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3C玻璃面板热弯成形技术研究及其能耗分析

【摘要】:随着科技的进步以及3C产业的发展,非球面光学透镜因其优良的性能而广泛受到关注,同时光学元件的制造技术也发展迅速。近年来,玻璃模压成形工艺(GMP)作为传统玻璃制造技术的替代工艺,具有加工效率高、成形精度好、低成本、无污染等优点。但是,模压成形技术仍然存着许多亟待解决的难题阻碍了此项技术的进一步普及。如产品成形应力过大、透镜最终轮廓存在偏差以及能量消耗大等问题。因此,对玻璃元件制造技术的研究及其能耗分析有着重要的理论和实际意义。为了探讨玻璃成形后的残余应力以及形状偏差,本文通过对玻璃材料的粘弹性模型和随温度变化的松弛现象进行分析建立了多工位模压成形有限元数值仿真模型。再基于模压工艺的试验过程利用MSC.Marc软件对模型添加载荷及边界条件,以实现对玻璃透镜加工过程的残余应力及形状偏差的可视化分析,进而研究模压成形过程中各阶段工艺参数对成形质量(残余应力、形状偏差)的影响。为了研究指纹锁在GMP加工过程中工艺参数对成形质量的影响,分别选取加热速率、冷却速率以及模压温度为变量进模拟仿真实验,探讨模压温度、加热速率、冷却速率等工艺参数对玻璃元件残余应力以及形状偏差的影响。结果表明,当成形温度为670°C时,残余应力和形状偏差较小,考虑残余应力和温差分布的共同结果,在成形温度控制在670℃,且加热速率为2.0°C/s,冷却速率为0.5°C/s时,残余应力较小。当加热速率为2.0°C/s,冷却速率为0.75°C/s时,成形玻璃表面形状偏差较小。结合仿真结果,利用3D高精度扫描仪进行激光扫描以测量玻璃面板表面误差,由实验可知,在GMP过程中,指纹锁玻璃面板表面最大误差出现在中间部位。这是因为在退火冷却过程中,产品边缘靠近模具两侧,中间部分收缩低于边缘,导致产品中部表面贴合误差较大,但最大误差小于0.05 mm,进一步验证了仿真模型的正确性。为了研究3D手机盖板模压成形工艺的高能耗问题,本文根据实验过程中的热传递现象建立加热板-导热板-模具的传热模型,通过实验分析了每片玻璃生产过程中的工艺能耗、良品率以及碳排放量等参数。实验表明,在实际加工过程中,可以通过改变工艺参数来降低能耗,通过两组实验可知改变工艺参数后CO_2的排放量从1313.87减少到1127.97g/pcs,相应减少14.15%,这对于实现模压工艺的绿色制造及可持续性发展具有指导意义。本文随后介绍了制造高精度玻璃面板的模压工艺设备为多工位模压机床,其中压力系统和恒温控制装置是为机床提供压力和监测温度变化的设备,选用亚德客TCL20x175s型号三轴气缸为压力控制装置,温度传感器选用的是山武c15tv0ta0300,能够符合加工生产要求。其次,利用QPSO-BPNN多目标优化算法基于工艺能耗和良品率进行算法优化,得到了能耗和良品率的平均相对误差,并显示了实验和预测数据之间的差异低于5%(大约2.72%),验证了QPSO-BPNN能够通过双目标优化获得较高的预测精度,并验证了优化后的工艺参数组合是可靠和准确的。最后分别从玻璃材料、有限元数值仿真以及模具制造创新性等方面对未来的发展进行了展望。

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