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《湖南大学》 2011年
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非球面玻璃透镜模压成型应力状态及成型形状的数值模拟与仿真

霍建杰  
【摘要】:非球面玻璃透镜在光学领域的应用日益广泛,传统的加工非球面透镜的技术如:磨削、抛光等已不能满足高精度大批量生产的要求。玻璃模压成型技术由于生产效率高、精度高等优点,越来越广泛地应用于非球面透镜的生产制造。虽然玻璃模压成型技术优点突出,但仍然存在一些问题,目前面临的主要问题有:模压成型加工参数的选择,模具形状补偿等。有限元仿真技术能很好的计算模压过程中透镜的应力及形状,从而为选择合适的加工参数和模具补偿提供参考。 本文简要介绍了模压成型技术原理,转变温度区域内玻璃的材料模型,得到了模压温度越高应力松弛越快的结论。基于某一非球面透镜的加工过程,采用高级非线性有限元软件MSC.MARC对加热、加压、退火和冷却脱模过程进行了仿真。 为了预测该小口径非球面透镜模压加工过程中加热和加压参数,建立了有限元仿真模型,设定了相关的边界条件。研究了D-ZK3玻璃在540℃至590℃加压时的充型情况,得到该玻璃的适宜模压温度在580℃左右。仿真结果表明模压温度越高,残余应力越小,模压温度为580℃时的最小加热时间为155s左右。通过分析不同加压速率下的透镜残余应力分布,得到了加压速率越快残余应力越大的结论。 在退火和冷却脱模阶段,主要研究了脱模瞬间的应力突然降低的现象。分析了整个加工过程中透镜的残余应力分布,指出残余应力最大值出现在加压阶段合模瞬间。讨论了不同加工参数下的残余应力分布规律,分析了摩擦系数对透镜残余应力的影响。预测了不同模压温度和不同退火速率下的最小退火时间。 最后本文对冷却脱模后的透镜形状进行了预测,并通过变化单一的加工参数研究了加工参数对透镜上下非球面形状的影响。得到了模压温度越高,偏差越小;加压速率越大,偏差越大;退火速率对偏差大小影响不大;退火保持力越大,偏差越小等结论。讨论了摩擦系数对上下非球面形状的影响,指出摩擦系数越小,形状偏差也越大。
【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】:TH74

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