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關鍵詞: 橢圓回轉面;數控加工;幾何反算;幾何模型
中圖分類號:O29文獻標識碼:A文章編號:1671—1580(2013)06—0150—03
制造橢圓回轉面的高精度模具,不同于復雜曲面和自由曲面的數控加工,因此不能照搬文獻[1—3]的方法。注意到橢圓回轉面具有對稱性,其上點均為橢圓點,可根據幾何反算這一瓶頸技術[4]給出數控加工中行距的計算模型和相關進給量公式。這一典型課題的探討對其他回轉面加工模型的研究也具有普遍的參考價值,而相對文獻[5]的方法,本模型所給出的三軸聯動數控加工方案精準度更高。
本文分四個方面:
1.對于橢圓回轉面精密模具研究了采用三軸聯動的加工方案;
2.說明了用端面銑刀加工時許用行距的計算模型與原理;
3.給出了三軸聯動的加工進給量的計算公式;
4.最后通過具體實例驗證,運算出結果,符合實際,說明本文的方案和模型是可行、可靠的。
一、橢圓回轉面精密模具的三軸聯動加工方案
首先,該加工方案可簡化為如圖1所示的形式,因為這個精密模具工件的外凸表面是橢圓回轉面,它在繞其對稱軸作勻速回轉運動時,就相當于加工橢圓線。
五、結論
本文提供的三軸聯動加工橢圓回轉面的方案、模型可行、可靠,它不僅為提高加工精確度提供依據,而且對于雙曲回轉面、拋物回轉面以及它們的離軸情況等問題都可以此為參考,選定加工方案。
[參考文獻]
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關鍵詞: 偏振像差; Mueller矩陣; 相位延遲差; 雙向衰減率
中圖分類號: O 436.3文獻標識碼: Adoi: 10.3969/j.issn.10055630.2013.01.003
引言斯密特棱鏡作為光學系統中廣泛使用的含屋脊的棱鏡之一,其偏振特性對成像質量的影響――偏振像差近年來廣受關注[1]。已經研究得知,斯密特棱鏡偏振特性直接導致了艾里斑的中心分裂,是破壞成像質量的主要成因[2]。隨之而來的偏振像差的矯正工作已經出現,矯正效果的評價提出了對偏振特性測量方法的需求。按照偏振光學理論,光學零件和光學系統的偏振特性可以由Jones矩陣、Mueller矩陣和Pauli矩陣三種矩陣來分析和描述,Jones矩陣是一個二階復數矩陣,是矩陣方法中最簡單的,但只能用于完全偏振光[34]。Mueller矩陣是一個四階實數矩陣,可以用于處理所有狀態的光波而被廣泛研究和使用[57]。Pauli矩陣作為Jones矩陣數學展開式,為Jones矩陣法提供了重要的研究基礎[8]。這三種矩陣用于光學器件的偏振特性分析具有各自的優勢。對光學器件或系統的偏振特性的檢測大多是通過對其特征矩陣的檢測來進行[9]。Mueller矩陣是用斯托克斯參量法研究光波的偏振特性時的光學器件或系統的特征矩陣。Mueller矩陣具備全面表征光學器件偏振特性的形式,雙向衰減、位相延遲等信息就直接包含在Mueller矩陣中,測量光學元件的Mueller矩陣就可以全面了解光學器件的偏振特性,對于偏振分析起著重要作用。圖1斯密特棱鏡Mueller矩陣測量原理圖
Fig.1Principle of Schmidt prism
Mueller matrix measurement1Mueller矩陣檢測原理分析斯托克斯參量法分析偏振態,需要測試的步驟多,過程繁雜容易出錯,而且測量結果與入射光的偏振態有關,并不是被測器件的獨立偏振特性。Mueller矩陣的最大特點是測量結果只與被測光學元件有關,從Mueller矩陣相應的矩陣元與透射振幅和位相的關系中即可以確定斯密特棱鏡的偏振特性。用傅里葉級數法測試斯密特棱鏡Mueller矩陣[10],其測量原理如圖1所示。光學儀器第35卷
