非球面光學(xué)零件塑料成型技術(shù)

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-06-18 09:07:52點(diǎn)擊率：

　　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。而鑄造和壓制成型技術(shù)主要用于制造直徑為100毫米以上的非球面透鏡光學(xué)零件。

　　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。例如，在美國AN/AVS-6型飛行員微光夜視眼鏡中就采用了9塊非球面塑料透鏡。另外，在 AN/PVS-7步兵微光夜視眼鏡、HOT夜視眼鏡、“銅斑蛇”激光制導(dǎo)炮彈導(dǎo)引頭和其他光電制導(dǎo)導(dǎo)引頭、激光測距機(jī)、軍用望遠(yuǎn)鏡以及各種照相機(jī)的取景器中也都采用了非球面塑料透鏡。美國TBE公司在制造某種末制導(dǎo)自動導(dǎo)引頭用非球面光學(xué)零件時，曾對幾種光學(xué)塑料透鏡成型技術(shù)做過經(jīng)濟(jì)分析對比，認(rèn)為采用注射成型技術(shù)制造非球面塑料光學(xué)透鏡費(fèi)效比。

　　注射成型技術(shù)

　　注射成型法是將經(jīng)過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，所以對模具的要求相對要比對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，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，在模具加工過程中還需對模具反復(fù)地進(jìn)行檢測和修改，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C)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)&pmn;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，是一種向加熱至樹脂轉(zhuǎn)化溫度以上的金屬模具中注射熔融的樹脂(注入量應(yīng)是：冷卻結(jié)束后打開模具時的樹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，在相對容積一定、溫度-壓力均勻條件下，緩緩冷卻至樹脂的熱變形溫度以下后，打開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。密封在模具中的樹脂壓力在均勻化的過程中降至30兆帕(此時的溫度為比樹脂轉(zhuǎn)化溫度高一些的某一溫度T2)。此時只要模具單體能夠保持其合模力就不要打開模穴，從樹脂注入開始，經(jīng)過一定的時間后，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)過緩緩冷卻后才能開模取出壓型成品。

　　澆口密封成型法的關(guān)鍵問題在于注射到模具中的300℃左右高溫的熔融樹脂如何以130兆帕的壓力將澆口密封死。其作法是，在注射樹脂之前，先將一個小球放置到金屬模具的澆口部。當(dāng)向模具中注射熔融樹脂時，小球受到樹脂的擠壓就會從澆口部向靠近模穴的一側(cè)移動，這時在澆口部通往模穴的地方就會出現(xiàn)間隙，被注射的熔融樹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脂后，由于壓差的原因，注射的樹脂瞬間會發(fā)生逆流現(xiàn)象，澆口部的小球就會被這種逆流的樹脂又從靠近模穴的一側(cè)推向模具的澆口處。此時小球憑借高壓的樹脂所產(chǎn)生的擠壓力將模具澆口堵死，完成澆口密封工作。

　　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始，到樹脂轉(zhuǎn)化溫度止，用很短的時間進(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)注射熔融樹脂，待放置在模具澆口部的小球?qū)⒛＞邼部诿芊夂?，對金屬模具進(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。采用自然空氣冷卻或是強(qiáng)制空氣冷卻的方式，以每分鐘1～2℃的速度，對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，這時只要取下自行保持合模力的機(jī)構(gòu)就能打開型模取出成型品。由于模具內(nèi)的樹脂的壓力相當(dāng)于大氣的壓力，所以只要打開突出分型面的部分，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)束時的樹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，也無需改變注射時和冷卻結(jié)束時的金屬模具的溫度，只要能充分地保證有足夠的時間使溫度?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)。

　　澆口密封成型法是一種高精度的光學(xué)塑料壓型技術(shù)，通過對使用該成型法制作出的非球面反射鏡的形狀的檢測，得到的結(jié)果是：在&pmn;100毫米范圍內(nèi)，反射面的彎曲(起伏)度在4微米以下，成型品的精度很高。

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