Luận văn Nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi trong chế tạo thấu kính (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi trong chế tạo thấu kính (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC Sĩ CHÂU NGỌC LÊ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BIẾN DẠNG ÐÀN HỒI TRONG CHẾ TẠO THẤU KÍNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 60520103 S K C0 0 4 9 0 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU NGỌC LÊ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI TRONG CHẾ TẠO THẤU KÍNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU NGỌC LÊ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI TRONG CHẾ TẠO THẤU KÍNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ĐỨC NAM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: CHÂU NGỌC LÊ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/12/1978 Nơi sinh: Quảng Nam Quê quán: Quảng Nam Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 116/23 Dương Quảng Hàm , phường 5, quận Gò Vấp, Tp. Hồ Chí Minh Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0938029281 Fax: E-mail:chaungocleqn@yahoo.com.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09 /1997 đến 09/ 2002 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Thiết Kế Máy Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Tháng 07/2002 trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2002 – 2004 Trường Cao Đẳng Công Nghiệp 4 Giáo Viên Trường ĐH Công Nghiệp Tp. Hồ 2004 đến nay Giảng Viên Chí Minh i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 03 năm 2016 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Châu Ngọc Lê ii
6. LỜI CẢM TẠ Trong quá trình học tập tại trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, sự hướng dẫn tận tình của quí thầy cô, đã cung cấp cho tôi những kiến thức vô cùng quý giá, giúp tôi củng cố thêm kiến thức của mình. Tôi chân thành cảm ơn quí thầy cô trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật, đặc biệt là quí thầy cô thuộc khoa Cơ Khí đã cung cấp cho tôi những kiến thức vô cùng hữu ích. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Đức Nam người đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này và sau cùng tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè đồng nghiệp, các bạn cùng học đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn này. Xin kính chúc quí thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và bạn bè đồng học sức khỏe, hạnh phúc. iii
7. TÓM TẮT Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chất bán dẫn, thiết bị quan sát, quang điện tử đã làm tăng nhu cầu sử dụng thấu kính. Hệ thống hình ảnh quang học thường dùng nhiều thấu kính cầu để điều chỉnh độ lệch. Điều này làm tăng sự phức tạp, kích thước và chi phí cho một thiết bị quang học. Sử dụng thấu kính phi cầu là một giải pháp làm giảm sự phức tạp, khối lượng, chi phí và nâng cao độ phân giải cho thiết bị quang học. Trước đây việc gia công các thấu kính quang học thường sử dụng phương pháp tiện, phay trên các máy CNC, sau đó mài tinh. Phương pháp này đòi hỏi qui trình công nghệ phức tạp, chi phí đầu tư cao, độ chính xác phụ thuộc nhiều vào khả năng công nghệ của máy cũng như thông số hình học của dao. Sự ra đời của công nghệ khuôn mẫu đã tạo ra bước tiến lớn trong ngành công nghiệp chế tạo thấu kính, nhờ khả năng tương thích, tính linh