非球玻璃透镜模压成型技术(2)

τ 是界面的剪切强度[MPa]，k 是柔性材料的剪切屈服应力[MPa]，m是剪切系数 (0 ≤ m ≤ 1)。假设玻璃和模具之间完全黏贴是的剪切摩擦系数为1.0。四结点四边形单元被用于模拟所有实体，大约 2500

元素用于模拟采空区、 500 的元素被用来模拟的上模和下模，200 的元素被用于模拟模具。

完整的仿真模型分为四个步骤：a） 加热模具和玻璃采空区到成型温度 684 ℃。b)在684℃成型。c）把模具组件和透镜冷却到200℃。d）单独把透镜从200℃冷却到20℃（即室温）。

2.2 数值结果

图4显示了仿真成型的不同阶段：（1） 初始加热透镜和模具组件到成形温度为 684 o C 。（2）透镜采空区在684℃形成（绝热过程）。（3）把模具组件和透镜冷却到200℃。（4）透镜在室温20℃下完成。

图 4.透镜成形过程的数值仿真

2.3 透镜几何预测

图 5 显示了非球面透镜从这两个实验得到的曲线与 X 轴作为参照 （设

计） 的曲线仿真的偏差。在图中横轴代表与透镜中心的距离（原点）。垂直轴表示测量曲线和设计曲线的偏差 （实验和仿真） 。它可以观察从预测的结果相配的图与实验数据的中心但镜头移动至中心预测的结果曲线往往偏离了试验曲线。当前的有限元模型不包括的影响粘弹性 （解释在第 2.4 节） 的影响结构弛豫 （时间取决于响应与原子重新分配在高关联温度） 的玻璃在玻璃化转变温度。讨论了数值仿真在下面的部分是我们第一次尝试纳入中建模的玻璃粘弹特性成形过程。

图 5.计算与透镜形状相对的实验尺寸

2.4 粘弹性

玻璃是一种粘弹性材料，这就意味着周围的玻璃化转变范围应激的反应对变形不再是成比例的。除了在瞬时弹性应变，还有延迟过去一段时间内出现的弹性应变和逐渐复苏后应力消除。此外还有引起的粘性流动永久应变。被认为是大多数氧化物玻璃线性粘弹性材料和简单术语层面 (TRS) 。

光学玻璃的组件折射率均匀，残余应力要在可以接受的程度内。退火过程为获得释放后的自由应力不得不小心的设计。因此，对于准确预测应力在一个成型透镜中的分布，对纳入粘弹性的玻璃材料进行建模变得绝对必要。在此研究中，曾尝试通过使用模型玻璃的粘弹性响应商业有限元预测代码马克一个成型的镜头内部的应力分布。

粘弹性由对应的热弹性有限元分析方程[13] 给出：

D 是弹性模量矩阵，σ是应力，ε和

是实际应变张量和热应变张量，剪切模

量 G 在矩阵 D中被时间依赖性相似体G(t）代替，恒切变玻璃的时间相关值（表3）输入仿真模型：

给出的应力总变化公式：

.

其中，t 是小的时间步长和k(t) 是局部应力组件。应力松弛的部分在时间步长 t ，变化热应力都转换为节点力和从外部力量在数值减去模型。位移、 应变和应力的变化可以计算一个简单中的方式相同弹性分析 [13]。

图 6 (a) 显示预测的应力分布在末尾成型的玻璃镜片内循环 （即那一瞬间模具被关闭）。图 6 (b) 所示在模压的玻璃镜头内的应力分布时间即时，t = 20 秒后的模具有完全关闭，同时温度仍一直维持在 600 ° c。从这些数字可以看出，在第一次发生应力大幅度放宽20 秒后合模。应力松弛10 平均价值 280 MPa 的最大值MPa 大约。这里面的残余应力镜头进一步将到期的耗散消失在结构弛豫退火过程中的能量周期和收缩率的镜头。结构弛豫由于残余应力的透镜收缩和影响是在将来可以处理的问题研究。另一个有趣的观察，从数字 6 (a) 和 6 (b) 是模具型腔不是完全填充成型周期 （如见到末尾在右上角的图 6（a），但之后 20模具模具开合秒完全获取可能由于粘弹性松弛的填充玻璃材料。图 7 显示了在一个固定的应力历史情节期间完全成型的玻璃内的位置 A周期。从位置 A，得到预测的应力从粘弹性材料模型继续生成在成型期间，达到最大值在关闭了模具的瞬间的值。在那之外期间有了这些模具仍处于相同的位置压力迅速下降并达到稳定值后大约 40 秒 （即 20 秒后模具关闭）。

3.结论

精密玻璃非球面透镜在大体积。图精度的成型玻璃镜片是小于 10，这是相当于或比常规的球形玻璃制造过程。然而由于热膨胀的模具、 注塑的透镜曲线被转移了。这也是结果表明有限元分析程序可以用于预测结果和优化成型参数。

然而，一些商业程序都不配备适当的数学表述来模拟粘弹性行为及结构弛豫的玻璃材料。更可靠的应力预测内模压的镜头是可能通过实施粘弹性有限元软件 MARC 中。

图 6.Von Mises 应力分布预测(a) 在最后成型步骤 （b） 的模压镜片内成型后的 20

秒

图 7.在位置 A 的应力历史曲线里面的玻璃镜片

4.致谢

作者要感谢博士 Anthony(副教授、 机械俄亥俄州立大学工程) 的研究支持。这项研究的支持也是由俄亥俄州大学焊接的工业与系统工程 (IWSE)学院提供，尤其是由博士 R.A.米勒 （IWSE教授和院长）。

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库非球玻璃透镜模压成型技术(2)在线全文阅读。