關鍵詞:裝配和檢測技術 材料與處理技術 維修和再制造技術 精密成形技術
中圖分類號:TG76 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2013)03(a)-00-01
1 模具制造技術的現狀
模具是材料成形的重要工藝裝備,材料在外力的作用下受模具約束并產生流動變形,從而得到所需的形狀和尺寸的零件。按照成形工藝的不同,模具可以分為沖壓模具、鑄造模具、鍛造模具、擠壓模具、注塑模具、拉絲模具、玻璃成形模具、橡膠成形模具、粉末冶金模具和模具標準件等。模具一般由上模、下模和模具標準件組成,而現代大型復雜模具往往包含有獨立動力系統、加熱冷卻系統和控制系統,本身就是完整的制造裝備。模具技術包括模具的設計和加工技術、裝配和檢測技術、材料與處理技術及維修和再制造技術等,是精密成形技術的重要組成部分。模具生產具有高生產效率、制件的高一致性及較高的精度和復雜程度、節能節材等特點,因此是一個國家的工業產品保持國際競爭力的重要保證之一。模具制造技術的五大趨勢是綠色、智能、超常、融合、服務。模具制造技術的技術問題是:(1)復雜系統的創意、建模、優化設計技術;(2)零件精確成形技術;(3)大型結構件成形技術;(4)高速精密加工技術;(5)微納器件與系統;(6)智能制造裝備;(7)智能化集成化傳動技術;(8)數字化工廠。
機械工程11個技術領域是:(1)產品設計;(2)成形制造;(3)智能制造;(4)精密與微納制造;(5)仿生制造;(6)再制造;(7)流體傳動與控制;(8)齒輪;(9)軸承;(10)模具;
(11)刀具。
2 模具制造技術的發展趨勢是模具數字化設計制造技術
2.1 概訴
模具數字化設計制造技術的核心是CAD/CAM/CAE,應用模具數字化設計制造技術可以顯著縮短模具開發周期,改善產品質量,降低產品成本,提高服務水平,即可以提高模具企業的TQCS水平。對于推動模具行業的轉型和提升模具工業的核心競爭力具有深遠的意義。我國數字化模具設計制造技術的重點將集中在兩方面:1、通過高可靠性的模具設計技術徹底改變長期存在的憑經驗設計模具、可靠性無法保證的狀況;2、采用高效、精密的模具制造技術大幅提高模具制造的效率和精度。到2030年,我國模具數字化設計制造技術總體上將達到當時的國際先進水平。
2.2 關鍵技術
2.2.1 高可靠性的模具設計技術
(1)現狀。改善產品零件的可制造性是保證模具設計高可靠性的重要前提,實現可靠性模具設計的基礎技術是形成工藝過程的精確仿真。當前的產品工藝性較差,造成模具開發困難,成形工藝仿真采用的模型為宏觀仿真模型,即將成形的材料視為連續介質或均勻體,不能完全反應材料的真實成形特性。
(2)挑戰。模具的智能化設計將建模、分析和優化集于一體,需考慮多學科的協同以及材料的宏觀和微觀特性以及成形過程中多物理場的耦合。
(3)目標。模具設計將在知識驅動的設計平臺上進行,實現知識資源的共享,發展成形工藝過程的仿真技術和智能化的模具設計技術,實現高可靠性的模具設計,減少試模次數,最終達到零試模。預計到2020年,該技術將使一次試模成功率達到90%以上;2030年,達到95%以上。①產品的可制造性設計技術:通過并行工程、協同設計、成形仿真等開發技術,使模具設計人員在產品開發的早期介入產品設計,將會及早發現產品零件存在的成形性問題,保證其良好的可制造性,為高可靠性的模具設計提供基礎。②基于知識的智能化模具設計技術:模具的智能化設計將建模、分析和優化集于一體,更加注重多學科的協同,模具設計將在知識驅動的設計平臺上進行,實現知識資源的共享。不僅可以充分利用歷史的設計經驗和成功案例,還可以在已有的設計知識基礎上衍生出新的設計知識,具有更加完美的全關聯模具設計功能,從而避免設計錯誤的產生,實現高可靠性的模具設計。
