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《湖南大学》 2011年
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非球面光学玻璃透镜超精密模压成形数值模拟

王玉方  
【摘要】:非球面玻璃透镜的加工是先进光学制造领域的难题,也是衡量一个国家制造业发展水平的重要标志。随着光学设备的普及以及人们对光学设备性能要求的提高,市场上对高精度的非球面玻璃透镜的需求急剧升高。传统的非球面玻璃透镜的加工方法具有加工周期长、加工成本高、不适宜大批量生产等缺点。玻璃模压成形技术是一种新的加工技术,它不仅能获得较高的精度,还能克服传统加工方法的不足。目前,模压成形技术,依然存在许多难题亟待解决。正是这些技术方面的难题,阻碍了将此项技术的大规模应用。因此,对这些技术难题的研究,对于推广玻璃模压成形技术的工程应用,缩短玻璃透镜的开发周期,节约开发和制造成本有着重要的理论和实际意义。 本文在文献综述的基础上,对玻璃模压成形技术的研究现状进行了初步的分析,针对目前模压成形技术的难题,采用非线性有限元软件MSC.Marc,对两种不同口径的非球面玻璃透镜模压成形过程进行了数值模拟分析。主要研究内容如下: 1.研究了适合玻璃透镜模压成形的材料本构模型,建立了相关的本构方程,采用FORTRAN语言将材料本构关系添加到有限元程序中进行模拟分析,并给出了验证本构关系的条件。 2.通过对直径Ф11mm玻璃透镜模压成形过程的数值模拟,得到玻璃加热到520℃的最小加热时间为260s、加热过程中玻璃和模具的热变形情况以及玻璃的热应力变化情况;对不同模压温度、不同模压速率、不同摩擦系数条件下的透镜成形性能进行了研究,得到了玻璃材料的流动特性规律、透镜的应力应变分布情况,优化了模压成形温度、模压速率和玻璃-模具的接触情况。得到H-FK61玻璃最优的加工参数:模压成形温度为520℃,模压速率为0.1mm/sec,玻璃-模具的接触情况为0.1。 3.通过对直径Ф30mm玻璃透镜模压成形过程的数值模拟,得到了大口径玻璃透镜和较小口径玻璃透镜有着类似的成型性能,不同的是摩擦系数对透镜成形性能影响会更大。 4.研究了不同口径玻璃透镜的收缩变形情况,得出了成形透镜的形状误差曲线。研究发现口径越大,透镜的形状误差越大。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ171.6

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