详情

原文传递车载大尺寸异型玻璃构件的热弯成形工艺研究

论文题名：	车载大尺寸异型玻璃构件的热弯成形工艺研究
关键词：	车载大尺寸异型玻璃构件;模压成形;工艺参数;成形质量;能耗分析
摘要：	随着航空、军事、医学、3C等产业的发展，非球面材料光学元器件的发展被越来越多的人关注了起来，也促进了非球面光学元器件的研发生产水平飞速发展。随着技术的进步，传统的玻璃加工技术因为它的精度低和成本昂贵被模压成形技术替代，玻璃的模压成形技术（GMP）拥有成形速度快，成本质量高，加工成本低，环境污染小等优势。不过，玻璃模压成形工艺如今仍然面临着不少问题亟需克服，比如产品成形残余应力较大、成形形状误差大以及传热不平衡等现象。此外，目前很多研究都主要针对小体积玻璃部件的热弯成形进行研究，对大尺寸玻璃元件的热弯成形研究较少。因此，大尺寸玻璃元件制造技术的模压成形加工机理及其成形工艺的研究有着重要的理论和实际意义。　　为了研究大尺寸玻璃构件的成形质量，本文主要分析了大尺寸玻璃元件成形后的残余应力、形状偏差和能效问题。首先，基于大尺寸玻璃材料的应力松弛和结构松弛模型，建立了大尺寸车载仪表盘玻璃构件的模压成形数值仿真模型。引入新的边界条件与负载，将玻璃的温度变化、残余应力等因素转换为可见的数据，以便更好地评估其性能。再使用Minitab软件进行正交仿真实验设计，利用MSC.Marc软件对模型进行实验，对大尺寸车载玻璃的温度分布、残余应力以及形状偏差进行实验研究。　　对大尺寸车载玻璃的工艺参数设计了正交实验进行研究。研究发现，在模具的升温温度、冷却速度以及模压压力等工艺参数的不同组合下，成形产品产生残余应力和形状偏差各不相同。此外，这些工艺参数的选择直接影响模压成形的能效。研究发现当模具的温度为580℃、压力为25MPa、冷却速度为1.25℃/s时，残余应力达到最低值17.55MPa；当压力为570℃、30MPa、冷却速度为1.25℃/s时，形状偏差达到最低值0.1851mm。当模具的温度降至550℃、压力降至30MPa、冷却时间降至1℃/s时，其所需的能源消耗量最低为45539.2kJ/pcs。结合实际实验结果，玻璃元件的表面误差主要发生在玻璃变形边缘位置，且最大误差不超过0.05mm。为了提高成形效果并降低能耗，我们采用NSGA-II优化算法对实验结果的最大残余应力、形状偏差和能耗进行多目标优化分析。经仿真实验验证，优化后的工艺方案可以显著地降低最大残余应力、形状偏差和能耗。此外，该方案的平均预测误差低于20%，从而更加说明了该模型的可靠性。　　构建车载玻璃的热传导模型。对加热板-导热板-模具的热传导特性进行探讨，我们构建出一个有助于更好地评估大尺寸汽车玻璃制造过程中热量的有效模型，从而更好地控制和优化生产过程中的热力学行为。对升温速率进行四种配置策略分析，对热流密度进行五种配置策略分析，对比模具在加热阶段时加热装置的能效规律。结果显示，采用升温速率策略四的加热装置输出能量比初始升温速率降低了4.04%；加热时间比采用初始升温速率的加热时间缩短7.06%。采用热流密度策略Ⅲ的加热装置输出能量比初始热流密度策略降低了4.92%；加热时间比初始热流密度策略降低了6.06%。　　本文旨在深入研究大型车载玻璃元件的模压成形过程，通过数值仿真模拟，探讨其机理及工艺参数，并分析其能耗与体机之间的关联。随着研究的推进，对于玻璃的材料参数精准把控可以推进研究的准确性，对模具的质量考虑可以更好的模拟成形过程，对设备的更新换代可以提高生产效率，这些都是对于玻璃成形的未来研究趋势。
作者：	张圣飞
专业：	机械工程
导师：	明五一
授予学位：	硕士
授予学位单位：	郑州轻工业大学
学位年度：	2023