2.2.2 高效、高精的模具制造技術
(1)現狀。目前高效率的模具加工技術,如高速切削和高效的電火花加工尚未得到普遍應用,其他的高效模具加工技術, 例如高能束加工、快速成形技術、高效的表面拋光技術及柔性自動化模具制造技術,雖然顯現出其巨大的優越性,但仍在起始階段。
(2)挑戰。在模具生產中實際使用的機床的轉速將會達到10萬r/min 以上,機床、刀具和高速切削理論均需有所突破;超精密模具加工技術不僅要使用性能極高的加工設備,要求極高的加工環境,同時還必須考慮極微小尺寸所產生的尺寸效應和界面效應問題,以及在微納尺度條件下的摩擦機理、熱傳導、精密測量與誤差補償等問題。
(3)目標。以信息技術、仿真技術和虛擬現實技術為基礎,實現虛擬模具制造,在實際制造模具之前,準確預測未來模具的性能和制造系統的狀態,從而作出正確的決策和優化實施方案;通過采用超精密加工技術、柔性自動化制造技術和基于仿真的虛擬模具制造技術,高效的模具加工技術,使模具加工的效率比現在提高10 倍以上,加工精度達到納米級。①高效的模具加工技術:高速切削機床和高效的電火花加工機床的加工效率大幅提高,高能束加工、快速成形技術和高效的表面拋光等技術將得到普遍應用。②超精密模具加工技術:為滿足制件的微米、納米級特征尺寸或精度要求,須協調處理高性能加工設備和加工環境以及極微小尺寸所產生的尺寸效應和界面效應等問題,實現精密測量與誤差補償,達到跨尺度高精度的控形和控性。未來20年,模具技術發展趨向主要是精密、復雜、高效、多功能。復雜主要指能實現智能控制的復雜模具,模具本身具有動力系統、加熱冷卻系統和控制系統;高效主要指模具的結構和性能滿足一模多件和高速成形等工藝要求,如多層注塑模具及2000次/min以上高速沖壓多工位級進模;多功能主要指能實現多料、多工序成形的多功能復合模具,如多料注塑模具、40工步以上的多工位級進模具和同時完成沖、疊、鉚等工序的馬達鐵芯模具等。
參考文獻
[1] 張忠侃.H13鋼碳化物球化過程及組織力學性能的研究[D].昆明理工大學,2010.
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一、邀請人員:
1、特約嘉賓
2、地產公司全體員工和xx項目員工
3、長期服務貢獻人員:xxxx
4、物業公司領導:xxxxxxx
5、xx公司和xx公司領導:xxx
二、具體時間:2月9日晚17:00--20:30
關鍵詞:光學玻璃;非球面透鏡;精密模壓
中圖分類號:F062.4 文獻標識碼:B 文章編號:1008-4428(2012)02-111 -03
一、前言
玻璃精密模壓制造技術特別適用于批量生產各種具有特殊結構的高精度中小口徑透鏡,尤其是那些用傳統加工手段難以實現的光學玻璃元件,如小口徑薄型透鏡、高次非球面鏡片、微透鏡陣列、衍射光學元件和自由曲面光學元件等由于精密模壓技術能夠大批量直接模壓成型精密的非球面或自由曲面光學零件,使得非球面玻璃光學零件被廣泛使用成為可能。因而給光學系統設計帶來了新的變化和發展,不僅簡化光學系統結構、縮小體積、減輕重量、節省材料、減少了光學零件鍍膜和工件裝配的工作量從而降低成本,而且還改善了光學系統的性能,提高了光學成像的質量。這項技術的普及推廣應用是光學行業在光學玻璃零件加工方面的重大革命。
二、精密模壓制造技術的工藝特點以及與傳統工藝的比較
作為成本相對較高的精密模壓技術,其最大的優勢在于批量制造非球面透鏡。非球面透鏡的主要應用有光纖耦合,DVD讀取頭,手機鏡頭,數碼相機鏡頭等。在很多情況下,光學設計采用非球面,能夠得到球面光學零件難以達到的光學性能,如提高系統的相對孔徑,增大視場角,改進像質,改善光照度均勻性,縮短工作距離,減少鏡片數量等,從而簡化光學系統結構,減輕重量。因此,非球面常常應用于大視場,大孔徑,像差要求高,結構要求簡單的光學系統中。非球面光學零件因其優良的光學性能而日益成為一類非常重要的光學元件。
