注射壓縮成型技術在塑料光學透鏡生產(chǎn)中的應用

1、Moulds Dies 模具技術 ·159·注射壓縮成型技術在塑料光學透鏡生產(chǎn)中的應用陳燕春 何文翰 區(qū)仲榮( 廣東機電職業(yè)技術學院 , 廣東 廣州 510515; 廣州鐳迪機電有限公司 , 廣東 廣州 511430摘 要 :研究和開發(fā)了實現(xiàn)注射壓縮的結構 , 并做相關實驗考察該結構是否能夠達到設計和制造的要求以及 滿足實際生產(chǎn)需要 。關鍵詞 :高精度塑料光學透鏡 面型精度 模芯壓縮機構 注射壓縮成型技術The Application of Inject Compression Shaping Technology inThe Production of Plastic O

2、pticas LensCHEN Yanchun , HE Wenhan , OU Zhongrong( Guangdong Vacation College of Electrical and Mechanical Technology , Guangzhou 510515, CHN ; Guangzhou Laser Disctech Co. , Ltd , Guangzhou 511430, CHN Abstract :This paper studies and develops the structure of injection compression molding , and m

3、akes some experi-ments about this structure to make sure meet the requirement of design , machining and practical manu-facturing.Keywords :High Precision Plastic Optical Lens ; Surface Shape Accuracy ; The Cavity Compression Molding Struc-ture ; Inject Compression Shaping Technology隨著信息及多媒體技術的迅速發(fā)展 ,

4、 用于相機 、 CD 、 VCD 、 DVD 、 MD 及 MO 等 的 光 學 讀 取 頭 (Pickup lens 塑料光學透鏡的需求量非常大 。 但調研資 料表明 :要對高精度塑料光學透鏡進行產(chǎn)品化時 , 難度 差異很大 。 目前國內技術水平停留在生產(chǎn)如玩具照相 機 、 玩具望遠鏡 、 低檔傻瓜相機鏡頭等一些低附加值的 塑料光學透鏡的基礎上 。 一些高附加值的塑料光學透 鏡 , 像數(shù)碼相機 、 VCD 、 DVD 中激光頭的 Pickup lens 由 于涉及高精成型技術難題 , 國內很少廠家能夠掌握 , 都 是以進口零部件 , 在國內組裝為多 。 因此 , 我國的高精 度塑料光學透鏡注

5、塑模具制造業(yè)的設計 、 制造還處于 起步階段 。高精度的塑料光學透鏡對制品的透光率 、 光軸同 軸度 、 面形精度和折射率要求非常高 。 但在透鏡的注 塑過程中 , 由于塑料收縮率的存在 , 通常會引起制品面 形收縮 , 產(chǎn)生內應力 , 達不到尺寸精度和使用要求 。 為 了獲得符合使用要求的高精度光學制品 , 人們發(fā)明了 注射壓縮成型技術 , 可以生產(chǎn)面型精度差小于 /20甚至 /40的塑料透鏡 , 滿足光學透鏡要求 。 但由于 國外技術封鎖和國內企業(yè)視之為技術秘密 , 國內很多 文獻和書籍都只是原理性介紹該技術 , 關于其具體的 模具結構設計目前少有報道和發(fā)表 。 為此 , 本文研究 和開發(fā)

6、了用于生產(chǎn)高精度塑料光學透鏡的注射壓縮的 結構 , 并做相關實驗考察該結構是否能夠達到設計和 制造的要求以及滿足實際生產(chǎn)需要 。1傳統(tǒng)的注射成型技術傳統(tǒng)注塑模具中 , 模芯 、 鑲套都固定在模板上 , 并 選擇動 、 定模的接合面作為分型面 , 如圖 1所示 。 一般 情況下 , 在光學塑料流體完全填滿型腔后 , 需要對成型 中的塑料進行保壓 , 以求減小塑料冷卻收縮的影響 。 但由于澆口尺寸較小 , 澆口位置的塑料要比流道與型 腔內的塑料較快凝固 , 壓力不能傳遞到型腔 , 因此傳統(tǒng) 注塑技術所注塑出來的透鏡面形精度通常達不到要 求 , 而且會由于塑料收縮而產(chǎn)生內應力 。 另一方面 , 分

