[發明專利]一種小口徑玻璃鏡片精密熱壓成型模具輪廓偏移補償方法

有效

• 申請號: 202110517208.0
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113343515B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 雷宇;唐昆;李典雨;舒勇;張明軍;毛聰;胡永樂
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06F111/10;G06F119/08;G06F119/14
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本發明公開了一種小口徑玻璃鏡片的多工位精密熱壓成型模具輪廓偏移補償方法，基于成型過程熱交換、玻璃的粘彈性模型，以及結構松弛特性的分析，建立小口徑玻璃鏡片熱壓成型的有限元模型，并對其熱壓成型過程進行數值模擬；采用徑向基RBF函數模型對有限元仿真結果進行擬合，預測成型鏡片的非球面輪廓曲線，以此對模具非球面輪廓偏移量進行補償。本發明避免了傳統試錯法在進行模具輪廓偏移補償過程中耗時長、成本高，且易損傷精密模具等問題，提高了補償效率，降低了成本；同時，避免了常規有限元仿真軟件仿真過程中，因網格劃分與計算量等因素無法大量取點擬合所導致的補償精度不高等問題。

技術領域

本發明屬于玻璃鏡片精密熱壓成型領域，尤其是涉及一種小口徑玻璃鏡片精密熱壓成型模具輪廓偏移補償方法。

背景技術

近年來，小口徑玻璃鏡片在光電、生物醫藥、汽車、航空航天等領域的應用日趨廣泛，而精密熱壓成型是實現小口徑玻璃鏡片高效、高質量制造的有效技術之一。小口徑玻璃鏡片精密熱壓成型是在無氧環境中，將玻璃預形體置于模具的下模仁中，通過加熱、加壓、退火和冷卻四個階段，將模具上、下模仁的面形精確復制到預形體之上的過程(圖1)；這一過程中，模具的精度則是保證玻璃鏡片成型質量的關鍵。

然而，由于玻璃材料自身熱膨脹等因素的影響，鏡片的設計值與實際值之間在z方向存在偏差(輪廓偏移量h)，如圖2所示。通常，采用模具輪廓偏移補償對這一偏差進行修正，即將成型后的鏡片輪廓與設計值進行對比，再將對比后的輪廓偏移量對模具設計參數進行補償，以提高成型鏡片的精度。目前，模具輪廓偏移補償多采用試錯法或有限元模擬：其中，前者通過反復試壓與修模實現對模具輪廓曲線的修正，其耗時長、成本高，且易損傷精密模具；后者則是在有限元仿真軟件中，通過有限元建模與數值模擬實現補償修正，因其網格劃分與計算量等問題無法大量取點擬合，導致補償精度不高。因此，有必要對現有方法進行改進，以提高模具輪廓偏移補償的效率與精度，從而提高小口徑玻璃鏡片熱壓成型模具的制備效率與成型鏡片精度，降低生成成本。

發明內容

針對上述現有成型模具輪廓偏移補償方法實施過程中耗時長、成本高、補償精度不高等技術問題，本發明旨在提供一種小口徑玻璃鏡片精密熱壓成型模具輪廓偏移補償方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是，一種小口徑玻璃鏡片精密熱壓成型模具輪廓偏移補償方法，結合圖3至圖4，所述方法包括以下步驟：

步驟一、分析熱壓成型過程的熱交換、玻璃的粘彈性模型，以及結構松弛特性，建立起玻璃預形體與模具熱壓成型的有限元模型。

進一步的，所述步驟一中，玻璃熱壓成型采用加熱板加熱，玻璃-模具界面的接觸換熱、玻璃與模造室流動的氮氣之間的對流換熱是玻璃預形體升溫的主要熱量來源；上述接觸與對流換熱的熱交換方程如下：

公式(1)中，k_g、k_m分別為玻璃和模具的熱導率，h_m為玻璃與模具之間的接觸換熱系數，h_N為玻璃與氮氣之間的對流換熱系數T為玻璃表面溫度，T_m、T_N分別為模具和氮氣的溫度。

由于玻璃為粘彈體，采用廣義麥克斯韋模型描述玻璃的粘彈性與應力松弛行為，其應力松弛模量G(t)為：

公式(2)中，G₀為瞬時剪切模量，τ_a為松弛時間，ω_a為權重因子。由于玻璃存在簡單熱流變特性，采用Narayanaswamy移位函數來描述移位因子A(T)的變化過程：

公式(3)中，ΔH為玻璃活化能，R為氣體常數，T_ref為參考溫度，T為玻璃實際溫度。