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2007-09-08 21:11 |
光學塑料成型技術
光學塑料成型技術是當前制造塑料非球面光學零件的先進技術，包括注射成型、鑄造成型和壓制成型等技術。光學塑料注射成型技術主要用來大量生產直徑100mm以下的非球面光學零件，也可制造微型透鏡陣列。而鑄造和壓制成型主要用于制造直徑為100mm以上的非球面透鏡光學零件。 N4 "%!.Y
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塑料非球面光學零件具有重量輕、成本低；光學零件和安裝部件可以注塑成為一個整體，節(jié)省裝配工作量；耐沖擊性能好等優(yōu)點。因此，在軍事、攝影、醫(yī)學、工業(yè)等領域有著非常好的應用前景。美國在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。此外，在AN/PVS-7步兵微光夜視眼鏡、HOT夜視眼鏡、"銅斑蛇"激光制導炮彈導引頭和其他光電制導導引頭、激光測距機、軍用望遠鏡以及各種照相機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自動導引頭用非球面光學零件時，曾對幾種光學塑料透鏡成型法作過經濟分析對比，認為采用注射成型法制造非球面光學塑料透鏡最為合算。 4O[T:9mn0
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4.1 注射成型法 72} MspzUt
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注射成型是將加熱成流體的定量的光學塑料注入到不銹鋼模具中，在加熱加壓條件下成型，冷卻固化后打開模具，便可獲得所需要的光學塑料零件。光學塑料注射成型的關鍵環(huán)節(jié)是模具，由于光學塑料模壓成型的工作溫度較低，所以對模具的要求要比對玻璃模壓成型模具的要求低一些。非球面模具的超精密加工相當困難，通常的加工都是首先在數(shù)控機床上將模具的坯件磨削成近似非球面，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，最后用拋光法加工成所要求的面形精度和表面粗糙度�？墒牵捎跀�(shù)控機床的加工精度比較低，在模具加工過程中需要對模具進行反復檢測和修改，逐步地提高模具精度，從而使模具的成本變得很高。因而現(xiàn)在的模具，是用剛性好、分辨率高的計算機數(shù)控超精密非球面加工機床和非球面均勻拋光機超精密加工而成的。首先用計算機數(shù)控超精密非球面機床將模坯加工出面形精度達±0.1μμm的非球面，然后用拋光機在保持非球面面形精度不變的條件下均勻地輕拋光，大約拋去0.01μm，使模具表面的粗糙度得到提高。 .Vq-<c %
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注射成型的光學塑料零件的焦距精度可以控制到0.5～1%，面形精度高于λ/4，長度公差達0.0076mm，厚度公差達0.012mm。 n@w$5y1@
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下面介紹一種日本人發(fā)明的高精度塑料光學零件注射成型法--澆口密封成型法。 )DuOo83n["
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澆口密封成型法，是一種向加熱至樹脂轉化溫度（Tg）以上的金屬模中注射熔融的樹脂（注射量應是：冷卻結束打開模具時樹脂的壓力剛好是大氣的壓力的量），迅速密封澆口，等溫度、壓力均勻后，在相對容積一定、溫度－壓力均勻條件下，徐徐冷卻至樹脂的熱變形溫度以下后，打開模具取出壓形品的成型方法。 z= vfP%
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首先，以大約130MP2的高壓，將高溫的熔融樹脂注射到模具中，在高溫（T1）下將澆口密封。密封在模具中的樹脂，其壓力在均勻化的過程中降至30MPa左右（此時的溫度為：比樹脂轉化溫度Tg高一些的某一溫度T2）。從注射開始經過一定時間后，就可由壓型機的合模裝置上將模具單體取下。單體模具經過緩緩冷卻后才可開模，取出壓型成品。 +Ck<tx3h&
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澆口密封成型法的關鍵問題在于，注射到模具中的300℃左右高溫的熔融樹脂，如何以130MPa的壓力將澆口密封死。其做法是：在成型注射之前，先將一個小球放入金屬模具的澆口部，當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處向靠近模穴一側移動。這時，在澆口部通往模穴的地方就會出現(xiàn)間隙，熔融樹脂從此間隙能夠流入到模穴中。而當注射成型機停止向模具內高壓注射樹脂時，由于壓差的原因，瞬間發(fā)生樹脂逆流現(xiàn)象，小球則被這種逆流的樹脂又從靠近模穴的一側推向模具的澆口處。此時，小球依靠高壓的樹脂所發(fā)生的擠壓力將模具澆口堵死，完成澆口密封工作。 Z2`(UbG}
該澆口密封成型法由于是樹脂注射后用小球進行澆口密封的，因而不需要保壓和壓縮機構及其工作。所以注射了樹脂后的金屬模具很容易從成型機上取下來，以金屬模具單體脫離成型機身的形式進行長時間的冷卻。這不但大大提高了成型機的工作效率，同時也提高了單位時間的生產效率。這種成型法可將一部分功能分配到機外的裝置中去完成，改變了過去那種功能只能在成型機裝置內進行的做法。 E
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澆口密封成型工序分4步工序進行。 MsCY5g
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�。�1）加熱工序。由金屬模具的外部進行傳導加熱。從成型品的取出溫度加熱到Tg（樹脂的轉化溫度－即模具加溫需要達到的溫度）以上的一定溫度為止，用很短的時間進行升溫，使熱度做到均勻化。 [2.uwn]i
�。�2）成型工序。向模具內注射熔融的樹脂，使小球將模具澆口密封后，為使溫度、壓力做到均勻化，對金屬模進行保溫。 )Z0pU\
�。�3）緩冷工序。利用自行保持合模力的機構，一邊維持合模狀態(tài)，一邊從壓型機上取下壓型模。取下的單體壓型模具，采用自然空氣冷卻或是強制空氣冷卻的方式，以每分鐘1～2℃的速度逐漸降溫。 ]~CG zV
�。�4）取出工序。從壓型模中取出成形品。由于壓型模具已從壓型機上取下，這時只要取下自行保持合模力的機構，就能打開型模取出成形品。在成形品取出過程中，由于樹脂的壓力相當于大氣的壓力，所以不需要推出裝置，只要打開突出分型面的部分，成形品就能離模。 ^3 IO.`|
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澆口密封成型法的關鍵要素，是金屬模具的溫度條件和注射充填條件（緩慢冷卻結束時樹脂壓力為大氣壓力的條件）。因此，既使是模壓成型形狀和體積不同的成型品，也不用改變注射時和冷卻結束時的金屬模具的溫度，只要有充裕的時間使溫度－壓力達到均勻化，并保持緩慢冷卻的速度，根據(jù)模穴的容積注射充填樹脂，就能進行高精度地復制。 Ll
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