【摘要】：模壓成型技術(shù)能夠一次性壓制成精密的光學(xué)玻璃元件,開(kāi)創(chuàng)了大批量、高效率制造光學(xué)玻璃元件的新時(shí)代。但在幾何形狀比較復(fù)雜、尺寸小、單元數(shù)量多的微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件模壓過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)填充不飽滿(mǎn)、形狀精度低和模壓力較大等問(wèn)題。為解決傳統(tǒng)光學(xué)玻璃模壓的技術(shù)局限,為今后模壓過(guò)程中工藝參數(shù)的合理選取提供參考,本文利用MSC.Marc有限元軟件對(duì)V槽光學(xué)元件的模壓性能進(jìn)行了仿真分析,探討了超聲振動(dòng)輔助模壓和傳統(tǒng)光學(xué)玻璃模壓仿真結(jié)果的區(qū)別,并利用自主研發(fā)的模壓機(jī)進(jìn)行模壓實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證仿真結(jié)果。主要內(nèi)容如下:(1)為了改善光學(xué)玻璃模壓成型精度,減小玻璃模壓過(guò)程中的模壓力,以V槽陣列結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象,并利用MSC.Marc有限元軟件,分析了模壓深度、模壓速度以及模壓溫度對(duì)模壓過(guò)程的填充效果和模壓力的影響情況;同時(shí)探討了各模壓因素對(duì)模壓過(guò)程的綜合影響,并得到了各因素的影響主次順序和不同試驗(yàn)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的優(yōu)水平。(2)為了研究超聲振動(dòng)條件對(duì)模壓力和填充效果的影響,對(duì)比分析了超聲振動(dòng)模壓和傳統(tǒng)光學(xué)玻璃模壓中應(yīng)力分布云圖、模壓力曲線(xiàn)以及填充效果的不同,發(fā)現(xiàn)在超聲振動(dòng)模壓中,V槽玻璃元件最大應(yīng)力明顯下降,應(yīng)力分布更均勻;傳統(tǒng)光學(xué)玻璃模壓的最大模壓力為4.05kN,超聲振動(dòng)模壓的最大模壓力為3.07kN,同比下降了24.5%;同時(shí)超聲振動(dòng)模壓的平均填充率為96.59%,而傳統(tǒng)光學(xué)玻璃模壓的平均填充率為93.51%,超聲振動(dòng)模壓的填充性能優(yōu)于傳統(tǒng)光學(xué)玻璃模壓。(3)對(duì)光學(xué)玻璃模壓的仿真結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)隨著模壓深度的增加,光學(xué)玻璃透鏡的填充性能逐漸改善,但最大模壓力也隨之增加;在一定范圍內(nèi),隨著模壓溫度的升高,最大模壓力呈下降趨勢(shì),同時(shí)V槽的填充深度增加,光學(xué)玻璃模壓的填充性能變好
【圖文】：

玻璃模壓成形技術(shù)最先出現(xiàn)于 1974 年，美國(guó)的 Eastman Kodak 提出并申請(qǐng)的專(zhuān)利 US3833347[4]中，該技術(shù)的主要步驟為將玻璃胚料升溫軟化后，用精密的模具加壓于玻璃上，玻璃復(fù)制了模具的外形輪廓，然后降溫取得玻璃成品。目 前 國(guó) 內(nèi) 外 有 許 多 研 究 學(xué) 者 對(duì) 光 學(xué) 玻 璃 模 壓 成 形 技 術(shù) 進(jìn) 行 了 研 究 ，M.Heckele[5]等人認(rèn)為模壓成型是適用于微結(jié)構(gòu)成形的理想制造技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)主要包含有材料流動(dòng)率低，可以很好的避免產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力從而引起玻璃元件的光學(xué)誤差，同時(shí)模壓成型也可制造出高精度、高品質(zhì)的光學(xué)玻璃元件，而且模壓成型技術(shù)步驟簡(jiǎn)單明了，可以適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，有效的降低時(shí)間成本；美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的 Allen Y.Yi 和 Anurag Jain[6]對(duì)比了用模壓成型技術(shù)制造的和傳統(tǒng)制造技術(shù)生產(chǎn)的透鏡的成形精度、表面光潔度以及光學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)光學(xué)模具表面的面形精度可以被復(fù)制至模壓后的玻璃透鏡上，，玻璃成型技術(shù)可以運(yùn)用于透鏡的制造生產(chǎn)；圖 1.1 為分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真得到的非球面曲線(xiàn)，通過(guò)對(duì)比分析有限元仿真的結(jié)果和玻璃熱壓成型實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，得出有限元模擬可以用于預(yù)測(cè)玻璃透鏡成型過(guò)程的結(jié)論。

玻璃模壓成形技術(shù)最先出現(xiàn)于 1974 年，美國(guó)的 Eastman Kodak 提出并申請(qǐng)的專(zhuān)利 US3833347[4]中，該技術(shù)的主要步驟為將玻璃胚料升溫軟化后，用精密的模具加壓于玻璃上，玻璃復(fù)制了模具的外形輪廓，然后降溫取得玻璃成品。目 前 國(guó) 內(nèi) 外 有 許 多 研 究 學(xué) 者 對(duì) 光 學(xué) 玻 璃 模 壓 成 形 技 術(shù) 進(jìn) 行 了 研 究 ，M.Heckele[5]等人認(rèn)為模壓成型是適用于微結(jié)構(gòu)成形的理想制造技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)主要包含有材料流動(dòng)率低，可以很好的避免產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力從而引起玻璃元件的光學(xué)誤差，同時(shí)模壓成型也可制造出高精度、高品質(zhì)的光學(xué)玻璃元件，而且模壓成型技術(shù)步驟簡(jiǎn)單明了，可以適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，有效的降低時(shí)間成本；美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的 Allen Y.Yi 和 Anurag Jain[6]對(duì)比了用模壓成型技術(shù)制造的和傳統(tǒng)制造技術(shù)生產(chǎn)的透鏡的成形精度、表面光潔度以及光學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)光學(xué)模具表面的面形精度可以被復(fù)制至模壓后的玻璃透鏡上，玻璃成型技術(shù)可以運(yùn)用于透鏡的制造生產(chǎn)；圖 1.1 為分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真得到的非球面曲線(xiàn)，通過(guò)對(duì)比分析有限元仿真的結(jié)果和玻璃熱壓成型實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，得出有限元模擬可以用于預(yù)測(cè)玻璃透鏡成型過(guò)程的結(jié)論。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ171.734

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7 王

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