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非球面光学玻璃透镜模压成型精度分析

作　者: 王锋
导　师: 尹韶辉
学　校: 湖南大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 非球面光学玻璃透镜模压成型模具补偿异形非球面透镜预制件
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

非球面玻璃透镜的加工受到越来越多人的关注，其加工方式也由传统的研磨方式逐渐向更为先进的模压方式转变。非球面玻璃透镜模压成型，其生产周期短、成本低、加工方式绿色环保，并且非常适合大批量的生产加工，打破了传统加工的局限性，而受到广泛的认可。但模压成型还不完善，模压技术中，透镜成型精度不高，常规预制件不适合成型非常规透镜，仿真与实际成型存在着差异等等一些问题仍阻碍着其发展，因此，对这些问题的研究，有利于其推广应用。本文针对这些问题，在初步介绍非球面玻璃透镜成型基本原理及相关理论后，应用相关设备和MSC.Marc仿真软件，主要进行了如下的研究：1.根据GMP-211的模压成型工艺流程，建立了一个典型的双凸非球面透镜模压成型模型；通过仿真该模型的成型过程，探讨了仿真中数据传输、非球面曲线拟合方式、网格大小、透镜与下模芯的接触方式对透镜成型误差的影响；由模具补偿仿真可知，模具补偿次数越多其成型精度越高，但次数越多其改善幅度越有限。2.根据GMP-211的模压成型工艺流程，建立了一个典型的异形非球面透镜模压成型模型；仿真了球形预制件、半球形预制件和圆柱形预制件成型异形非球面透镜的模压过程，基于仿真，对比分析了各个预制件的加热时间、充型状况、成型性、残余应力、面形精度，结果表明，圆柱形玻璃预制件更适合成型该类异形非球面玻璃透镜。3.在分析了HGLMOD-06型模压机工艺特点的基础上，针对其七站式加工过程建立了相应的仿真模型；介绍了平凸非球面透镜模压模具的加工过程，加工了面型精度(P-V)约为3μm的非球面模具；通过仿真平凸非球面透镜的模压成型，预测了180s后玻璃球受热并未均匀的达到500℃，其成型后应力应变的分布及成型精度；进行了模压成型平凸非球面透镜实验，经过检测得知，非球面的粗糙度约为5nm，平面的粗糙度约为5nm，并对比分析了仿真误差与实验误差的异同。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
插图索引  11-13
附表索引  13-14
物理符号含义表  14-16
第1章绪论  16-24
  1.1 研究背景及意义  16-17
  1.2 非球面透镜制造的发展及现状  17-18
  1.3 非球面玻璃透镜的精密模压技术  18-19
  1.4 非球面玻璃透镜模压成型数值仿真技术  19-22
  1.5 本研究课题的来源及内容  22-24
第2章光学玻璃成型的基本理论  24-34
  2.1 粘弹性应力松弛理论  24-28
    2.1.1 高温玻璃黏度  24-25
    2.1.2 高温玻璃黏弹性  25-27
    2.1.3 高温玻璃应力松弛模型  27-28
  2.2 热传递基本理论  28-32
    2.2.1 热传递基本方式  28-29
    2.2.2 固体热传导的数学描述  29-32
  2.3 非球面透镜成型模具的设计  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章非球面透镜成型误差补偿仿真  34-49
  3.1 模具补偿的简介  34-35
  3.2 非球面模具补偿方式  35-37
    3.2.1 节点几何修正  35-36
    3.2.2 模具补偿流程  36-37
  3.3 仿真模型及其相关参数  37-40
    3.3.1 非球面透镜的外形  37-38
    3.3.2 仿真过程及模型  38-39
    3.3.3 材料参数及边界条件  39-40
  3.4 仿真设置对成型误差的影响  40-44
    3.4.1 数据连接误差  40-41
    3.4.2 曲线拟合方式误差  41-42
    3.4.3 网格大小误差  42-43
    3.4.4 接触方式误差  43-44
  3.5 非球面透镜误差补偿仿真的结果及分析  44-48
    3.5.1 全值误差补偿和半值误差补偿  45-47
    3.5.2 多次补偿仿真  47-48
  3.6 本章小结  48-49
第4章预制件形状对异形非球面透镜成型的影响  49-60
  4.1 异形非球面透镜的简介  49
  4.2 异形非球面玻璃透镜模压成型仿真  49-52
    4.2.1 异形非球面透镜的形状  49-50
    4.2.2 材料参数  50
    4.2.3 不同预制件的仿真模型  50-51
    4.2.4 边界条件  51-52
  4.3 仿真结果和分析  52-57
    4.3.1 加热分析  52-53
    4.3.2 加压充型分析  53
    4.3.3 等效总应变分析  53-55
    4.3.4 残余等效应力分析  55-56
    4.3.5 透镜成型精度分析  56-57
  4.4 预制件的倒角对成型的影响  57-58
  4.5 本章小结  58-60
第5章平凸非球面透镜成型的实验与仿真  60-78
  5.1 HGLMOD-06 型模压设备  60-64
    5.1.1 机床结构  60-61
    5.1.2 运行说明  61-62
    5.1.3 加工工艺  62-64
    5.1.4 特点分析  64
  5.2 平凸透镜的模具加工  64-69
    5.2.1 模具设计  64-66
    5.2.2 模具加工方式及设备  66-67
    5.2.3 模具加工及其结果  67-69
      5.2.3.1 加工参数  67-68
      5.2.3.2 加工结果  68-69
  5.3 平凸透镜的模压仿真  69-73
    5.3.1 仿真参数  69-70
      5.3.1.1 透镜的外形  69
      5.3.1.2 材料参数  69
      5.3.1.3 仿真模型  69-70
      5.3.1.4 边界条件  70
    5.3.2 仿真结果和分析  70-73
      5.3.2.1 加热分析  70-71
      5.3.2.2 等效总应变分析  71
      5.3.2.3 残余等效应力分析  71-72
      5.3.2.4 透镜成型精度分析  72-73
  5.4 平凸透镜的模压试验  73-76
    5.4.1 试验相关参数  73-74
    5.4.2 实验结果及分析  74-76
  5.5 本章小结  76-78
总结和展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
附录A (攻读硕士学位期间发表论文目录)  85-86
附录B (参与研究课题)  86

非球面光学玻璃透镜模压成型精度分析

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