7、型面的間隙如果控制得不好 , 會引起許多如飛邊 、 填充 不滿 、 焦燒 、 氣痕和銀紋等問題 。2注射壓縮成型技術原理注射壓縮成型技術又稱為兩步成型法 , 是一個較 為特殊的保壓控制成型法 。 在合模過程中 , 動靜模留 有一定的空隙 , 間隙的大小視注射件而變化 , 從 1mm模具技術 Moulds Dies到 20mm 不等 。 此時將一定體積的光學塑料完全注 入型腔后 , 型腔內充滿的塑料由于冷卻而產(chǎn)生體積收 縮 , 然后閉緊模具 , 從外部加一個強制的力使模具的尺 寸變小 , 而使收縮的部分得到補償 , 從而得到所要求的 尺寸和精度 。 注射壓縮成型法的關鍵技術是模具結構 設計和溫度

8、 、 壓力的控制 。 該技術按壓縮形式分為兩 種方法 :全面收縮法和模芯收縮法 , 如圖 2所示1。 注射壓縮成型技術包括全面壓縮成型技術和模芯壓縮成型技術 。 相對來說 , 模芯壓縮法比全面壓縮法 更有利于保壓的壓力控制與型腔內殘余氣體的排出 , 因此本文選擇了模芯壓縮成型技術 。 在模芯壓縮機構的設計上 , 要解決的主要問題是如何實現(xiàn)型腔的壓縮 和型腔內殘余氣體的排出 。3模芯壓縮機構的設計與實驗3. 1模芯壓縮機構設計本文所采用的模芯壓縮機構如圖 3所示 。在生產(chǎn)過程中 , 光學塑料填滿型腔后的一段時間內 , 注塑機對動模模芯的壓力從零增加到預定值 。 這 一過程中 , 型腔內的塑料受壓

9、而產(chǎn)生逆流 , 但此時澆口 處的塑料由于尺寸較小已經(jīng)成凝固態(tài) , 這對型腔內的 光學塑料的保壓和成型十分有利 , 光學塑料能更貼緊 型腔 , 有利于提高制品的面形精度 , 同時也減小因塑料 收縮引起的內應力 , 降低制品的雙折射 。為了考察采用模芯壓縮成形技術后 , 制品的面形 精度 、 內應力和表面品質是否得到改善 , 我們分別用傳 統(tǒng)注塑技術的模具和采用了模芯壓縮成型技術的模具 分別進行注塑以做對比 。 3. 2實驗實驗 1:考察采用模芯壓縮成型技術前后的面形 精度 。 在接觸式粗糙度儀上測量分別采用這兩種技術 的模具所注塑制品的面形輪廓可以看出 , 傳統(tǒng)注塑技 術所注塑制品的實際面形與理

10、想面形相差 0. 013mm , 而采用模芯壓縮成型技術所注塑出來的制品實際面形 與理想面形則相差 0. 002mm , 透鏡制品的面形精度明 顯提高 , 是前者的 15. 4%。實際生產(chǎn)中 , 首先在理論上根據(jù)制品的收縮率來 計算型腔尺寸2, 3, 此外還普遍采用成型后測量變形的補償方法來提高透鏡的面形精度 。 本文也通過修改 型腔的尺寸 、 試模 、 再修改型腔尺寸和再試模等多次重 復修改 , 以進一步提高透鏡的面形精度 。 通過采用模 Moulds Dies模具技術 ·161·芯壓縮技術和反復修改型腔 , 能使透鏡制品的面形精 度達到光學設計的要求 。采用模芯壓縮技術

11、后 , 不僅可以提高制品的面形 精度 , 也可以減小制品的內應力 , 從而降低雙折射 , 提 高光學透鏡的成像質量 。 下面將通過實驗來說明 。實驗 2:考察采用模芯壓縮成型技術前后的內應 力 。 本文分別使用了傳統(tǒng)注塑技術與模芯壓縮成型法 ,且在其最佳的工藝參數(shù)下注塑透鏡 , 并在偏光片下 檢測其內應力 , 如圖 4所示 。 圖 4a 中 , 采用了傳統(tǒng)注 塑技術的透鏡 , 其中部 (較黑處 的內應力小 , 而發(fā)亮 部分則內應力大 , 且有的部位略呈彩色 (內應力集中 更為嚴重 , 把白光分解 , 嚴重影響了成像質量和信息 密度 , 因此不能用于對非球面透鏡有高精度要求的光 學系統(tǒng)中 。 而

