熔石英室温模压成形工艺参数研究

doi:10.3901/JME.2025.18.098

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (18): 98-106.doi: 10.3901/JME.2025.18.098

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熔石英室温模压成形工艺参数研究

朱志伟, 夏海威, 徐亚, 徐江海

南京理工大学机械工程学院南京 210094

收稿日期:2025-01-05 修回日期:2025-04-29 发布日期:2025-11-08
作者简介:朱志伟，男，1988年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为先进光学制造技术、智能微纳制造技术和微纳驱动与控制。E-mail：zw.zhu@njust.edu.cn;徐江海(通信作者)，男，1990年出生，博士，讲师。主要研究方向为机械系统动力学与振动控制。E-mail：jhxu2022@njust.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52275437，12402056)和江苏省创新支撑计划专项(BZ2023058)资助项目

Research on Process Parameters of Room-temperature Molding Quality of Fused Silica

ZHU Zhiwei, XIA Haiwei, XU Ya, XU Jianghai

School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094

Received:2025-01-05 Revised:2025-04-29 Published:2025-11-08

摘要/Abstract

摘要： 团队前期提出了无需高分子材料的熔石英元件室温模压成形方法，虽然证明了此方法的可行性，但工艺参数影响规律尚不明确。针对上述问题，基于控压控速的模压装置，进行了熔石英成形质量的工艺参数研究。设计的模压装置可提供的最大压制力为15 kN，压制速率可精确至0.01 mm/s，并针对模压过程提出力位协同控制策略。通过模压工艺参数影响规律试验，发现压制力过大或过小时，均会显著增大熔石英透镜表面粗糙度，而压制速率的提升，使得熔石英透镜表面粗糙度和轮廓最大翘曲均呈现上升趋势。基于优化后的模压工艺参数开展微透镜阵列模压试验，通过点光源成像，验证了模压工艺参数优化对于提升微透镜阵列的光学性能具有重要意义。

关键词: 熔石英透镜, 模压装置设计, 工艺参数, 微透镜阵列

Abstract: In the early stage, the team proposed a room-temperature molding method for fused silica components that do not need polymer materials. Although the feasibility of this method had been proven, the influence of process parameters was still unclear. In response to the above issues, a study was conducted on the process parameters of fused silica forming quality based on a pressure controlled and speed controlled molding device. The designed molding device is capable of providing a maximum compression force of 15 kN, with a compression rate controllable to an accuracy of 0.01 mm/s. Additionally, a force-position coordinated control strategy is proposed for the molding process. Through experiments on the influence of molding process parameters, it is found that both excessive high or low pressing forces significantly increase the surface roughness of fused silica lenses. Moreover, the increasing pressing rate led to a rise in both the surface roughness and the maximum contour curvature of the fused silica lenses. Based on the optimized molding process parameters, the miniature lens array experiment is conducted. Through point light source imaging, it is verified that the optimization of molding process parameters plays a crucial role in enhancing the optical performance of the miniature lens arrays.

Key words: fused silica lenses, molding device design, process parameters, miniature lens array

中图分类号:

TH12

朱志伟, 夏海威, 徐亚, 徐江海. 熔石英室温模压成形工艺参数研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(18): 98-106.

ZHU Zhiwei, XIA Haiwei, XU Ya, XU Jianghai. Research on Process Parameters of Room-temperature Molding Quality of Fused Silica[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(18): 98-106.

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Research on Process Parameters of Room-temperature Molding Quality of Fused Silica

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