hoạt và hiệu suất cao. Tuy nhiên độ chính xác và đặc tính quang học của thấu kính bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ trong quá trình ép khuôn. Công nghệ gia công biến dạng đàn hồi được chứng minh là công nghệ gia công có qui trình đơn giản, chi phí đầu tư thấp. Xuất phát từ điều này tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi trong chế tạo thấu kính”. Để thực hiện nhiệm vụ đề tài, tác giả đã nghiên cứu về lý thuyết biến dạng đàn hồi của tấm tròn, cũng như lý thuyết về phương pháp gia công biến dạng đàn hồi. Tiếp theo đó tác giả đã dùng phần mềm Abaqus mô phỏng nhằm xác định dạng bề mặt phù hợp cũng như áp lực chân không cần thiết để tạo ra biến dạng nhằm giúp bề mặt chi tiết có thể tiếp xúc tốt nhất với bề mặt của khuôn. Quá trình mô phỏng tác giả thực hiện với 5 dạng bề mặt khác nhau, áp lực chân không gây ra biến dạng thay đổi từ -100kPa đến -80kPa. Sau khi mô phỏng tác giả nhận thấy trong số các dạng bề iv
8. cr 2 mặt mô phỏng thì bề mặt có dạng phương trình z ,(k = -3) có giá trị sai 112 cr22 lệch giữa kết quả mô phỏng so với bề mặt khuôn là nhỏ nhất, trong quá trình mô phỏng cũng thấy rằng khi áp suất chân không càng giảm thì khả năng biến dạng càng tốt, nhưng khi áp suất đạt -95kPa và -100kPa thì lượng biến dạng không thay đổi nhiều, giá trị sai lệch như nhau. Tuy nhiên giá trị sai lệch vẫn còn khá cao vào khoảng 15,731m tại vị trí chi tiết có bán kính 17,5mm đến 18mm. Vì vậy tác giả chọn giải pháp hiệu chỉnh bề mặt khuôn, sau khi hiệu chỉnh bề mặt khuôn, tác giả mô phỏng với áp suất -95kPa thì thấy rằng giá trị sai lệch đã giảm đáng kể, sai lệch lúc này vào khoảng 0,5 m. Sau khi chọn được dạng bề mặt và áp suất chân không cần thiết tác giả tiến hành gia công thực nghiệm. Sau khi thực nghiệm, khuôn và chi tiết gia công được chuyển sang công ty TNHH THIẾT BỊ CÔNG NGHIỆP VÀ GIÁO DỤC Chi Nhánh Tại Tp. Hồ Chí Minh (AIE), tại đây các kỹ thuật viên dùng máy đo quang học, scan khuôn và chi tiết, sau đó sử dụng phần mềm chuyên dụng để đo bề dày của khuôn và chi tiết. Kết quả thu được sau khi đo cho thấy: Khi thực nghiệm với khuôn chưa hiệu chỉnh, sai số giữa bề mặt chi tiết so với bề mặt khuôn vào khoảng 17m tại vị trí chi tiết có bán kính khoảng 17,5mm đến 18mm. Khi gia công với khuôn được hiệu chỉnh giá trị sai lệch giữa bề mặt chi tiết với bề mặt khuôn vào khoảng 1m tại vị trí chi tiết có bán kính khoảng 14mm đến 21,5mm. Từ kết quả thực nghiệm ta thấy có thể ứng dụng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi để chế tạo thấu kính. v
9. SUMMARY Nowadays, the strong development of the semiconductor industry, observed and optoelectronics equipments has been increased the use of lenses. Optical imaging systems often use multiple lenses to adjust the difference. This results in an increase of the complexity, size and cost for an optical device. The use of aspherical lens has been considering as a solution to decrease the complexity, volume and cost and improving the resolution of optical equipment. Previously, the optical lenses had been commonly processed by the methods of turning or milling on CNC machines, and thereafter they are polished by the fine grind. This method requires a complex process technologies, high investment costs and the accuracy depends on the technological capabilities of the machine as well as the geometric parameters