塑料非球面光学镜片注塑成型数值模拟与工艺优化

论文摘要

注射成型是热塑性塑料和一部分热固性塑料最主要的成型加工方法。由于材料本身的特性以及复杂的加工条件,非球面光学镜片注射成型过程相当复杂。长期以来,塑料注射成型过程的控制和模具设计与制造主要依赖工艺人员和设计人员的经验和技巧,设计的合理性只能通过试模才能知道,制造的缺陷主要靠修模来纠正,致使模具及塑料产品的设计与制造周期长、成本高、档次低。随着新材料和新成型方法的不断出现,问题更加突出。通过moldflow模流分析软件可以对该过程进行数值模拟,预测制品的结构和性能,可以在设计阶段及时发现问题并加以解决。本文的工作是通过Moldflow模流分析软件对非球面镜片的注射成型数值模拟,从而对其加工过程进行预测。现在的Moldflow plastics Insight软件有三种划分网格的形式:中面模型技术,表面模型技术和三维实体模型技术,每一种网格划分形式都有其缺点和优点。此课题研究主要用用表面模型技术来模拟非球面光学镜片的填充、保压和翘曲情况。通过分析结果,得知预设的工艺参数基本是可行的,在此基础上对镜片的应力翘曲进行了模拟,得到了使镜片产生翘曲变形的最大因素是收缩不均匀。为减小镜片的不均匀变形,我们以正交试验设计方法和数值模拟相结合的方法对五个重要的工艺参数进行了优化。结果显示,通过改变其注塑工艺参数可以改善镜片的翘曲程度。最后通过实验的结果对非球面光学镜片注射成型过程数值模拟的结果进行比较,验证了在CAE模流分析软件可以用来优化注塑成型工艺参数。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景及研究意义
• 1.2 光学塑料材料
• 1.2.1 光学塑料大致分类
• 1.2.2 光学塑料的特点
• 1.3 注塑成型工艺基础
• 1.3.1 注塑成型概况
• 1.3.2 注塑成型设备
• 1.3.3 注塑成型工艺
• 1.4 注塑成型CAE的发展和应用
• 1.4.1 CAE的含义
• 1.4.2 注塑成型CAE的历史和现状
• 1.5 本文工作
• 第二章 Moldflow分析基础
• 2.1 MOLDFLOW的发展状况
• 2.2 有限元分析基础
• 2.2.1 有限元分析概况
• 2.2.2 有限元的特点
• 2.3 注塑成型模拟技术
• 2.3.1 中面模型技术（2.5D）
• 2.3.2 表面模型技术（modified 2.5D）
• 2.3.3 三维实体模型技术（3D）
• 2.4 注射成型模拟的理论基础
• 2.4.1 充填过程中的数学方程
• 2.4.2 材料性质的数学模型
• 2.4.3 保压过程的数学模拟
• 2.4.4 冷却过程的数学描述
• 2.4.5 翘曲过程的数学模型
• 第三章 光学非球面透镜的注塑模拟过程
• 3.1 概述
• 3.2 光学非球面镜头实例分析
• 3.2.1 镜片模型的创建和导入
• 3.2.2 模型的网格划分和缺陷修改
• 3.2.3 选择分析类型和成型材料
• 3.2.4 建立浇注系统
• 3.2.5 注塑机和工艺过程参数的设置
• 3.2.6 分析计算
• 3.3 结果分析及相关后处理
• 3.3.1 填充分析结果
• 3.3.2 保压分析结果
• 3.3.3 翘曲分析结果
• 第四章 光学非球面镜头注射成型工艺优化
• 4.1 注射成型的工艺参数
• 4.1.1 注射成型的温度
• 4.1.2 注射成型的压力
• 4.1.3 注射成型的成型周期
• 4.2 注射成型工艺参数优化
• 4.3 CAE结合正交法试验法确定工艺参数
• 4.3.1 选择工艺参数的正交试验设计
• 4.3.2 建立正交表
• 4.3.3 直观分析法
• 4.3.4 优化后参数的验证
• 4.4 设计变量/参数的调整准则
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 对未来的展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文