光學鏡頭注塑成型

隨著影像技術的高速發(fā)展姜骡，人們可以隨時隨地地將身邊正在發(fā)生的事情扮超、景物和人物錄制在自己的相機或手機里兜粘。而這些高科技產(chǎn)品的核心零件正是有著高精度的光學元件丹鸿。以往這種光學鏡頭都以玻璃為主材硼砰，但玻璃難免存在質(zhì)量大、脆性大、價格高等缺點，因此近年來人們開始選用聚合物材料代替玻璃鏡片却汉，并逐漸應用在通信行業(yè)、醫(yī)療器械荷并、汽車工業(yè)合砂，以及信息行業(yè)。而能否實現(xiàn)批量生產(chǎn)關鍵在于注塑成型源织。

光學鏡頭

光學鏡頭圖

眾所周知翩伪，注塑成型廣泛用于塑件批量生產(chǎn)微猖，但傳統(tǒng)注塑成型技術難以達到光學元件的精度。若要達到所需的尺寸公差和表面質(zhì)量幻工，必須優(yōu)化整條工藝鏈励两。經(jīng)過多年的研究黎茎，如今可以通過精密注塑成型技術制成功能更多囊颅、價格合理的精密光學元件，滿足市場的需求傅瞻。

研究注塑成型工藝踢代，能夠發(fā)現(xiàn)精密注塑成型與傳統(tǒng)注塑成型相比有六個明顯不同。

一嗅骄、產(chǎn)品結構設計

為了獲得最佳的表面質(zhì)量和最小的尺寸公差胳挎，產(chǎn)品結構設計是非常重要的。產(chǎn)品設計也標明塑件的尺寸公差溺森。從一些經(jīng)驗得知慕爬，常見的設計原則如下：避免塑件局部壁厚，產(chǎn)生縮孔;控制最小壁厚的尺寸(材料決定);在光學元件起作用的表面不能有孔屏积、槽位等医窿，防止形成熔接痕;壁厚變化不能太大，選擇平穩(wěn)過渡;保持塑件壁厚均勻炊林。

由于塑料的穩(wěn)定性比玻璃要差姥卢，所以塑料鏡頭折射率的準確性要比玻璃鏡頭低。一般而言渣聚，標準環(huán)境條件下独榴，塑料鏡片的折射率變化范圍大于1%，而折射率的變化將會引起鏡頭焦距的變化奕枝。從物理實驗可知棺榔，常見球面鏡頭的焦距是由折射率n，鏡頭厚度T和球半徑R決定的隘道，而且這三個參數(shù)對焦距的影響各不相同症歇，其中又以折射率n影響最大。為了減小折射率的變化薄声，在設計時必須嚴格標明鏡頭的形位公差和加工精度当船。

二、刀具設計

刀具設計與產(chǎn)品設計同樣重要默辨，切削效果會直接反映在塑件表面上德频。當塑件的精度達到微米級(μm)時，刀具的尺寸公差必須低于1μm缩幸。雖然這對于刀具設計不是一個簡單的事情壹置，但還是有許多刀具單元可供選擇的竞思。有一點值得注意的是：尺寸穩(wěn)定的刀具需要高強度的材料，而且該材料能適應各種熱處理工藝钞护，而后者的重要性往往被忽視盖喷。實驗證明，如果硬化鋼的金相組織從奧氏體向馬氏體轉變的過程并沒有完全結束难咕，材料的微觀結構會發(fā)生變化课梳，引起宏觀的尺寸變化，即使在沒有受載荷的情況下余佃，也會發(fā)生0.01～0.001mm的變形暮刃。

三、注塑成型設備

注塑成型設備是整條工藝鏈的一個重要組成部分爆土。注塑設備能夠熔融椭懊、塑化聚合物，使其注入模具步势，不斷循環(huán)氧猬。它需要精準地控制每一個工藝參數(shù)，例如注射溫度坏瘩、注射量盅抚、注射速率、型腔壓力等等桑腮，注塑設備的精度決定了塑件的成型精度泉哈。

精密注塑成型設備是一個閉合回路，它的運作完全受那些參數(shù)控制破讨。注塑成型時丛晦，每一個機械動作都必須準確無誤(例如兩塊模具安裝板移動時的平行度)，而且設備上所有的零部件都要求高度的穩(wěn)定性提陶。由于成型設備的驅動單元由電力傳動烫沙，在精確性和復現(xiàn)性方面有明顯優(yōu)勢，適用于精密注塑成型隙笆。

四锌蓄、模具車間的加工能力

除了設計元素，精密加工也是注塑成型一個非常重要的部分撑柔。模具加工必須經(jīng)過精密的機械加工和緊密配合的裝配流程瘸爽。如果沒有好好控制這一部分尺寸公差，后期的注塑成型加工將難以再修復塑件的尺寸公差铅忿，或者允許調(diào)節(jié)的注塑成型參數(shù)范圍更窄了剪决。隨著高速切削的發(fā)展，可以預測，精密高速多軸銑削加工將慢慢取代EDM(放電加工)柑潦。