of the tool. The appearance of the molding technology has created a strong development of the industry of the lens design thanks to the compatibility, flexibility and high performance. However the precision and optical characteristics of the lens are significantly affected by the temperature during the molding. The elastic deformation technology has been proven to be a simple process, low investment costs. From this point, we chose the topic "Study the possibility of processing the application method elastic deformation in lens design." To carry out this work, we has studied the theory of elastic deformation for circular plates as well as the theory of the elastic deformation processing method. Subsequently we choose the software Abaqus for simulation to determine the appropriate surface shape as well as the vacuum pressure needed to generate a deformation so that the part surface has the best contact with the mold surface. Process simulation had been undertaken with five different surface types, the vacuum pressure caused deformation from -100kPa to -80kPa. After simulating we figured out that the surface is expressed by equation , (k = -3) has the vi
10. smallest difference between the simulation results and the mold surface. Moreover, it also pointed out that the more the vacuum pressure decreases the more the capability of deformation is fine. But when the vacuum pressure reached the values of -95kPa and -100kPa so the amount of deformation have not change much and the same difference. However this difference is still high about 15,731m at the location where radius is from 17,5mm to 18mm. So we select the solution to calibrate the mold surface. After completing this, we redo simulations with the vacuum pressure of - 95kPa then that difference is significantly decreased, its value around 0,5m. After selecting the surface and vacuum pressure needed, we conducted experiment. Since the experiment finished, the mold and the workpiece (part) is sent to the Advanced Industry and Education Equipment Company Limited (AIE) branched in Ho Chi Minh City, where technicians use the optical measuring machine to scan the mold and workpiece, then use the specialized software to measure their thickness. The results obtained after the measurement indicates: experiments with unadjusted mold, the difference between the workpiece and mold surfaces about 17m at the location where the radius is from 17,5mm to 18mm. When the processing with the adjusted molds the difference of 1m at the location the radius ranging from 14mm to 21,5mm. Based on the experimental results we could apply method the elastic deformation processing method for designing the lens. vii
11. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận của cán bộ hướng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Lời cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục viii Danh sách các hình ix Danh sách các bảng xii Chương 1. TỔNG QUAN 1 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 Chương 3. MÔ PHỎNG 27 Chương 4. THỰC NGHIỆM VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 44 Chương 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 65 viii
