注射压缩成型技术在塑料光学透镜生产中的应用

1、Moulds Dies 模具技术 ·159·注射压缩成型技术在塑料光学透镜生产中的应用陈燕春 何文翰 区仲荣( 广东机电职业技术学院 , 广东 广州 510515; 广州镭迪机电有限公司 , 广东 广州 511430摘 要 :研究和开发了实现注射压缩的结构 , 并做相关实验考察该结构是否能够达到设计和制造的要求以及 满足实际生产需要 。关键词 :高精度塑料光学透镜 面型精度 模芯压缩机构 注射压缩成型技术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随着信息及多媒体技术的迅速发展 ,

4、 用于相机 、 CD 、 VCD 、 DVD 、 MD 及 MO 等 的 光 学 读 取 头 (Pickup lens 塑料光学透镜的需求量非常大 。 但调研资 料表明 :要对高精度塑料光学透镜进行产品化时 , 难度 差异很大 。 目前国内技术水平停留在生产如玩具照相 机 、 玩具望远镜 、 低档傻瓜相机镜头等一些低附加值的 塑料光学透镜的基础上 。 一些高附加值的塑料光学透 镜 , 像数码相机 、 VCD 、 DVD 中激光头的 Pickup lens 由 于涉及高精成型技术难题 , 国内很少厂家能够掌握 , 都 是以进口零部件 , 在国内组装为多 。 因此 , 我国的高精 度塑料光学透镜注

5、塑模具制造业的设计 、 制造还处于 起步阶段 。高精度的塑料光学透镜对制品的透光率 、 光轴同 轴度 、 面形精度和折射率要求非常高 。 但在透镜的注 塑过程中 , 由于塑料收缩率的存在 , 通常会引起制品面 形收缩 , 产生内应力 , 达不到尺寸精度和使用要求 。 为 了获得符合使用要求的高精度光学制品 , 人们发明了 注射压缩成型技术 , 可以生产面型精度差小于 /20甚至 /40的塑料透镜 , 满足光学透镜要求 。 但由于 国外技术封锁和国内企业视之为技术秘密 , 国内很多 文献和书籍都只是原理性介绍该技术 , 关于其具体的 模具结构设计目前少有报道和发表 。 为此 , 本文研究 和开发

6、了用于生产高精度塑料光学透镜的注射压缩的 结构 , 并做相关实验考察该结构是否能够达到设计和 制造的要求以及满足实际生产需要 。1传统的注射成型技术传统注塑模具中 , 模芯 、 镶套都固定在模板上 , 并 选择动 、 定模的接合面作为分型面 , 如图 1所示 。 一般 情况下 , 在光学塑料流体完全填满型腔后 , 需要对成型 中的塑料进行保压 , 以求减小塑料冷却收缩的影响 。 但由于浇口尺寸较小 , 浇口位置的塑料要比流道与型 腔内的塑料较快凝固 , 压力不能传递到型腔 , 因此传统 注塑技术所注塑出来的透镜面形精度通常达不到要 求 , 而且会由于塑料收缩而产生内应力 。 另一方面 , 分

7、型面的间隙如果控制得不好 , 会引起许多如飞边 、 填充 不满 、 焦烧 、 气痕和银纹等问题 。2注射压缩成型技术原理注射压缩成型技术又称为两步成型法 , 是一个较 为特殊的保压控制成型法 。 在合模过程中 , 动静模留 有一定的空隙 , 间隙的大小视注射件而变化 , 从 1mm模具技术 Moulds Dies到 20mm 不等 。 此时将一定体积的光学塑料完全注 入型腔后 , 型腔内充满的塑料由于冷却而产生体积收 缩 , 然后闭紧模具 , 从外部加一个强制的力使模具的尺 寸变小 , 而使收缩的部分得到补偿 , 从而得到所要求的 尺寸和精度 。 注射压缩成型法的关键技术是模具结构 设计和温度

8、 、 压力的控制 。 该技术按压缩形式分为两 种方法 :全面收缩法和模芯收缩法 , 如图 2所示1。 注射压缩成型技术包括全面压缩成型技术和模芯压缩成型技术 。 相对来说 , 模芯压缩法比全面压缩法 更有利于保压的压力控制与型腔内残余气体的排出 , 因此本文选择了模芯压缩成型技术 。 在模芯压缩机构的设计上 , 要解决的主要问题是如何实现型腔的压缩 和型腔内残余气体的排出 。3模芯压缩机构的设计与实验3. 1模芯压缩机构设计本文所采用的模芯压缩机构如图 3所示 。在生产过程中 , 光学塑料填满型腔后的一段时间内 , 注塑机对动模模芯的压力从零增加到预定值 。 这 一过程中 , 型腔内的塑料受压

9、而产生逆流 , 但此时浇口 处的塑料由于尺寸较小已经成凝固态 , 这对型腔内的 光学塑料的保压和成型十分有利 , 光学塑料能更贴紧 型腔 , 有利于提高制品的面形精度 , 同时也减小因塑料 收缩引起的内应力 , 降低制品的双折射 。为了考察采用模芯压缩成形技术后 , 制品的面形 精度 、 内应力和表面品质是否得到改善 , 我们分别用传 统注塑技术的模具和采用了模芯压缩成型技术的模具 分别进行注塑以做对比 。 3. 2实验实验 1:考察采用模芯压缩成型技术前后的面形 精度 。 在接触式粗糙度仪上测量分别采用这两种技术 的模具所注塑制品的面形轮廓可以看出 , 传统注塑技 术所注塑制品的实际面形与理

