光学塑料透镜注射成型关键技术的研究

1充模流动的计算机辅助分析为了全面了解充模过程中的熔料温度压力与时间的分布规律，本文使用MOLDFLOW公司的3D流动分析模块进行了充模流动分析m在进行多层分析时，使用注射材料的PVT数据来分析高温熔料充模后的压缩与产品脱模后的收缩之间的关系~输入注射温度、注射压力、锁模力、模具温度等工艺参数后即可对透镜注射填充过程进行数值模拟由于本模具结构采用的是一模四腔，地提高注射温度和模具温度对快速充模是有利的。随着注射温度的提高，熔体的表观粘度呈指数关系下降，粘度降低，熔体易于充模但注射温度越高，注入型腔后的温差也越大；而注入型腔中的高温熔料需在模具中经冷却后方可开模顶出制品，注入型腔后的熔料温度分布不均，极易造成产品收缩不均，透镜产生残余内应力及双折射现象，使面形精度无法满足使用要求为了提高塑料光学透镜的表面光洁度，也可适当提高注射压力。注射压力过低，注射时间长，熔化的高聚物在挤压到型腔表面上时可能冷却、凝固，复制不出象模具型腔抛光表面的光洁度增加注射压力，把高聚物熔料挤到模具表面，减少充模流动痕迹，就能复制出与模具的光洁度一样的塑料透镜一般来讲，模具温度提高，冷却周期加长，生产效率低，但是，模具温度越高，在型腔同一截面内的熔料温度也越小；冷却时间也越长，也可使注入模腔中的高聚物大分子的深度取向得到松弛，从而获得折射率均匀一致的高质量产品同时，适当地增加模具温度对提高透镜产品的表面光洁度是录音录像读写头中的非球面塑料光学透镜零件图为了便于有限元模型的建立，用R13. 46分别代替图中Ry1和Ry2非球面方程及分别是注射结束时的压力分布、充模温度及充模时间分布结果模拟条件：模具温度70C，熔料注射温度250°C，注射压力1MPa；浇口宽度为2.5mm，浇口厚度为2.0mm，浇口台阶为1.8mm注射材料为ASAHI公司的型号为DE101的PMMA，其传导率为0.15W/（m.K），比热容为2050.00/（kg.K），密度为1015.00kg/m3，顶出温度为118.0C，不流也是非常有效的模具温度高，高聚物颗粒保持熔化的时间较长，产品的致密性好，表面光洁度也就从和可以看出，将250°C的熔体注满整个模腔需3.219s的时间，所需压力为33.384MPa，同时透镜内部存在10MPa的压力差，该压力差的存在，将导致透镜内部收缩不均。分析可知，熔料经主流道、分流道、浇口充满型腔时，熔料温度不但没有降低，反而略有升高，熔料温度分布在250~ 25201°C之间，透镜的温度分布范围在250.837~251.675C之间。

　　在注射产品结构和尺寸一定的情况下，所需注射压力和注射时间不仅和浇注系统的结构和尺寸有关而且还和熔料温度及模具温度有关。适；加W 2保压过程的计算机辅助分析注射到模具型腔中的高温熔体，在模壁的冷却作用下由液态转变为固态，其体积变化率高达25%缩。在保压过程中，型腔内熔体温度、压力变化较大，造成型腔内的熔体密度发生变化可压缩性是塑料熔体在保压过程中所表现出的最重要的性质，保压过程就是利用熔体的可压缩性来解决产品过量收缩的问题是保压结束时的产品体收缩分析结果。保压压力为28. 079MPa，保压时间为3s从分析结果可知，透镜中心区域为产品的有效区域，其体收缩为2.412~4.29%，体收缩分布明显不均这是因为该透镜为双凸非球面镜，镜中心厚度较镜边缘厚度大，这种厚度不均将引起体收缩分布不均，以致造成透镜的密度分布不均，面形精度降低热收缩的形成原因在于高聚物的比容Vm是一个随温度变化的函数。当高聚物在模具型腔内产生热收缩现象塑料在常温常压下的比容与浇口封闭时温度、压力条件下的比容之差就是其体积收缩率，即Vs常温常压下的比容（cm3Ig）；Vm一一浇口封闭时温度、压力条件下的比由于该透镜的尺寸较小，假设塑料各向同性，最大成型收缩率Sl（线形收缩率）约为体收缩率Sv的三分之一。因此，控制在浇口封闭下的比容值，即能达到控制成型收缩率的目的，而控制比容值就是控制注射和保压过程中的熔料温度和压力。