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Ứng dụng của thấu kính phi cầu 1 Hình 1.2: Độ lệch của thấu kính cầu và khả năng của thấu kính phi cầu trong chỉnh độ lệch. 2 Hình 2.1: Sơ đồ minh họa của một quá trình mài ELID 7 Hình 2.2: Sơ đồ minh họa của một quá trình EEM 8 Hình 2.3: Sơ đồ minh họa của một quá trình đánh bóng truyền thống 9 Hình 2.4: a. Sơ đồ của một hệ thống MRF/ b. cận cảnh khu vực đánh bóng thực tế 10 Hình 2.5: Sơ đồ minh họa của hệ thống máy đánh bóng kim loại bằng dòng từ lưu biến 11 Hình 2.6: Sơ đồ minh họa của một hệ thống đánh bóng bằng chùm tia Ion 12 Hình 2.7: Sơ đồ minh họa hệ thống đánh bóng laser 13 Hình 2.8: Sơ đồ minh họa của một quá trình đánh bóng "tiến động" 14 Hình 2.9: Sơ đồ minh họa quá trình đúc thấu kính 15 Hình 2. 10: Mô tả quá trình gia công thấu kính bằng phương pháp biến dạng không có khuôn 24 Hình 2.11: Mô tả quá trình gia công bằng phương pháp biến dạng đàn hồi trong khuôn 26 Hình 3.1: Bề mặt phi cầu 27 Hình 3.2: Mô hình mô phỏng với chi tiết chưa gia công 28 Hình 3.3: Mô hình mô phỏng với bề mặt có dạng phương trình dạng paraboloid (k=-1) 29 Hình 3.4: Mô hình mô phỏng với bề mặt có dạng phương trình dạng Elipsoid (k=-0,5) 29 Hình 3.5: Mô hình mô phỏng với bề mặt có dạng phương trình dạng Hyperboloid (k = -2) 29 ix
13. Hình 3.6: Mô hình mô phỏng với bề mặt có dạng phương trình dạng Hyperboloid (k = -3) 30 Hình 3.7: Mô hình mô phỏng với bề mặt có dạng phương trình dạng Oblate eliposid (k = 0,25) 30 Hình 3.8: Mô hình mô phỏng 31 Hình 3.9: Kết quả mô phỏng ứng với áp suất P = -95kPa (k = -1) 31 Hình 3.10: Đường cong biến dạng ứng với áp suất P = -95kPa (k = -1) 32 Hình 3.11: So sánh kết quả biến dạng với biên dạng khuôn (k = -1) 32 Hình 3.12: Giá trị sai lệch giữa kết quả mô phỏng với biên dạng khuôn (k = - 1) 33 Hình 3.13: Kết quả mô phỏng ứng với áp suất P = -95kPa (k = -0,5) 33 Hình 3.14: Đường cong biến dạng ứng với áp suất P = -95kPa (k = -0,5) 34 Hình 3.15: So sánh kết quả biến dạng với biên dạng khuôn (k = -0,5) 34 Hình 3.16: Giá trị sai lệch giữa kết quả mô phỏng với biên dạng khuôn (k = -0,5) 34 Hình 3.17: Kết quả mô phỏng ứng với áp suất P = -95kPa (k = -2) 35 Hình 3.18: Đường cong biến dạng ứng với áp suất P = -95kPa (k = -2) 36 Hình 3.19: So sánh kết quả biến dạng với biên dạng khuôn (k = -2) 36 Hình 3.20: Giá trị sai lệch giữa kết quả mô phỏng với biên dạng khuôn (k = -2) 36 Hình 3.21: Kết quả mô phỏng ứng với áp suất P = -95kPa (k = -3) 37 Hình 3.22: Đường cong biến dạng ứng với áp suất P = -95kPa (k = -3) 37 Hình 3.23: So sánh kết quả biến dạng với biên dạng khuôn (k = -3) 38 Hình 3.24: Giá trị sai lệch giữa kết quả mô phỏng với biên dạng khuôn (k = -3) 38 Hình 3.25: Kết quả mô phỏng ứng với áp suất P = -95kPa (k = 0,25) 39 Hình 3.26: Đường cong biến dạng ứng với áp suất P = -95kPa (k = 0,25) 39 Hình 3.27: So sánh kết quả biến dạng với biên dạng khuôn (k = 0,25) 40 Hình 3.28: Giá trị sai lệch giữa kết quả mô phỏng với biên dạng khuôn (k= 0,25) 40 Hình 3.29: Lượng biến dạng khi mô phỏng với P = - 95kPa của các dạng khuôn 41 Hình 3.30: Giá trị sai lệch lớn nhất ứng với khuôn có hệ số k khác nhau khi mô phỏng với p = - 95 kPa 41 Hình 3.31: So sánh kết quả biến dạng với biên dạng khuôn được hiệu chỉnh 42 x