非球面零件可分為回轉對稱非球面,非回轉對稱非球面,無對稱中心非球面,陣列表面四類。其中最常用的回轉對稱非球面。它是一條二次曲線或高次曲線,繞曲線自己的對稱軸旋轉所形成的回轉曲面。
設一條直線z為回轉軸,z軸也是光軸,非球面上任意一點到光軸的距離為r,非球面定點在z=0處,則回轉對稱非球面方程為:
式中,第一項是這個非球面的基面,它表達了一個二次去面;后面各項是這個非球面的高此項,它是偏離二次去面的表面特征,既非球面是在二次去面的基礎上作一些微小的表面變形,可以達到校正相差的目的,由于一個非球面可以有多個量可以選擇,和球面僅有一個c兩選擇相比,非球面有很好的作用,可以有一個非球面產生幾個球面結構的作用。
玻璃精密模壓制造技術大體上可以分為3個部分:精密模具設計與制造、熱壓成形工藝和模壓玻璃。其中模壓玻璃包括預型片設計與制造以及模壓后玻璃光學性能的變化兩部分。模壓透鏡的光學精度與這3個部分緊密相關。不同于材料去除型加工方式,精密模壓制造技術首先在無氧環境中將置于高精度模具內的玻璃預型片加熱到適合模壓的溫度,經由模芯表面施壓轉移面形,繼而保壓退火去除壓力分模,最終只需一道工序即可得到模壓透鏡,工藝流程簡單,生產效率高。由于在制造過程中,不需要對鏡片進行裝夾固定以及局部接觸施加壓力銑磨拋光,因此不會產生傳統加工方法中難以避免的薄型鏡片因機械應力而變形的問題。只要模壓條件正確設置,工藝穩定,模壓鏡片的面形和結構將具有良好的精度和一致性。
采用玻璃精密模壓方法進行透鏡加工,與傳統的加工工藝相比具有如下優點(見圖2.1, 圖2.2) :
(1)一般只需一道模壓工序即可得到最終的光學元件,不需要傳統的粗磨、精磨、拋光等工序,即可使光學元件達到較高的尺寸精度、面形精度和表面光潔度。
(2)能夠節省大量的生產設備、工裝輔料、廠房面積和熟練的技術工人,使一個小型車間就可具備很高的生產力。
(3)可很容易經濟的實現精密非球面光學零件的批量生產。
(4)只要精確地控制模壓成型過程中的溫度和壓力等工藝參數,就能保證模壓成型光學零件的尺寸精度和重復精度。
(5)可以模壓小型非球面透鏡陣列。
(6)光學零件和安裝基準件可以制成一個整體,結構更加緊湊。
(7)因為不使用研磨液和拋光粉等顆粒材料,且玻璃預制片不會產生加工去除廢料,是一種環保技術。
目前批量生產的模壓成型非球面光學零件的直徑為2~35mm,直徑公差為±0.01mm ;厚度為0.4~25mm,厚度公差為±0.01mm;曲率半徑可達5mm;面形精度為1.5λ,表面粗糙度符合美國軍標為60/40。
三、精密型料成形技術與模壓技術介紹
玻璃光學零件模壓成型技術是一項綜合技術,需要設計專用的模壓機器,采用高質量的模具和選用合理的工藝參數。成型的方法,玻璃的種類和型料,模具材料與模具制作,都是玻璃模壓成型中的關鍵技術。
精密型料成形技術早已成熟,各光學玻璃廠已用于批量制造。Matsushita電器公司和Sumita光學玻璃公司1994年的專利敘述了一種制造精密型料的方法 。基本原理示于圖3.1。玻璃配合料在鉑坩堝1中熔化、澄清、均化后從流料管9流Ltl。流料管溫度由加熱器8控制。模具10置于軌道12上,由傳動機構帶動在各工序之間移動。加熱器11用于模具10的加熱。流料管流出的玻璃置于模具10上,達到設定的質量時,模具10快速下降,玻璃料滴與流料管分離,形成類似于火焰拋光的自由表面,表面張力保持玻璃表面光潔。玻璃冷卻到一定溫度后,由加壓機構2、模具6加壓成所需的尺寸。設計不同形狀的模具以得到不同規格的型料。加壓后的玻璃由取出機構3、5取出。整套裝置密閉,可通AtB氧化性保護氣體以保護模具表面。
