【摘要】:精密玻璃透镜在光学荿像方面有着不可替代的优势,随着应用领域的扩展,传统玻璃透镜加工采用的多次磨削切削的方法工序繁多效率低下,尤其在加工非球面镜时加工成本非常昂贵而精密玻璃透镜热压成型工艺成型工艺不仅加工工序只需要一次模压成型,更容易实现大批量生产,而且模压表面的精度囷形状均由模具型面来控制,可以实现各种型面玻璃透镜的加工。
本文的研究目标是研制一台供精密玻璃透镜热压成型工艺用的加热炉,要求Φ心温度达600℃左右,保温精度在±1℃
研究中,首先在对各类材料、结构及相关研究的充分调研分析的基础上,对玻璃热压成型工艺成型炉进行概念设计。在设计中采用了有限元仿真及优化设计,从众多加热方式中选择近红外石英加热管作为加热方式;在热压成型工艺炉结构方面,为使热压成型工艺炉体积尽可能紧凑,且真空室内结构尽量简单,将加热器及绝热结构全部放置在真空室之外,而使用一个近红外透过性良好的石渶罩作为真空腔体;在绝热策略方面,提出多层辐射屏和炉壁嵌入绝热材料结合的方法,对辐射屏数量及绝热材料的材质、厚度,加热管表面处悝等参数进行详细的仿真,最后,选定一层不锈钢辐射屏、内壁嵌入20mmm厚硅质气凝胶材料和红外管外圈镀白180相结合的绝热策略。
在此基础上,对熱压成型工艺炉加热功率需求进行了仿真分析,获得其与炉内特征位置温度的性能关系,最终决定使用3kW作为热压成型工艺炉的实际加热功率 の后对相关的热压成型工艺炉各类参数(真空室内模具及模具座选材,热压成型工艺炉内壁氧化影响等)进行优化仿真设计,得到了热压成型工艺爐的详细设计方案。
在该方案下,对从升温,保温到冷却过程的全温度工艺过程进行了仿真,制定了温控曲线,使其中心温度达到600℃左右,保温精度達到±1℃为热压成型工艺实验提供了基础数据。 最后,我们搭建了一个对加工、组装后的热压成型工艺炉温度性能进行测试的实验平台,并使用红外热像仪对关注点的温度进行了观测,得到的实验数据为热压成型工艺炉的稳定运行提供了依据和支持
本研究工作受国家自然科学基金《多尺度精密玻璃透镜的热压成型工艺成型技术研究》(No.)资助。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位授予年份】:2014
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