14. Hình 3.32: So sánh giá trị sai lệch kết quả biến dạng của khuôn chưa hiệu chỉnh và sau hiệu chỉnh 42 Hình 4.1: Sơ đồ thực hiện quá trình mài 44 Hình 4.2: Kết cấu của khuôn 44 Hình 4.3: Phôi dùng để gia công 45 Hình 4.4: Hạt mài dùng để gia công và dung dịch hạt mài 45 Hình 4.5: Hạt mài dùng để đánh bóng và dung dịch hạt mài dùng để đánh bóng 46 Hình 4.6: Tấm nỹ dùng để đánh bóng 46 Hình 4.7: Khuôn dùng để gia công 47 Hình 4.8: Máy mài 47 Hình 4.9: Máy kiểm tra độ chính xác hình dạng và kích thước 48 Hình 4.10: Hệ thống dùng để gia công 49 Hình 4.11: Chi tiết gia công bằng khuôn chưa chỉnh sửa 50 Hình 4.12: Chi tiết gia công bằng khuôn được chỉnh sửa 51 Hình 4.13: Kết quả kiểm tra khuôn chưa chỉnh sửa 52 Hình 4.14: Kết quả kiểm tra khuôn đã được chỉnh sửa 52 Hình 4.15: Kết quả kiểm tra chi tiết gia công bằng khuôn chưa chỉnh sửa 53 Hình 4.16: Kết quả kiểm tra cắt nửa chi tiết gia công bằng khuôn chưa chỉnh sửa 53 Hình 4.17: Kết quả kiểm tra chi tiết gia công bằng khuôn được chỉnh sửa 54 Hình 4.18: Kết quả kiểm tra cắt nửa chi tiết gia công bằng khuôn được chỉnh sửa 54 Hình 4.19: Biểu đồ biểu diễn độ lệch giữa chi tiết và khuôn gia công bằng khuôn chưa chỉnh sửa 55 Hình 4.20: Giá trị sai lệch giữa kết quả thực nghiệm với biên dạng khuôn chưa chỉnh sửa 55 Hình 4.21: Biểu đồ biểu diễn độ lệch giữa chi tiết và khuôn, gia công bằng khuôn được chỉnh sửa 56 Hình 4.22: Giá trị sai lệch giữa kết quả thực nghiệm với biên dạng khuôn được chỉnh sửa 56 xi
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1: Tiến độ thực hiện 5 Bảng 3.1: Mối quan hệ giữa hằng số bậc 2 và loại bề mặt 28 Bảng 3.2: Đặc tính vật liệu của kính BK7 29 xii
16. Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tı́nh cấ p thiết củ a đề tài Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chất bán dẫn, thiết bị quan sát, dụng cụ quang học và quang điện tử đã làm tăng nhu cầu đối với thiết bị quang học. Hình 1.1 Cho ta thấy những ứng dụng trong thực tế của thấu kính phi cầu. Hình 1.1: Ứng dụng của thấu kính phi cầu Thấu kính quang học là thiết bị khúc xạ, có công dụng tái cấu trúc sóng ánh sáng chiếu đến. Đặc tính của chùm tia sáng khúc xạ bị ảnh hưởng bởi các thành phần cấu tạo của thấu kính như pha, hướng truyền, cường độ và trạng thái phân cực. Một số đặc điểm chính mà thấu kính chịu ảnh hưởng đó là việc chế tạo thấu kính: đường kính, hình dạng bề mặt, độ nhẵn, độ chính xác hình dáng, những khuyết tật sinh ra trong quá trình chế tạo bề mặt phụ, đặc tính cơ lý của vật liệu quang học và những điều kiện quang học khác như: góc của chùm tia tới, sự hấp thu, phản xạ ánh sáng, những ảnh hưởng của môi trường Để thu được ảnh có chất lượng cao thì đòi hỏi thấu kính phải có độ chính xác hình dạng cao, bề mặt nhẵn bóng, bề mặt phụ ít bị rỗ. Hệ thống hình ảnh quang học thường dùng nhiều thấu kính cầu để điều chỉnh độ lệch. Điều này làm tăng sự phức tạp, kích thước và chi phí cho một thiết bị quang học. 1
17. Hình 1.2: Độ lệch của thấu kính cầu và khả năng của thấu kính phi cầu trong chỉnh độ lệch. Vì vậy, sử dụng thấu kính phi cầu không những làm giảm số lượng thấu kính sử dụng trong một thiết bị quang học mà còn giúp giảm chi phí, kích thước, trọng lượng của thiết bị đồng thời cho độ phân giải cao. Hình 1.2 cho thấy độ lệch của thấu kính cầu và khả năng của thấu kính phi cầu trong chỉnh độ lệch. Trước đây việc gia công các thấu kính quang học thường sử dụng phương pháp tiện, phay trên các máy CNC, sau đó mài tinh [1,2]. Do thủy tinh có tính dòn cao nên ít bị biến dạng dẻo, vì vậy độ nhẵn bóng bề mặt chịu ảnh hưởng rất lớn bởi các yếu tố hình học của dụng cụ cắt cũng như chế độ cắt, đồng