产能耗进行了预测。实验结果得出高应力（大于10MPa）主要分布在玻璃元件的小孔及变形区,最大形状偏差出现在玻璃元件的中部。并结合正交实验设计及NSGA-III优化算法分析了模压成形过程中各阶段工艺参数（加热速率、保温时间、模压温度、模压压强及冷却速度）对产品残余应力、形状偏差及能耗的影响。结果显示,模压温度、冷却速度和模压压力是影响产品残余应力和形状偏差的主要因素,而模压温度及加热速率是能耗的主要影响因素。... 

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景及意义
    1.3 国内外研究现状及发展动态
        1.3.1 非球面玻璃制造技术发展现状
        1.3.2 玻璃模压成形模具技术的研究概况
        1.3.3 模压成形工艺研究概况
    1.4 本文研究的主要内容与技术路线
        1.4.1 本文研究的主要内容
        1.4.2 本文研究技术路线
    1.5 本章小结
第二章 光学玻璃模压成形基本理论
    2.1 玻璃材料的热机械性质
        2.1.1 玻璃材料的热膨胀系数
        2.1.2 玻璃材料的弹性模量
        2.1.3 玻璃材料的比热容
    2.2 玻璃材料应力松弛模型
        2.2.1 玻璃的粘弹性模型
        2.2.2 玻璃热流变特性
    2.3 光学玻璃材料结构松弛模型
    2.4 材料界面热传递
    2.5 本章小结
第三章 3D超薄玻璃智能手机盖板模压成形有限元模型
    3.1 引言
    3.2 模型构建及仿真模型设计
    3.3 材料模型及特性参数
    3.4 载荷及边界条件
    3.5 数值模拟结果分析
    3.6 本章小结
第四章 模压成形参数对超薄玻璃元件成形质量及能耗的影响规律
    4.1 引言
    4.2 正交实验设计
    4.3 正交实验结果分析
        4.3.1 成形工艺参数对超薄玻璃元件残余应力的影响
        4.3.2 成形工艺参数对超薄玻璃元件形状偏差的影响
        4.3.3 成形工艺参数对超薄玻璃元件生产能耗的影响
    4.4 NSGA-III多目标优化
        4.3.1 回归模型
        4.3.2 NSGA-III两目标优化
        4.3.3 NSGA-III三目标优化
    4.5 实验验证
    4.6 本章小结
第五章 模压工艺对生产能耗的影响规律
    5.1 引言
    5.2 模型建立及验证
        5.2.1 建立热传导模型
        5.2.2 能量计算模型
        5.2.3 模型分析及验证
    5.3 数值模拟结果分析
        5.3.1 模具结构对生产能耗的影响规律
        5.3.2 加热系统升温速率对生产能耗的影响规律
        5.3.3 加热系统热流密度配置对生产能耗的影响规律
    5.4 碳排放量分析
    5.5 本章小结
结论与展望
    研究结论
    研究展望
参考文献
附录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]车门玻璃运动优化及仿真分析[J]. 高大威,肖丹,黄星星.  机械设计与制造. 2017(12)
[2]再发现和再扩展:玻璃熔合热弯工艺进程研究[J]. 萧泰.  装饰. 2015(02)
[3]非球面光学元件加工及检测技术综述[J]. 张小兵.  兵器材料科学与工程. 2014(02)
[4]热弯玻璃二次成型模具改进[J]. 何建辉,张克丽.  玻璃. 2012(11)
[5]小口径非球面玻璃透镜模压成形[J]. 尹韶辉,朱科军,余剑武,朱勇建,陈逢军.  机械工程学报. 2012(15)
[6]硫系玻璃的粘弹性及模压工艺的仿真[J]. 刘卫国,沈萍.  红外与激光工程. 2012(03)
[7]玻璃器皿压制成型的建模与仿真[J]. 胡军,靳小如,张建国.  机械设计与制造. 2011(11)
[8]小口径非球面透镜模压成形加热加压参数仿真[J]. 尹韶辉,霍建杰,周天丰,朱科军,王玉方,靳松,余剑武.  湖南大学学报(自然科学版). 2011(01)
[9]小口径薄型玻璃透镜精密模压制造[J]. 马韬,余景池,王钦华.  红外与激光工程. 2011(01)
[10]一种非球面超精密单点磨削与形状误差补偿技术[J]. 陈逢军,尹韶辉,范玉峰,朱勇建,刘庆.  机械工程学报. 2010(23)

博士论文
[1]光学玻璃透镜模压成形的数值仿真和实验研究[D]. 朱科军.湖南大学 2013
[2]精密热成型光学玻璃透镜的折射率场偏差及矫正方法研究[D]. 赵玮.中国科学技术大学 2009

硕士论文
[1]精密模压成型用硫系红外玻璃研究[D]. 郑超.西安工业大学 2009



本文编号：3724783