成型方法:由于熱壓成形工藝特別是退火速率對玻璃材料的折射率和色散系數有較大影響,因此,對玻璃光學性能有較高要求的模壓透鏡.需要在設計之前初步確定熱壓成形工藝.通過預估或試驗來獲得玻璃折射率和色散系數的變化量,優化光學設計,從而保證模壓后透鏡材料特性的實際值滿足設計公差要求。然后根據最終的透鏡設計完成精密模具和玻璃預型片的設計與制作。
玻璃之所以能夠精密模壓成型,主要是因為使用了與高溫軟化的玻璃不發生粘連的模具材料。原來的玻璃透鏡模壓成型法,是將熔融狀態的光學玻璃液倒入高于玻璃轉化點50℃以上的低溫模具中加壓成形。這種方法不僅容易發生玻璃粘連在模具上,而且產品還容易產生氣孔和冷模痕跡(皺紋),不易獲得理想的形狀和面形精度。后來,采用特殊材料精密加工成的壓型模具,在無氧氣氛中,將玻璃和模具一起加熱升溫至玻璃的軟化點附近,利用模具對玻璃施壓(見圖3.2)。接下來,在保持壓力的狀態下,一邊冷卻模具,使其溫度降至玻璃的轉化點以下(玻璃的軟化點時的玻璃粘度約為107.6泊,玻璃的轉化點時的玻璃粘度約為1013.4泊)。這種將玻璃與模具一起實施等溫加壓的辦法叫等溫加壓法,是一種比較容易將模具形狀表面精密復制的方法。這種方法缺點是:加熱升溫、冷卻降溫都需要很長的時間,因此生產速度很慢。為了解決這個問題,于是對此方法進行了卓有成效的改進,即在一個模具裝置中使用數個模具,以提高生產效率(見圖3.3)。然而非球面模具的造價很高,采用多個模具勢必造成成本過高。針對這種情況,進一步研究開發出與原來的透鏡毛坯成型條件比較相近一點的非等溫加壓法,借以提高每一個模具的生產速度和模具的使用壽命。另外,還有人正在研究開發把由熔融爐中流出來的玻璃直接精密成型的方法。
現在最有代表性的模具材料是:以超硬合金做基體,表面鍍有貴金屬合金和氮化鈦等薄膜;以碳化硅和超硬合金做基體,表面鍍有硬質碳、金剛石狀碳等碳系薄膜;以及Cr2O-ZrO2-TiO2系新型陶瓷。模具材料需要具備如下特征:(1)表面無疵病,能夠研磨成無氣孔、光滑的光學鏡面;(2)在高溫環境條件下具有很高的耐氧化性能,而且結構等不發生變化,表面質量穩定,面形精度和光潔度保持不變;(3)不與玻璃起反應、發生粘連現象,脫模性能好;(4)在高溫條件下具有很高的硬度和強度等。
四、光學非球面透鏡應用
目前光學玻璃透鏡模壓成型技術,已經用來批量生產精密的非球面透鏡。歸納起來,使用非球面透鏡可以取得的效果, 大體上有以下幾個方面:第一可以提高成像質量等光學性能;第二可以實現大口徑等高規格鏡頭;第三可以減少構成鏡頭的鏡片數;第四可以減少鏡頭全長,利于鏡頭的小型化。
其應用主要用于制造軍用和民用光學儀器中使用的球面和非球面光學零件,如各透鏡、棱鏡、以及濾光片等;在光通信方面如光纖耦合器中的應用;在光盤機、光纖耦合裝置以及條形碼掃描器 等一些產業規模很大的光電儀器中的應用;制造照相機取景器非球面透鏡、電影放映機和照相機鏡頭的非球面透鏡等。
五、結論
非球面玻璃透鏡模壓在日本,韓國及臺灣地區經過多年的探索,目前已經用于大規模批量生產。目前我國在玻璃透鏡模壓的開發處于起步階段,雖然在低熔點玻璃的開發通過與日本玻璃生產廠商的合作近幾年發展很快,不斷有新的牌號填充空白領域,但在非球面透鏡精密模壓大規模生產方面與國外差距較大,壓型設備及模具還受制于進口。國內少數幾家公司已經開始探索批量生產模壓非球面透鏡,但由于模具需要整套進口,所以成本較高, 而且生產的透鏡良率較低。鑒于這項技術本身具有很高的經濟和軍事價值,因此我國深入開展此方面的研究具有十分重要的現實意義。
參考文獻:
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