具有三維問題領(lǐng)域的工藝控制
在光學(xué)部件的生產(chǎn)過程中，必須對三維問題領(lǐng)域進(jìn)行管理：必須將部件的幾何、表面及光學(xué)性能列入到所需產(chǎn)品的質(zhì)量評定中。這需要精確的過程控制，即推測已知的模具內(nèi)的熔體狀態(tài)和所存在的過程。作這些推測需要具有型腔壓力方面的知識。因?yàn)樾颓粔毫�精確地反映了注塑成型期間的填充、壓縮和保壓階段，這些信息在過程優(yōu)化期間和加工及質(zhì)量監(jiān)控都是有幫助的。
在理想化的免保壓注塑模塑中，理論上模腔是被等溫填充的，熔體被壓縮然后被等容冷卻，這就意味著在這個階段特定的體積是保持不變的(圖1所示)。然而，這樣一個填充操作將需要極高的壓力，這不一定是可能實(shí)現(xiàn)的， 因?yàn)樵摲椒〞�施加�?yīng)力到模具和機(jī)器上。
經(jīng)典的pvT圖示闡明了實(shí)際的加工過程(具有保壓階段的生產(chǎn)):
(1) 在注射階段(1-2)，壓力在溫度幾乎保持不變(等溫)下增加。
(2) 在定容填充模腔的充填階段結(jié)束后，就開始壓縮階段。熔體被壓縮以確保生產(chǎn)的部件形狀具有一定的重現(xiàn)性。 
(3) 一達(dá)到最大模腔壓力，保壓階段就開始運(yùn)行。其通過補(bǔ)充更多的材料補(bǔ)償聚合物的高溫收縮。也就是說部件體積的縮減是由于溫度的降低而引起的。 
(4) 熔體在澆口區(qū)域處(密封點(diǎn))的固化。逐步產(chǎn)生的熱收縮為模腔內(nèi)的壓力降低到環(huán)境壓力(5)提供了可能。該階段(4-5)是等容的。 
(5) 模腔內(nèi)部壓力一達(dá)到環(huán)境壓力，收縮過程就開始。 
(6) 部件溫度降到環(huán)境溫度。在(5-6)階段的特定體積改變對應(yīng)于加工收縮。
重要的是在注射模塑過程中，壓力是由螺桿通過澆口逐點(diǎn)發(fā)射到部件上的。冷卻效應(yīng)使部件的外層流路方向凝固。這導(dǎo)致在壓縮和保壓階段在部件內(nèi)產(chǎn)生一個壓力梯度，這導(dǎo)致了內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。
重要的是作為一個二維描述的pvT圖示實(shí)際上僅給出了點(diǎn)的信息。那就意味著其并沒有描述部件內(nèi)沿流路方向的壓力狀態(tài)。然而對光學(xué)部件而言，沿其流路方向的內(nèi)部性能穩(wěn)定性對其質(zhì)量是很重要的。這樣不會誘導(dǎo)內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生。
為了確定部件的實(shí)際情況，pvT圖示必須圍繞流路被延伸到三維圖(圖3所示)。只有這樣才能解釋在標(biāo)準(zhǔn)注塑成型中，在部件內(nèi)部存在非均相的壓力狀態(tài)，從而導(dǎo)致了內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。螺桿通過澆口逐點(diǎn)保壓來補(bǔ)償部件的收縮，這使得沿流路的每一點(diǎn)處于不同的pvT狀態(tài)。在三維圖示中，以一個面來代表加工曲線，并用于沿流路壓力減小、溫度降低的標(biāo)準(zhǔn)加工的描述。
作為膨脹壓縮模塑的例子，理想的加工以一個等溫填充階段(1-2)運(yùn)行，然后融入到膨脹階段(2)。在這個階段，模腔內(nèi)壓力達(dá)到最大值，并且該過程被恒壓控制。在(4)中，壓縮階段也是以恒壓的方式開始的。從(5)開始，該過程又是等壓的，直到模腔壓力降到環(huán)境壓力或冷卻環(huán)境溫度(7)之下為止。在等壓過程控制期間，該工藝流程是一個壓力沿整個流路保持不變的平面。
從模腔被完全填滿開始，該工藝按與標(biāo)準(zhǔn)注塑成型的充填階段(1-2)相似的模式運(yùn)行。由于沿流路的流動阻力增加，在注塑階段整個流路不能以常壓的方式來進(jìn)行壓縮。當(dāng)加工由標(biāo)準(zhǔn)工藝轉(zhuǎn)入到更高壓力的壓縮階段時，在壓縮期間壓力保持不變(pvT圖示中的3-5階段)。注射-壓縮模塑期間沿流路方向的壓力降是通過運(yùn)用大面積的壓力來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)�。因而為在模壓階段達(dá)到等壓控制的壓縮沖程的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。
跟在標(biāo)準(zhǔn)注射模塑中的理想加工流動一樣，這種理想化的流動也不能徹底的實(shí)現(xiàn)。那是由于部件外層的部分凝固而導(dǎo)致的。因而通常難以實(shí)現(xiàn)圖中所描述的實(shí)際流動狀態(tài)。
工藝優(yōu)化步驟