非球玻璃透镜模压成型技术.docVIP

翻译文献： 非球玻璃透镜模压成型 Anurag Jain, Allen Y. Yi 美国俄亥俄州43210，哥伦布市1971尼尔大道俄亥俄州立大学，工业系焊接与系统工程 摘要.模压成型已成为非球面玻璃透镜中等至大批量生产的可行性制造工艺。从热收缩到模具涂层磨损和长成型周期模拟了透镜成型过程的各个阶段二维轴对称的玻璃成型模拟过程玻璃被模拟成牛顿流体和温度依赖性粘度模具界面这项研究的主要目标之一就是包括粘弹性 （对机械负荷的玻璃的时域响应）仿真模型为数有限的实验并与实验数据的预测结果比较。虽然预测的结果似乎是定性与实验数据吻合，进一步研究需要对粘弹性、 结构弛豫 （玻璃温度改变依赖响应时间） 和在高应力水平，玻璃的非牛顿特性进行更有效的工具，用于流程分析和优化使有限元。 早些时候的研究与开发的重点球面透镜一直致力于非球面光学制造研究 [1-3]。在这一领域的发展使得采用非球面光学元件的光学设计经济现实。非球面透镜具有一个表面或两面不符合一个球形球面透镜使用非球面透镜的元素如果设计合理，使用非球面光学设备元素可以减少光学畸变，内部反射透镜计数，和最小化装配要求。使用非球面玻璃元素满足对更便宜、 更好、 更轻，和小光设备需求。对于大批量的 OEM 产品，如相机镜头、 投影物镜和电信产品非球面光学镜片注塑成型已唯一可用的制造方法。虽然玻璃是一种材料的选择对于光学的应用程序，传统的玻璃透镜制造工艺向运营商和最终提出几个问题由于使用了大量的冷却剂的用户和泥浆，复杂抛光过程控制和极高的制造成本。 压缩成型的精度非球面光学可能是一个有吸引力的方法在这个过程中玻璃采空区处于按下状态，形成一个完成的镜头。释放应力，防止散热片，形成的镜头被允许待在模具型腔进行退火。图 1 是一个示意图显示泛型的玻璃成型工艺 的顺序[4]。实心点表明所述加热元件处于关闭状态。 形成的镜头 玻璃成型过程大致可以分为在三个不同阶段 A、 B 和 C （见图 2）。黑线表示温度变化灰在阶段一，N2 流经模具装配区模具的装配和玻璃采空区加热的温度略高于玻璃的工作温度。在 C 阶段，成型工艺间的衔接通过一个快速的冷却阶段测试镜头有38.453 毫米半径和48.985 毫米半径。镜头的外直径是 25毫米中心厚度是大约 5 毫米。透镜毛坯BK7 [6] （玻璃化转变温度 Tg = 557钨硬质合金 （WC） 用于生成 （上部和较低） 模具 [7]。模具表面的精度 地面和抛光到光学质量前薄白金涂层的 500 毫微米厚沉积。惰性薄膜涂层所有 25 透镜模压在同一加热模具和玻璃采空区成型温度 684 模压的镜头随后被调离模具和冷却至 20 。第三阶段采用 N2 气体清除 O2 和控制过程中的冷却速率成型压力控制在在冷却期间 500 N 的恒定的水平力尽量减少从镜片的残余应力变形和温度的变化。模具在每个周期铂涂料 图2.玻璃成型过程中的温度变化 表 1碳化钨模具制作工艺磨削工艺车轮配置 工件速度 砂轮 表面速度 进给速度 进料 SD 1,200 浓度100树脂粘接，刀尖圆弧半径 0.5毫米金刚石晶粒尺寸粗加工： 3m 完成： 1 2.数值仿真 玻璃成形模拟商业有限元方法 （FEM） 代码DEFORM-2D基于对更新塑性大变形的拉格朗日公式分析。该方案利用网格重新划分算法严重的网格畸变触发优胜劣汰的新的一代人不变形网格流程变量的值从旧网格插值到新网格。 表 2 总结了材料性能玻璃的流动行为被假定为服从牛顿粘塑性成形法[8]，温度模拟了使用关系： ，等效von Mises 应力，[MPa]，是应变率 A、B和T0是实验研究的待定系数，典型粘度值的形成温度范围约等于 100 MPa（700 ℃） 和 1 MPa 秒 （900 ℃）。 表 2玻璃和模具材料的性能 材料类型 刚塑性 弹性 弹性模量 （GPa） 570 泊松比 0.22 密度 （kg/m3) 14650 热导率(W/ 1.1 63 比热 （J/kg ） 314 热扩展 （× 10 － 6 / ） 4.9 图 3 显示的是玻璃成型工艺与位移二维轴对称有限元模型热边界条件越低的模具和模具被约束在 Y 方向和速度边界条件按照模具运动在形成阶段应用于上模和模具。上和下模 k 是对象的热导率Tc 是模具镜n 是曲面边界单位向量界面传热系数 在玻璃和模具的界面2800 W/㎡ ℃。在相似的温度和压力条件对流换热系数 (h) 值为 20W/ ° C时被用来模拟在加热阶段的自由对流，值为 200 W/ 指示约束边界 速度边界条件τ 是界面的剪切强度[MPa]，k 是剪切屈服应力[MPa]m是剪切系数 (0 ≤ m ≤ 1)四结点四边形单元被用于所有大约 2500元素用于采空区、 50