　　知，绝对温度T和高聚物比容Vn之间具有如下的表达形式：k一一在绝对温度为零时的比容（cm3Ig）；T-一在绝对温度（K）由式（2）可知，当压力P―定时，光学塑料的比容Vm与温度T成正比，既温度的升高将导致Vm线形增长；而当温度T为一定时，光学塑料的比容Vm与压力P成反比，即外加压力的增加将使比容减小由熔融温度降低到脱模温度时，其比容减少1，因此分布不均的现象也愈严重。这是因为随m压压压加力的增加，透镜的较薄处已逐渐开始冷凝，熔料的流动性变差，保压效果明显降低。

　　3工艺参数与体收缩之间的关系光学塑料透镜的注射成型过程中，注射成型的工艺参数主要有注射温度、注射压力、保压压力、保压时间及模具温度等，这些工艺参数对高聚物的收缩及收缩不均问题等均有不同程度的影响，研究注射成型过程中工艺参数与制品成型收缩率及其波动规律，是保证形成高质量非球面光学塑料透镜产品的关键动值及平均收缩率01是根据表1所列数据画出的体收缩波动范围随注射温度变化曲线和平均收缩率随注射温度变化曲线由01可知，随着注射温度的增加，体收缩波动范围和平均收缩率略有增加，但变化不大。由高分子材料性质可知，熔体加热温度越高，熔体膨胀越大，冷却后的收缩量也越大。但从另一方面考虑、随着熔体温度的提高，熔体的粘度按指数规律下降，在保压压力及模具温度不变的情况下，保压时传递到模腔内的熔料量增加，从而增大了熔体密度，减少了塑料收缩，所以塑料的收缩波动值和平均收缩率随着温度的增加变化不大3.1注射温度对体收缩及其波动的影响为了考察不同注射温度对体收缩及其波动的影响，本文做了注射温度分别为230240250260270及280C的六组模拟试验其它模拟条件：保压压力为80MPa，保压时间为1.5s，模具温度为90°C.表1列出了不同注射温度时的收缩波3.2模具温度对体收缩及其波动的影响为了考察不同模具温度对体收缩及其波动的影响，本文分别做了模具温度为50°C、60、70°C、80°C、90C及100°C的六组模拟试验其它模拟条件：保压压力为70MPa，保压时间为1.5s，注射温度为260C表2列出的是不同模具温度条件下收缩波动值及平均收缩率的变化情况23是根据表2所列数据画出的体收缩波动范围随模具温度变化曲线和平均收缩率随模具温分析2曲线可知，随着模具温度的增高，充模后的透镜各个部分温差及同一型腔截面上的温差也越小，注入型腔中的高聚物大分子的深度取向得到松驰，各个部分收缩程度趋于一致因此产品的收缩率波动范围减小。

　　由3可以看出，塑料透镜的平均收缩率随着模具温度的升高而增加这是因为模具温度是控制注入模具型腔中的高温熔料冷凝硬化的主要因素，模具温度低，高温熔体与模壁接触时迅速冷却，模具型腔表面冻解层加厚，从而制品脱模后的热收缩量下降，透镜产品的平均收缩率随着模具温度的降低而减小。

　　3.3保压压力对体收缩及其波动的影响为了考察不同保压压力对体收缩及其波动的影响，本文分别做了保压压力为30MPa50MPa70MPa80MPa90MPa及100MPa的六组模拟试验其它模拟条件：注射温度为260C，保压时间为1.5s，模具温度为90°C.表3列出的是不同保压压力条件下收缩波动值及平均收缩率的变化情况45是根据表3所列数据画出的体收缩波动范围随保压压力变化曲线和平均收缩率随保压压力变化曲线从4和5曲线可以看出，塑件的收缩率波动范围和平均收缩率随着保压压力的增高而显著下降因此，在保压工艺的实施过程中，完全可以利用塑料熔体的可压缩性，确保浇口封闭时的熔料比容等于常温、常压下的比容；最后均匀冷却型腔内熔料直至脱模顶出制品，可以降低或尽量避免体收缩对光学塑料透镜面形质量的影响。

　　4结论在充模过程中，透镜内部存在10MPa的压力差，该压力差的存在，将在透镜内部产生收缩不均，使透镜产生残余内应力及双折射现象，面形精度无法满足使用要求熔料经浇注系统充满型腔时，熔料温度略有升高，且存在有温差；透镜的温差分布范围在250.83> 251.675C之间，适当地提高模具温度，