thời phương pháp gia công truyền thống cũng đòi hỏi phải đầu tư máy CNC với chi phí ban đầu khá lớn. Sự ra đời của công nghệ khuôn mẫu đã tạo ra bước tiến lớn trong kỹ thuật chế tạo thấu kính quang học, với các ưu điểm hơn gia công truyền thống như khả năng tương thích, tính linh hoạt và hiệu suất cao [3]. Tuy nhiên độ chính xác và đặc tính quang học của thấu kính bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ trong quá trình ép khuôn [4]. Phương pháp gia công biến dạng đàn hồi đã được chứng minh là một phương pháp mới trong gia công thấu kính quang học với ưu điểm là giảm chi phí và đơn giản hóa quá trình gia công [5-7]. Chính vì lý do trên mà tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu khả năng ứng dụng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi trong chế tạo thấu kính” 2
18. 1.2. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong và ngoài nước. Experimental study on elastic deformation molding process for generating aspheric surface glass -Ducnam Nguyen, Julong Yuan, Zhe Wu - The International Journal of Advanced Manufacturing Technology- Vol.82 (5), pp: 859 - 866, 2015. Nhóm tác giả đã thí nghiệm, nghiên cứu gia công thấu kính phi cầu bằng phương pháp biến dạng đàn hồi trong khuôn. Nhóm tác giả đã xác định được áp lực tốt nhất để tạo ra biến dạng tiếp xúc tốt nhất với khuôn. [5] Experimental study on elastic deformation machining process for aspheric surface glass- Ducnam Nguyen, Binghai Lv, Julong Yuan, Zhe Wu, Huizong Lu - International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol.65 (1-4), pp: 525 - 531, 2013. Nhóm tác giả đã thí nghiệm, nghiên cứu gia công thấu kính phi cầu bằng phương pháp biến dạng đàn hồi không dùng khuôn. Nhóm tác giả đã mô phỏng xác định được áp lực tốt nhất để tạo ra hình dáng của thấu kính có độ chính xác cao so với hình dáng lý thuyết. [6] Experimental study on aspheric surface machining using elastic deformation moulding method- Zhe Wu, Binghai Lv, Julong Yuan, Ducnam Nguyen, Ping Zhao, Qianfa Deng – Int.J.Nano manufacturing, Vol. 9, No. 5/6, 2013. Nhóm tác giả đã thí nghiệm, nghiên cứu biến dạng đàn hồi của thấu kính phi cầu trong khuôn bằng sứ với những thấu kính kích thước nhỏ. [7] 1.3. Muc̣ đı́ch, nhiêṃ vu ̣và giới hạn của đề tài. 1.3.1. Mục đích. Mục đích của đề tài là nghiên cứu phương pháp gia công thấu kính bằng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi, qua đó xác định dạng bề mặt phù hợp cũng như áp lực cần thiết để tạo ra biến dạng của chi tiết, đảm bảo bề mặt của chi tiết tiếp xúc tốt nhất với bề mặt của khuôn. Từ đó tiến hành thí nghiệm để kiểm tra độ chính xác của phương pháp gia công. 1.3.2. Nhiệm vụ của đề tài. Từ mục đích nghiên tác giả đưa ra nhiệm vụ của đề tài: - Nghiên cứu các phương pháp gia công thấu kính truyền thống. 3
19. - Nghiên cứu lý thuyết biến dạng đàn hồi của tấm tròn. - Nghiên cứu phương pháp gia công thấu kính bằng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi. - Mô phỏng, xác định dạng bề mặt phù hợp cũng như áp lực cần thiết để tạo ra biến dạng đàn hồi, đảm bảo bề mặt chi tiết tiếp xúc tốt nhất với bề mặt khuôn. - Thực nghiệm gia công thấu kính phi cầu bằng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi. - Rút ra kết luận và đưa ra các đề xuất. 1.3.3. Giới hạn đề tài. Do còn hạn chế về mặt thời gian cũng như trang thiết bị phục vụ cho