非球面光學(xué)塑料零件的注塑成型

非球面光學(xué)塑料零件的注塑成型塑料非球面光學(xué)零件由于具有重量輕、 成本低，光學(xué)零件和安裝部件可以注 塑成為一個(gè)整體從而節(jié)省裝配工作量， 以及耐沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn)， 在軍事、攝影、 醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。 光學(xué)塑料成型技術(shù)是當(dāng)前制造塑料 非球面光學(xué)零件的先進(jìn)技術(shù)， 它包括注射成型、 鑄造成型和壓制成型等技術(shù)。 光 學(xué)塑料注射成型技術(shù)主要用來(lái)批量生產(chǎn)直徑為 100 毫米以下的非球面透鏡光學(xué) 零件，也可制造微型透鏡陣列。注射成型法是將經(jīng)過(guò)加熱成為流體的定量的光學(xué)塑料注射到不銹鋼模具中， 在加熱加壓條件下成型， 后經(jīng)冷卻固化后， 打開(kāi)模具便可獲得所需要的光學(xué)塑料 零件的一種非球面光學(xué)塑料透鏡加工技術(shù)。 該技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是模具， 由于光學(xué) 塑料模壓成型的工作溫度要求較低， 所以對(duì)模具的要求相對(duì)要比對(duì)玻璃模壓成型 用模具的要求低一些。 非球面模具超精密加工相當(dāng)困難， 通常加工都是首先在數(shù) 控（NC）機(jī)床上將模具坯件面磨削成近似非球面，然后用范成精磨法逐步提高 非球面的面形精度和表面粗糙度， 最后再用拋光法加工成所要求的面形精度和表 面粗糙度。 然而，由于數(shù)控機(jī)床的加工精度較低， 在模具加工過(guò)程中還需對(duì)模具 反復(fù)地進(jìn)行檢測(cè)和修改， 逐步提高模具的精度， 因而使模具的成本費(fèi)用提高。 為 改變這種狀況，現(xiàn)在模具加工改用剛性好、分辨率高的計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC ）超 精密非球面加工機(jī)床和非球面均勻拋光機(jī)進(jìn)行。 首先用計(jì)算機(jī)數(shù)控超精密非球面 加工機(jī)床，將模坯加工成面形精度達(dá) ±0.1 微米的非球面，然后用拋光機(jī)在保持 非球面面形精度不變的條件下均勻地進(jìn)行輕拋光，大約拋去 0.01 微米的厚度， 使模具表面的粗糙度得到提高。下面介紹一種由日本人研究開(kāi)發(fā)的澆口密封成型法高精度塑料光學(xué)透鏡注 射成型技術(shù)。1. 澆口密封成型法的原理澆口密封成型法， 是一種向加熱至樹(shù)脂轉(zhuǎn)化溫度以上的金屬模具中注射熔融 的樹(shù)脂（注入量應(yīng)是： 冷卻結(jié)束后打開(kāi)模具時(shí)的樹(shù)脂的壓力剛好等于大氣的壓力 的量）后迅速將澆口密封，等溫度和壓力均勻后，在相對(duì)容積一定、溫度 -壓力 均勻條件下， 緩緩冷卻至樹(shù)脂的熱變形溫度以下后， 打開(kāi)模具取出壓型成品的成 型方法。首先，以大約 130 兆帕的高壓將高溫熔融的樹(shù)脂注射到模具中， 在高溫（ T1） 條件下將澆口密封。密封在模具中的樹(shù)脂壓力在均勻化的過(guò)程中降至 30 兆帕（此 時(shí)的溫度為比樹(shù)脂轉(zhuǎn)化溫度高一些的某一溫度 T2 ） 。此時(shí)只要模具單體能夠保持 其合模力就不要打開(kāi)模穴， 從樹(shù)脂注入開(kāi)始， 經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后， 就可從壓型機(jī) 的合模裝置上將單體模具取下。單體模具經(jīng)過(guò)緩緩冷卻后才能開(kāi)模取出壓型成 品。澆口密圭寸成型法的關(guān)鍵問(wèn)題在于注射到模具中的 300 °C左右高溫的熔融樹(shù) 脂如何以 130 兆帕的壓力將澆口密封死。其作法是，在注射樹(shù)脂之前，先將一 個(gè)小球放置到金屬模具的澆口部。 當(dāng)向模具中注射熔融樹(shù)脂時(shí)， 小球受到樹(shù)脂的 擠壓就會(huì)從澆口部向靠近模穴的一側(cè)移動(dòng)， 這時(shí)在澆口部通往模穴的地方就會(huì)出 現(xiàn)間隙，被注射的熔融樹(shù)脂便可從此間隙中流入到模穴中。 當(dāng)注射成型機(jī)停止向 模穴中高壓注射樹(shù)脂后， 由于壓差的原因， 注射的樹(shù)脂瞬間會(huì)發(fā)生逆流現(xiàn)象， 澆 口部的小球就會(huì)被這種逆流的樹(shù)脂又從靠近模穴的一側(cè)推向模具的澆口處。 此時(shí) 小球憑借高壓的樹(shù)脂所產(chǎn)生的擠壓力將模具澆口堵死，完成澆口密圭工作。2. 澆口密封成型法的成型工序澆口密封成型法的成型工序分 4 步進(jìn)行：（1）加熱工序。由金屬模具的外部進(jìn)行傳熱加熱。從成型品的取出溫度開(kāi)始， 到樹(shù)脂轉(zhuǎn)化溫度止，用很短的時(shí)間進(jìn)行加熱升溫，并使熱度做到均勻化。（2）成型工序。向模具的模穴內(nèi)注射熔融樹(shù)脂，待放置在模具澆口部的小球?qū)?模具澆口密封后，對(duì)金屬模具進(jìn)行保溫，使溫度、壓力達(dá)到均勻化。（3）緩冷工序。利用自行保持合模力的機(jī)構(gòu)，一邊維持和模狀態(tài)一邊把壓型模 具從壓型機(jī)上取下來(lái)。采用自然空氣冷卻或是強(qiáng)制空氣冷卻的方式，以每分鐘 12 C的速度，對(duì)取下的單體壓型模具徐徐冷卻降溫。（4）取出工序。 從壓型模具中取出成型品。 由于壓型模具早已從壓型機(jī)上取下， 這時(shí)只要取下自行保持合模力的機(jī)構(gòu)就能打開(kāi)型模取出成型品。 由于模具內(nèi)的樹(shù) 脂的壓力相當(dāng)于大氣的壓力， 所以只要打開(kāi)突出分型面的部分， 不需要推出裝置 成型品就能離模。3. 澆口密封成型法的特征 澆口密封成型法的關(guān)鍵要素是金屬模具的溫度和注射充填條件 （徐徐降溫冷 卻結(jié)束時(shí)的樹(shù)脂壓力剛好等于大氣壓力的條件） 。因此，即使是壓型形狀和體積 不同的壓型品， 也無(wú)需改變注射時(shí)和冷卻結(jié)束時(shí)的金屬模具的溫度， 只要能充分 地保證有足夠的時(shí)間使溫度 壓力能達(dá)到均勻化，并保持緩慢降溫冷卻的速度， 根據(jù)模具的模穴容積注射充填樹(shù)脂， 就能進(jìn)行高精度地復(fù)制。 所以，只要按照模 具的模穴容積分別控制注射充填量，就可以進(jìn)行不同壓型產(chǎn)品的混合生產(chǎn)。