复杂结构光学元件的注射压缩成型技术研究

摘要

随着太阳能发电技术的深入发展,人们对具有特殊光学性能的复杂结构元件的加工精度及效率的要求也在不断提升。在其制备过程中,与传统材料去除加工方法相比,注射压缩成型工艺在成型复杂结构光学元件方面具有突出优势。注射压缩成型工艺效率高、成型质量好且稳定以及成型复杂结构相对容易。本文以壁厚变化显著且具有尖锐齿形角的高倍聚光器组件全内反射透镜为研究对象,进行了注射压缩成型技术的相关研究。
　　首先,通过对注射压缩成型工艺过程的研究,分析了该过程中注射和压缩两个阶段的成形特点,概括了注射压缩成型数值模拟的基本原理,并对注射阶段及其压缩阶段的数学模型进行了相关介绍。针对 Moldflow/MPI软件对有限元模型的要求,制定了全内反射透镜有限元模型的建立方法,从中性面模型的建立过程到网格划分、修复、细化规整有序化、赋予各单元厚度属性等过程对该方法进行了详细的描述与分析。
　　其次,完成了注射压缩模具的设计及优化。依据注射压缩成型特点,确定了透镜注射压缩模具的设计方案:成型零件部分按压缩模具标准设计,模架部分按注射模具标准设计。另外,对影响成型质量较大的浇注系统和冷却系统进行了仿真优化,确定了主流道型浇口的始端直径和半锥角以及冷却水道的排布位置。
　　最后,对注射压缩成型工艺参数进行了优化并完成了相关实验。利用Taguchi正交实验矩阵并引入信噪比设计并完成了透镜注射压缩过程的模拟实验,应用极差法得到了以翘曲变形及残余拉、压应力为目标的优化工艺参数组合,据此进行了注射压缩成型实验和注射成型对照实验,并对成型透镜进行检测,结果表明注射压缩成型透镜在整体轮廓精度和尖角的尖锐程度等方面均优于注射成型。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的研究内容

第2章 注射压缩成型数值模拟理论及有限元模型建立

2.1 注射压缩成型概述

2.2 注射压缩成型数值模拟的基本原理

2.3 模拟仿真有限元模型的建立

2.4 本章小结

第3章 全内反射透镜注射压缩模具设计及优化

3.1 注射压缩模具设计

3.2 浇注系统设计及优化

3.3 冷却系统设计及优化

3.4 本章小结

第4章 全内反射透镜注射压缩成型工艺参数优化

4.1 实验设计及数据分析方法

4.2 工艺参数优化模拟实验及结果分析

4.3 补充模拟仿真实验及其结果分析

4.4 本章小结

第5章 全内反射透镜的注射压缩成型实验

5.1 注射压缩成型实验

5.2 成型透镜的检测及分析

5.3 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