為了使模具鑲件達到質(zhì)量要求享言，可采用單晶金剛石作為機夾車刀的刀粒進行車削加工。金剛石車削的最大缺點是不能直接切削黑色金屬渗鬼，例如鋼鐵览露，因為鐵會使金剛石磨損相當快。目前譬胎，一些企業(yè)在熱處理工藝方面做了一些研究差牛，就是通過改善合金工具鋼的切削性能以達到單晶金剛石車削的效果。從初期的結果看起來非常有希望银择。當然我們還必須留意車削或銑削刀具本身多糠，因為硬質(zhì)合金車刀經(jīng)過高速車削后累舷，刀刃會磨損浩考，就需要采用精密磨刀機重磨刀刃刀尖。我們要高度重視這些刀具的切削平面和切削刃被盈，即使是切削刃上極小的瑕疵都會在成型后的產(chǎn)品上反映出來析孽。

五、注塑成型工藝

注塑成型工藝可分為兩種類型：傳統(tǒng)注塑成型和注塑壓縮成型只怎。傳統(tǒng)注塑成型時袜瞬，塑料冷卻過程中會產(chǎn)生內(nèi)應力，改變塑件性能身堡，引起鏡頭偏光邓尤。為了克服這個潛在的內(nèi)應力，其中一種處理方法是塑件退火處理贴谎，但這種方法會使塑件產(chǎn)生變形汞扎，不太合適。現(xiàn)在可以采用注塑壓縮成型擅这，注塑壓縮成型常用于成型帶有細微結構的產(chǎn)品澈魄，例如帶有衍射功能的塑料鏡頭，它與傳統(tǒng)注塑成型工藝有幾點明顯不同仲翎。概括其成型工藝參數(shù)范圍如下：

注射壓力(保壓壓力)：大于100MPa(因塑件或材料而定);注塑速率：因模具痹扇、塑件、材料而定;塑化溫度：200～320℃;模具溫度：100～150℃;成型周期：0.5min以上溯香。

因為精密注塑成型屬于新型注塑方法鲫构，因此其成型參數(shù)沒有經(jīng)驗可借鑒。為了獲得合適的成型參數(shù)玫坛，可采用如下方法進行嘗試结笨。首先設計和制造一套注塑模(沒有考慮收縮率)，第二步選擇其中一個注塑成型參數(shù)，將其劃分為若干個微分禀梳，逐一進行注塑優(yōu)化杜窄。然后檢測成型后的塑件尺寸，根據(jù)塑件修改注塑模的形狀和尺寸算途。這種方法所得到的工藝參數(shù)往往具有較高的穩(wěn)定性和準確性塞耕。當然，要實施這個方案必須具備精密的測量設備(三坐標測量儀)嘴瓤、先進的制模車間(多軸銑削中心)和設計部分的數(shù)學能力(仿真分析)扫外。

六、技術人員能力

為了使塑件獲得嚴格的尺寸公差廓脆，精密注塑成型從一開始就必須進行考慮筛谚。考慮光學設計停忿、產(chǎn)品結構設計驾讲、成型工藝參數(shù)和成型設備等各方面因素，并將這些相互作用的多個因素作為一個整體統(tǒng)一考慮席赂，不能忽略任何一個吮铭。因此需要聘請一些掌握高新技術和經(jīng)驗豐富的設計工程師，他們能夠完成例如光學設計颅停、產(chǎn)品結構設計谓晌、刀具設計、有限元分析和模流分析等工作癞揉。從另一方面來講纸肉，雖然如今注塑成型過程的大部分操作都能夠通過電腦控制，實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)喊熟，但是車間里仍然需要一些受過高等教育的高技術人才柏肪。因為精密注塑成型過程的控制是注塑成型領域里最前沿的一種技術。其典型特點是注塑機擁有先進的控制界面逊移，需要有人不間斷地監(jiān)控预吆，并及時調(diào)整關鍵的工藝參數(shù)，因此人的因素非常重要胳泉。

有了精密注塑成型拐叉，聚合物光學元件實現(xiàn)了大批量和高精度的生產(chǎn)。當然這只是一個開始扇商，精密注塑成型在一些方面仍然沒有做到盡善盡美凤瘦，例如：聚合物材料研發(fā)、注塑成型設備設計案铺、模具狀態(tài)探測蔬芥、塑件精密測量、模塑仿真分析軟件應用等方面都可以深入地研究，這些必將為人們提供更優(yōu)質(zhì)的塑料光學鏡頭笔诵。