I. Tổng quan
Nghiên cứu ứng dụng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi trong chế tạo thấu kính là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp quang học. Sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp chất bán dẫn và thiết bị quang điện tử đã làm tăng nhu cầu sử dụng thấu kính, đặc biệt là thấu kính phi cầu. Việc sử dụng thấu kính phi cầu không chỉ giúp giảm số lượng thấu kính trong một thiết bị quang học mà còn giảm chi phí, kích thước và trọng lượng của thiết bị, đồng thời nâng cao độ phân giải. Trước đây, việc gia công thấu kính thường sử dụng các phương pháp như tiện, phay trên máy CNC, sau đó mài tinh, dẫn đến quy trình công nghệ phức tạp và chi phí đầu tư cao. Sự ra đời của công nghệ khuôn mẫu đã tạo ra bước tiến lớn trong ngành chế tạo thấu kính, nhưng độ chính xác và đặc tính quang học của thấu kính vẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ trong quá trình ép khuôn. Do đó, phương pháp gia công biến dạng đàn hồi được xem là một giải pháp tiềm năng với quy trình đơn giản và chi phí đầu tư thấp.
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Nhu cầu sử dụng thấu kính trong các thiết bị quang học ngày càng tăng, đặc biệt là trong ngành công nghiệp quang điện tử. Việc sử dụng thấu kính phi cầu giúp giảm thiểu số lượng thấu kính cần thiết, từ đó giảm chi phí và kích thước thiết bị. Tuy nhiên, các phương pháp gia công truyền thống như tiện và phay thường gặp khó khăn trong việc đảm bảo độ chính xác và chất lượng bề mặt. Phương pháp gia công biến dạng đàn hồi đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả, giúp đơn giản hóa quy trình gia công và giảm chi phí đầu tư. Nghiên cứu này nhằm mục đích xác định khả năng ứng dụng của phương pháp này trong chế tạo thấu kính, từ đó mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp quang học.
II. Cơ sở lý thuyết
Nghiên cứu lý thuyết về biến dạng đàn hồi là một phần quan trọng trong việc áp dụng phương pháp gia công này. Biến dạng đàn hồi của tấm tròn được mô tả qua các phương trình vật lý, cho phép xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công. Các yếu tố như áp lực chân không, hình dạng bề mặt khuôn và vật liệu quang học đều có tác động lớn đến kết quả gia công. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như Abaqus giúp xác định dạng bề mặt phù hợp và áp lực cần thiết để tạo ra biến dạng tối ưu. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng áp lực chân không càng giảm thì khả năng biến dạng càng tốt, tuy nhiên, cần phải cân nhắc giữa áp lực và độ chính xác của bề mặt. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu lý thuyết trong việc ứng dụng thực tiễn.
2.1. Lý thuyết biến dạng đàn hồi
Lý thuyết về biến dạng đàn hồi của tấm tròn cung cấp nền tảng cho việc hiểu rõ các cơ chế hoạt động trong quá trình gia công thấu kính. Các yếu tố như độ dày, vật liệu và hình dạng bề mặt đều ảnh hưởng đến khả năng biến dạng. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc lựa chọn vật liệu quang học phù hợp và thiết kế bề mặt khuôn chính xác là rất quan trọng để đạt được kết quả tốt nhất. Các mô hình mô phỏng cho thấy rằng áp lực chân không từ -100kPa đến -80kPa có thể tạo ra biến dạng hiệu quả, tuy nhiên, cần phải điều chỉnh để đạt được độ chính xác cao nhất. Kết quả từ mô phỏng cũng cho thấy rằng việc hiệu chỉnh bề mặt khuôn có thể giảm đáng kể sai số giữa bề mặt chi tiết và bề mặt khuôn.
III. Mô phỏng và thực nghiệm
Quá trình mô phỏng và thực nghiệm là bước quan trọng để kiểm tra khả năng ứng dụng của phương pháp gia công biến dạng đàn hồi. Các mô phỏng được thực hiện với nhiều dạng bề mặt khác nhau, từ đó xác định được dạng bề mặt tối ưu cho quá trình gia công. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng bề mặt có dạng phương trình z = (1 + k*r^2) với k = -3 cho giá trị sai lệch nhỏ nhất so với bề mặt khuôn. Sau khi thực hiện mô phỏng, tác giả tiến hành gia công thực nghiệm với khuôn đã được hiệu chỉnh. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng sai số giữa bề mặt chi tiết và bề mặt khuôn đã giảm đáng kể, từ 17μm xuống còn 1μm, chứng tỏ tính khả thi của phương pháp này trong thực tế.
3.1. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng phần mềm Abaqus đã giúp xác định được áp lực chân không và dạng bề mặt phù hợp cho quá trình gia công. Các mô phỏng cho thấy rằng khi áp suất chân không giảm, khả năng biến dạng của bề mặt chi tiết cũng tăng lên. Tuy nhiên, khi áp suất đạt đến -95kPa và -100kPa, lượng biến dạng không thay đổi nhiều, cho thấy rằng cần phải có sự điều chỉnh hợp lý để đạt được kết quả tối ưu. Kết quả này đã được xác nhận qua các thí nghiệm thực tế, nơi mà sai số giữa bề mặt chi tiết và bề mặt khuôn đã được giảm thiểu đáng kể.
IV. Kết luận và kiến nghị
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp gia công biến dạng đàn hồi có thể được ứng dụng hiệu quả trong chế tạo thấu kính. Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng phương pháp này không chỉ giúp giảm chi phí mà còn nâng cao độ chính xác của sản phẩm. Việc hiệu chỉnh bề mặt khuôn là một yếu tố quan trọng để đạt được kết quả tốt nhất. Từ những kết quả đạt được, có thể khuyến nghị tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công, cũng như mở rộng ứng dụng của phương pháp này trong các lĩnh vực khác của công nghiệp quang học.
4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo
Để nâng cao hiệu quả của phương pháp gia công biến dạng đàn hồi, cần thực hiện các nghiên cứu tiếp theo nhằm tìm hiểu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công. Việc nghiên cứu các loại vật liệu quang học mới, cũng như cải tiến công nghệ khuôn mẫu sẽ giúp tối ưu hóa quy trình gia công. Ngoài ra, việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong quá trình gia công cũng là một hướng đi tiềm năng để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