12、圖 4b 中采用模芯壓縮成型技術注塑的 透鏡的內應力很小 , 幾乎沒有 , 而且分布均勻 , 說明模 芯壓縮成型技術能大大減小透鏡的內應力。另一方面 , 光學塑料制品的分型面一般選擇在動模板和定模板的接合面 ,如圖 2所示 。 在光學塑料流 體填充型腔時 , 型腔內的氣體將通過分型面的間隙排出 。 如果間隙太大 , 則容易產(chǎn)生飛邊等不良影響 ; 間隙 太小則往往造成制品燒傷 、 填充不滿等現(xiàn)象 。 而本文所采用的 “ 無間隙滾動導向機構 ” 能夠解決這個問題 。 在模具設計與制造中 , 動模模芯 5與動模鑲套之間采用了間隙配合 , 如圖 3。 在注塑時 , 型腔內殘余氣體可 同時通過該間隙和分

13、型面的間隙排出型腔 。 由于設計 的間隙小于光學塑料的溢邊值 , 而且增加了排氣通道 , 不會造成飛邊或填充不滿等現(xiàn)象 。 而且 , 排氣方式不 同也會對制品的質量產(chǎn)生影響 。 以下本文通過實驗來 考察采用該機構前后的排氣效果 。實驗 3:考察采用模芯壓縮成型技術前后的排氣 效果 。 為了方便考察傳統(tǒng)注塑技術與模芯壓縮成型技 術的排氣性能 , 實驗中控制進入型腔的塑料量約為型 腔體積的一半 , 觀察其注射成型的過程 。 圖 5a 是采用 傳統(tǒng)注塑技術的制品 , 從圖中看到 , 塑料從透鏡兩邊的 邊緣填充型腔 , 如果實際生產(chǎn)中光學塑料全部填滿型腔 , 其制品會產(chǎn)生熔接線 , 熔接線的位置不僅影

14、響外觀 質量 , 而且是應力集中之處 , 在使用過程中 , 很容易發(fā)生應力開裂 , 對于成型質量影響很大 4; 而圖 5b 采用 了模芯壓縮成型技術注塑 , 光學塑料則會均勻地填充型腔 , 從其注塑效果看 , 模芯壓縮成型技術注塑使以往 成型技術無法制造的超薄型透鏡的成型成為可能 。 另 外 , 采用模芯壓縮成型技術后 , 制品很少產(chǎn)生飛邊 、 燒傷和填充不足等不良現(xiàn)象 ,提高了產(chǎn)品質量和成品率。 4結語高精度塑料光學透鏡的模具技術已經(jīng)成為我國在 光學產(chǎn)品領域研發(fā) 、生產(chǎn)和發(fā)展的核心問題之一 。 本 文從滿足光學塑料透鏡使用要求的角度出發(fā) , 實驗研 究與探討了高精度塑料光學透鏡分別采用傳統(tǒng)注

15、塑技術和模芯壓縮技術制造的光學透鏡的面形精度 、 內應力和排氣性能 。 實驗證明 :采用本文所設計的模芯壓縮機構后 , 不僅提高了光學透鏡的面形精度 , 減小了透 鏡的內應力 , 而且排氣的效率得到較大的改善 , 從而降 低了雙折射 , 消除制品飛邊 、 燒傷和填充不足等不良現(xiàn) 象 , 提高了透鏡的成品率和成像質量 。 本文希望通過 該模芯壓縮機構的研發(fā)對國內高精度的塑料光學透鏡 的生產(chǎn)技術有所推動 。參考 文 獻1費春紅 , 張長春 , 李達等 . 塑料光學制件精密成型技術的現(xiàn)狀 J . 橡塑技術與裝備 ,2004, 30(11 :11 162鄭清娟 . 基于注塑制品收縮率預測的模具型腔尺寸生成方法研究 D :學位論文 . 大連 :大連理工大學 , 2003. 3張雪