【摘要】：光學(xué)元件模壓成型工藝是一種有效的復(fù)制加工技術(shù),目前成為國內(nèi)外研究的熱點,其中非球面光學(xué)元件和微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件模壓成型為主要研究方向。相比非球面光學(xué)元件,微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件由于幾何形狀復(fù)雜,數(shù)量單元多、結(jié)構(gòu)尺寸小、陣列排布密等特點,在模壓成型過程中存在填充不均勻、不飽和等諸多問題。本文以細(xì)V槽光學(xué)元件模壓成型中玻璃流變特性為研究對象,開展有關(guān)研究工作。根據(jù)流變學(xué)理論,對適用于描述熔融態(tài)光學(xué)玻璃流變模型的本構(gòu)方程及模型參數(shù)進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究分析,以松弛時間譜為切入點,介紹了如何通過實驗所得材料物理參數(shù)函數(shù)反求松弛時間譜近似解的計算方法,并對無法獲取材料參數(shù)的情況進(jìn)行線性化處理,以靜態(tài)動力粘度和靜態(tài)彈性模量求取材料松弛時間變化曲線。然后,為獲取熔融態(tài)光學(xué)玻璃靜態(tài)動力粘度參數(shù),通過實驗得到材料動力粘度—溫度變化曲線和流動度—溫度變化曲線。實驗結(jié)果表面:熔融態(tài)光學(xué)玻璃的動力粘度隨溫度的升高而降低,流動度隨溫度的升高而增長,且在材料剛剛突破轉(zhuǎn)變溫度TS時,動力粘度曲線呈陡然下降趨勢。又以實驗所用H-QK3L光學(xué)玻璃為例,詳細(xì)說明了如何利用靜態(tài)動力粘度和靜態(tài)彈性模量獲取熔融態(tài)光學(xué)玻璃松弛時間變化曲線的實驗方法。最后,利用MSC.Marc有限元軟件對光學(xué)玻璃在陣列細(xì)V槽結(jié)構(gòu)的填充效果進(jìn)行模壓仿真分析,仿真結(jié)果可知,伴隨溫度上升,V槽填充效果逐步提高,模壓過程中熔融態(tài)光學(xué)玻璃的流動特征主要表現(xiàn)在對邊界位置的V槽填充形態(tài);利用模壓實驗得到陣列細(xì)V槽結(jié)構(gòu)光學(xué)玻璃的實際填充輪廓,實驗中出現(xiàn)的填充不均勻、不飽和現(xiàn)象,其成因與光學(xué)玻璃流變特性存在密切聯(lián)系,并結(jié)合仿真結(jié)果,從溫度效應(yīng)與位置效應(yīng)兩方面對成因進(jìn)行有效分析。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH74
【圖文】：

邐細(xì)Ｖ槽光學(xué)元件模壓成型中玻璃流變特性研究逡逑光學(xué)元件模壓成型工藝分為加熱、加壓、退火和冷卻四個階段［３］，如圖１．１逡逑所示。實際操作過程中，先將玻璃坯料放入下模模芯，并裝配上下模；接著在無逡逑氧環(huán)境中將配合好的模具加熱至預(yù)先設(shè)定的模壓溫度并對模腔內(nèi)的玻璃坯料進(jìn)行逡逑一段時間的保溫處理；待玻璃坯料處于高溫熔融狀態(tài)后，施加壓力使上下合模，逡逑擠壓熔融態(tài)玻璃坯料填充下模溝槽，待合模完畢后保壓一定時間，讓已成型的玻逡逑璃材料慢慢冷卻并逐步釋放內(nèi)應(yīng)力；最后將成型玻璃元件迅速冷卻至室溫，開模逡逑取出。光學(xué)元件模壓成型的工藝流程簡短，在克服傳統(tǒng)加工方法生產(chǎn)成本過高、逡逑加工效率偏低等缺點的同時，又保留了傳統(tǒng)加工方法下光學(xué)元件所達(dá)到的優(yōu)異性逡逑能，成型后的光學(xué)元件具有面形精度高、一致性好、整體尺寸可控等特點，可實逡逑現(xiàn)流水線生產(chǎn)。在市場需求的推動下

使得在模壓成型過程中存在諸多難點。日本群馬大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)１６】，使用逡逑模壓成型工藝對單個Ｖ槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行玻璃坯料填充實驗時，存在Ｖ槽填充不飽和、逡逑尺寸傳遞不對稱和退火時變形收縮不一致等工藝缺陷（如圖１．３所示），對成型光逡逑學(xué)元件的形狀精度與表面粗糙度產(chǎn)生不良影響。因此利用模壓成型工藝對微結(jié)構(gòu)逡逑光學(xué)元件進(jìn)行加工制造時，存在諸多問題。逡逑圖１．３單個Ｖ槽模壓填充示意圖逡逑（１）

逑元件整體導(dǎo)光性和其他物理特性。例如菲涅爾透鏡中殘余應(yīng)力過高時，會導(dǎo)致散邐丨逡逑射中心發(fā)生偏差（如圖１．５所示），進(jìn)而影響其聚光精度。逡逑圖１．５散射中心偏差逡逑（３）

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本文編號：2790252