thí nghiệm, tác giả chỉ giới hạn nghiên cứu trong phạm vi sau: - Tìm hiểu về biến dạng của tấm tròn. - Nghiên cứu thấu kính phi cầu với dạng bề mặt bậc 2. - Mô phỏng bằng phần mềm Abaqus để xác định dạng bề mặt phù hợp đồng thời xác định áp lực cần thiết để tạo ra biến dạng cho chi tiết nhằm đảm bảo bề mặt của chi tiết tiếp xúc tốt nhất với bề mặt của khuôn. - Thí nghiệm gia công thấu kính với đường kính tổng 50mm, đường kính thực 45mm, chiều dày của thấu kính 1,55mm vật liệu thủy tinh BK7 để từ đó kiểm tra độ chính xác hình dạng. - Bán kính cơ sở của thấu kính R = 2500mm. - Áp lực gây ra biến dạng p = -100kPa đến -80kPa. 1.4. Phương phá p nghiên cứ u. - Nghiên cứu, tổng hợp các phương pháp gia công thấu kính. - Nghiên cứu lý thuyết biến dạng đàn hồi của tấm tròn. - Mô phỏng bằng phần mền Abaqus để xác định dạng bề mặt và áp lực phù hợp để tạo ra biến dạng tốt nhất đảm bảo bề mặt chi tiết tiếp xúc tốt nhất với bề mặt khuôn. - Thực nghiệm gia công thấu kính phi cầu. 4
20. 1.5. Đóng góp mớ i củ a đề tài Hiện nay việc gia công thấu kính phi cầu bằng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi đã được một số nước trên thế giới nghiên cứu, tuy nhiên ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu nào, đề tài là cơ sở giúp tiếp cận phương pháp chế tạo thấu kính phi cầu bằng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi, nhằm gia công thấu kính đạt yêu cầu kỹ thuật với qui trình đơn giản, chi phí đầu tư thấp. Đề tài đã xây dựng được mô hình mô phỏng và xác định được biên dạng khuôn phù hợp cho quá trình gia công thấu kính phi cầu. 1.6. Kết cấ u củ a luận văn. Kết cấu của luận văn gồm năm chương. Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Mô phỏng. Chương 4: Thực nghiệm và xử lý kết quả thực nghiệm. Chương 5: Kết luận và kiến nghị 1.7. Tiến độ thực hiện. Bảng 1.1: Tiến độ thực hiện Tháng 9/2015 10/2015 11/2015 12/2015 1/2016 2/2016 Nội dung Chương 1 Chương 2 Chương 3 Chương 4 Chương 4 Chương 5 5
21. Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Các phương pháp chế tạo thấu kính. 2.1.1. Chế tạo thấu kính phi cầu bằng quá trình cắt. Việc sản xuất thấu kính thủy tinh phi cầu sử dụng kỹ thuật cắt thường được biết đến với quy trình tiện và phay. Quá trình này bao gồm một máy điều khiển số (CNC) được sử dụng để tạo ra hình dạng phi cầu trên một thấu kính như mong muốn sau đó bề mặt được mài nghiền để đảm bảo độ nhẵn bề mặt. Phương pháp này có ưu điểm: Nói chung, thủy tinh dòn, ít bị biến dạng dẻo. Vì vậy độ nhám bề mặt trong quá trình gia công thủy tinh chịu ảnh hưởng bởi thông số hình học của dụng cụ cắt lớn hơn so với kim loại. Trong quá trình nghiền, thủy tinh có thể được gia công mà không bị vỡ do tính chất giòn và không bị biến dạng với độ dày nhỏ hơn một micromet [8] Nhược điểm: Để đạt được độ chính xác đòi hỏi phải điều chỉnh chính xác dụng cụ cắt, phải đầu tư trang thiết bị với chi phí lớn. 2.1.2. Chế tạo thấu kính phi cầu bằng quá trình mài. 2.1.2.1. Mài chính xác Thông thường, bề mặt phi cầu của chi tiết được gia công trên máy mài nghiền 4 hoặc 5 trục. Ưu điểm: Mài nghiền có ưu điểm lớn đó là khả năng gia công các vật liệu cứng và dễ vỡ như thủy tinh, mà không cần dùng phương pháp tiện hay phay sử dụng mũi dao kim cương. Bề mặt thủy tinh sau khi gia công có thể bằng hoặc thậm chí tốt hơn so với bề mặt thủy tinh được đánh bóng [9] Nhược điểm: 6