10、想面形相差 0. 013mm , 而采用模芯压缩成型技术所注塑出来的制品实际面形 与理想面形则相差 0. 002mm , 透镜制品的面形精度明 显提高 , 是前者的 15. 4%。实际生产中 , 首先在理论上根据制品的收缩率来 计算型腔尺寸2, 3, 此外还普遍采用成型后测量变形的补偿方法来提高透镜的面形精度 。 本文也通过修改 型腔的尺寸 、 试模 、 再修改型腔尺寸和再试模等多次重 复修改 , 以进一步提高透镜的面形精度 。 通过采用模 Moulds Dies模具技术 ·161·芯压缩技术和反复修改型腔 , 能使透镜制品的面形精 度达到光学设计的要求 。采用模芯压缩技术

11、后 , 不仅可以提高制品的面形 精度 , 也可以减小制品的内应力 , 从而降低双折射 , 提 高光学透镜的成像质量 。 下面将通过实验来说明 。实验 2:考察采用模芯压缩成型技术前后的内应 力 。 本文分别使用了传统注塑技术与模芯压缩成型法 ,且在其最佳的工艺参数下注塑透镜 , 并在偏光片下 检测其内应力 , 如图 4所示 。 图 4a 中 , 采用了传统注 塑技术的透镜 , 其中部 (较黑处 的内应力小 , 而发亮 部分则内应力大 , 且有的部位略呈彩色 (内应力集中 更为严重 , 把白光分解 , 严重影响了成像质量和信息 密度 , 因此不能用于对非球面透镜有高精度要求的光 学系统中 。 而

12、图 4b 中采用模芯压缩成型技术注塑的 透镜的内应力很小 , 几乎没有 , 而且分布均匀 , 说明模 芯压缩成型技术能大大减小透镜的内应力。另一方面 , 光学塑料制品的分型面一般选择在动模板和定模板的接合面 ,如图 2所示 。 在光学塑料流 体填充型腔时 , 型腔内的气体将通过分型面的间隙排出 。 如果间隙太大 , 则容易产生飞边等不良影响 ; 间隙 太小则往往造成制品烧伤 、 填充不满等现象 。 而本文所采用的 “ 无间隙滚动导向机构 ” 能够解决这个问题 。 在模具设计与制造中 , 动模模芯 5与动模镶套之间采用了间隙配合 , 如图 3。 在注塑时 , 型腔内残余气体可 同时通过该间隙和分

13、型面的间隙排出型腔 。 由于设计 的间隙小于光学塑料的溢边值 , 而且增加了排气通道 , 不会造成飞边或填充不满等现象 。 而且 , 排气方式不 同也会对制品的质量产生影响 。 以下本文通过实验来 考察采用该机构前后的排气效果 。实验 3:考察采用模芯压缩成型技术前后的排气 效果 。 为了方便考察传统注塑技术与模芯压缩成型技 术的排气性能 , 实验中控制进入型腔的塑料量约为型 腔体积的一半 , 观察其注射成型的过程 。 图 5a 是采用 传统注塑技术的制品 , 从图中看到 , 塑料从透镜两边的 边缘填充型腔 , 如果实际生产中光学塑料全部填满型腔 , 其制品会产生熔接线 , 熔接线的位置不仅影

14、响外观 质量 , 而且是应力集中之处 , 在使用过程中 , 很容易发生应力开裂 , 对于成型质量影响很大 4; 而图 5b 采用 了模芯压缩成型技术注塑 , 光学塑料则会均匀地填充型腔 , 从其注塑效果看 , 模芯压缩成型技术注塑使以往 成型技术无法制造的超薄型透镜的成型成为可能 。 另 外 , 采用模芯压缩成型技术后 , 制品很少产生飞边 、 烧伤和填充不足等不良现象 ,提高了产品质量和成品率。 4结语高精度塑料光学透镜的模具技术已经成为我国在 光学产品领域研发 、生产和发展的核心问题之一 。 本 文从满足光学塑料透镜使用要求的角度出发 , 实验研 究与探讨了高精度塑料光学透镜分别采用传统注

15、塑技术和模芯压缩技术制造的光学透镜的面形精度 、 内应力和排气性能 。 实验证明 :采用本文所设计的模芯压缩机构后 , 不仅提高了光学透镜的面形精度 , 减小了透 镜的内应力 , 而且排气的效率得到较大的改善 , 从而降 低了双折射 , 消除制品飞边 、 烧伤和填充不足等不良现 象 , 提高了透镜的成品率和成像质量 。 本文希望通过 该模芯压缩机构的研发对国内高精度的塑料光学透镜 的生产技术有所推动 。参考 文 献1费春红 , 张长春 , 李达等 . 塑料光学制件精密成型技术的现状 J . 橡塑技术与装备 ,2004, 30(11 :11 162郑清娟 . 基于注塑制品收缩率预测的模具型腔尺寸生成方法研究 D :学位论文 . 大连 :大连理工大学 , 2003. 3张雪