光学透镜精密模压成型技术研究

发布时间：2020-06-04 17:37

【摘要】：光学透镜精密模压成型技术作为一种新型塑料透镜加工技术,相对于传统的注塑加工技术,在多品种小批量制品的生产上具有很大的优势,同时也具有较低的生产成本,极大地促进了塑料透镜产业的发展。本文基于有限元分析的方法,对PMMA透镜模压的工艺参数进行研究分析。在最优参数的研究基础上,提出一种适合实验研究用的低成本小型PMMA透镜模压设备的设计方案。为了快速且以较低成本获取该成型技术较优的工艺参数,根据透镜材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的特性,建立PMMA材料的有限元仿真模型。在不同的模压温度和模压速度下对透镜模压过程进行仿真,比较不同工艺参数对成型透镜应力的影响。结果表明:一方面,随着模压温度的升高,成型透镜的最大应力呈下降趋势,并且在温度达到125℃后,其下降的速度慢慢平缓;另一方面,随着模压速度的降低,最大应力呈下降趋势,并且在模压速度小于0.05 mm/s时,下降的速度慢慢平缓。PMMA透镜模压成型适宜的模压温度和模压速度分别为125℃和0.05 mm/s。根据研究分析出的最优参数,对塑料光学透镜精密模压设备的关键技术进行分析和研究。模压设备的关键系统包括模具结构、机架结构、传动系统和加热系统四部分,依据技术指标对模具的材料及精度保障、传动方式的选择、机架安装布局和加热系统结构等部分进行设计。最后根据实际情况,对光学透镜模压设备的机架结构和模具结构进行工况下的受力分析,机架结构的最大变形量7.2229μm,最大应力2.7869 MPa,一阶振动频率84.772Hz,该结构具有良好的刚度和工作稳定性。模具结构在高温模压时的最大应力2.4047MPa,影响可以忽略不计,最大变形量27.877μm,主要由温度原因引起,对透镜面形存在着一定的影响。为此研究一种模具面形修正补偿的方案,并进行实验验证,此时PMMA透镜的面形精度6.1251μm,误差较小,实验结果证明研究的修正方法可以有效地提升透镜面形质量。
【图文】：

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图 1.2 巴斯顿光学透镜注塑机然而，塑料透镜注塑成型技术在光学透镜制造中存在材料流动距离长、变形量大等问题，，浇注管道部位原料损失较大，成型透镜内部应力较大，容易影响透镜成像质量。而且注塑系统在进行多模腔透镜加工时，需要考虑浇注系统的布置对透镜成型的影响，不然容易造成距离浇口不同的透镜在模压时受到的压力不同，降低批量生产的效率。同时在模具和成型设备的造价上，注塑加工设备一般较为复杂，价格较为高昂随着技术的发展，上世纪 80 年代，Eastman Kodak 公司提出了一种新的塑料光学[7]

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（2）模压阶段：在运动系统的控制下，上下模具以一定的模压速度合模，在这个过程中软化的透镜毛坯被缓慢压制成模芯的形状，保持一段时间，在这个过程中注意保持材料以及模具的温度恒定。（3）冷却阶段：待透镜材料的状态稳定后，在模具上保持适当的载荷，将温度缓慢下降，使成型的透镜缓慢冷却并释放残余应力。（4）脱模阶段：最后去除外力施加的载荷，上下模具脱模，将成型透镜自然冷却至室温，取出模压完成的透镜。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH74

【参考文献】