LED光学模具超精密加工工艺研究

摘要

LED光学元件由于其功能特点而要求其具备非常高的面形精度与表面粗糙度。模具的制造质量，尤其是光学模芯的质量决定了光学元件的质量，故模具的制造装配就成为了LED光学元件质量的关键因素。本论文来源于与东莞市某模具企业合作项目，属于东莞市高等院校、科研机构科技计划项目(2012108101006)。
　　本文以单点金刚石车削技术为基础，并将其具体运用于LED光学元件的模芯加工制作上，确定相关工艺方案。本文首先介绍了目前超精密模具制造研究现状与发展趋势，从工艺的角度介绍模具各个系统的功能，并指出模具材料的要求与使用原则。对铣削加工、电火花加工、磨削加工、电火花线切割、车削加工工艺的原理与工艺特点与趋势进行解释说明，并就其中一些工艺问题提供了一些借鉴方案。
　　通过查找阅读大量的文献，对单点金刚石车削技术进行深入了解认识。解释了超精密切削加工的加工机理，计算推导得到了精密切削下工件的弹性退回量δ1与当金刚石刀具刃口半径r一定时，工件上最小切削厚度αpmin的公式;对金刚石刀具种类、几何参数、装夹方式、加工对象、失效形式进行总结归纳，并就影响单点金刚石车削加工质量的因素进行探讨，提出一些提高零件加工质量的措施，为模芯加工做好准备。
　　对光学模芯的结构特点、精度要求、表面粗糙度要求进行分析。就目前几种加工光学模芯的加工方案进行比较，确定各个方案的优缺点与及适用场合，确定了零件在化学镀镍后采用单点金刚石车削加工的方案。随后对加工方案进行具体化，对化学镀镍工艺进行了详尽介绍，设计零件的夹具，并分析了对刀对零件面形误差的影响，确定镀镍层的切削用量，排屑冷却方式。
　　使用UG NX的数控加工模块(CAM)对模具零件进行数控编程加工，利用计算机对加工工程进行仿真模拟，并根据仿真结果对切削用量、刀具轨迹进行改进选取，生成NC代码。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 LED与光学元件简介

1．2 课题的背景与意义

1．3 精密模具制造研究现状

1．3．1 精密模具制造国外研究现状

1．3．2 精密模具制造国内研究现状

1．4 课题的主要工作

第二章 模具零件的加工工艺

2．1 注塑模具的组成

2．2 模具钢材介绍

2．2．1 模具材料的要求

2．2．2 模具材料的选择

2．3 注塑模具常用工艺方法

2．3．1 铣削加工

2．3．2 电火花加工

2．3．3 磨削加工

2．3．4 电火花线切割

2．3．5 车削加工

2．4 本章小结

第三章 单点金刚石车削

3．1 精密加工定义

3．2 单点金刚石车削技术简介

3．2．1 单点金刚石车削特点

3．2．2 常规切削模型

3．2．3 单点金刚石车削模型

3．2．4 单点金刚石车削退回量的计算

3．2．5 单点金刚石车削最小切削厚度的计算

3．3 金刚石刀具简介

3．3．1 精密加工刀具应具备条件

3．3．2 金刚石刀具的分类

3．3．3 金刚石刀具角的几何角度

3．3．4 金刚石刀具的装夹方式

3．3．5 金刚石刀具的刃磨定向

3．3．6 金刚石刀具的加工对象

3．3．7 金刚石刀具的失效形式

3．4 影响单点金刚石车削加工质量因素

3．4．1 材料品质

3．4．2 机床性能

3．4．3 切削要素

3．4．4 切削环境

3．5 本章小结

第四章 LED模具的加工

4．1 LED注塑零件对模芯要求

4．2 机械加工工艺基础知识

4．2．1 零件工艺分析步骤

4．2．2 粗、精基准的选择与加工余量的确定

4．3 模芯工艺路线的确定

4．3．1 模芯加工方案比较与确定

4．3．2 模芯材料STAVAX

4．4 LED模芯镀镍研究

4．4．1 化学镀镍磷合金原理与特点

4．4．2 影响化学镀镍磷合金质量的因素

4．4．3 化学镀镍磷合金工艺过程

4．5 单点金刚石车削加工

4．5．1 单点金刚石车削的对刀

4．5．2 单点金刚石车削切削用量

4．5．3 单点金刚石车削的冷却与排屑

4．6 金刚石车削夹具的设计

4．6．1 车床夹具设计准则

4．6．2 夹具图纸

4．7 模芯的抛光

4．8 本章小结

第五章 基于UG数控编程的数控零件加工

5．1 数控编程基础知识

5．1．1 数控加工路线特点

5．1．2 数控编程功能字简介

5．1．3 数控机床的坐标系

5．2 UG软件数控编程简介

5．3 模芯零件加工

5．3．1 模型的修改

5．3．2 模芯工件坐标系的确定

5．3．3 模芯部件边界和毛坯边界设定

5．3．4 模芯零件工序的创建与相关参数的设定

5．3．5 刀轨的仿真确认

5．3．6 后处理

5．4 本章小结

结论和展望

全文工作总结

展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