一种厚壁透镜的制作方法及注塑模具与流程

1.本发明属于透镜加工技术领域，尤其涉及一种厚壁透镜的制作方法及注塑模具。


背景技术：

2.透镜是用透明物质制成的表面为球面一部分的光学元件，由于光学设计所限，用于制作透镜的塑料元件往往壁厚在10mm-30mm之间，因此，若要满足高精确度的要求，透镜只可采用注塑生产，且生产周期较长。由于复杂精密光学元件功能的设计与整合，透镜整体往往会存在较大的壁厚差。
3.对于较厚的注塑区域，凝固速度会明显慢于较薄区域，过早凝固会影响熔体的压力转移，从而影响注塑生产的精确性，由于厚壁透镜冷却时间往往比较长，通常需要5到30分钟，导致生产效率往往较低。由于单层注塑成型加工无法实现高效高精密度的透镜的生产，因此，目前厚壁透镜大多采用多层注塑成型工艺生产，通过减少了单层的收缩量，从而提高了成型精准度，继而提升了这类透镜元件生产的经济效率。
4.现有的用于透镜的加工方法采用的是如图1所示的分层注塑，其由两个圆球形的配合面组成，分为下层的预成型层a1和上层的后成型层a2,在注塑时，由于塑料相比于模具钢而言，传到热效率较低，因此预成型层a1的冷却时间短，而后成型层a2的冷却时间长，一方面使得整个透镜的成型周期较长，另一方面，会导致炮筒内的胶料停留较长的时间，相对长的停留时间会使得材料有降解的风险，从而满足不了光学高精度的要求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种厚壁透镜的制作方法及注塑模具，该方法有效的缩短了厚壁透镜的成型周期，而且通过增加预成型层的壁厚，减少后成型层的壁厚，极大的缩短了一次成型和二次成型的冷却周期差，进而避免了材料出现降解。
6.有鉴于此，本发明提供一种厚壁透镜的制作方法，将厚壁透镜按其厚度方向进行分层，分为预成型层以及后成型层，并进行分级注塑；其中，预成型层的端面为外突的弧形面，后成型层的端面为平面，厚壁透镜的分层面为凹凸的起伏面，且预成型层的横截面与后成型的横截面的面积之比为0.6-0.7。
7.在上述技术方案中，进一步的，后成型层为对称结构，并由中部向侧端依次分为第一部分、第二部分、第三部分以及第四部分；厚壁透镜的最大厚度为h，第一部分的厚度h1,第二部分的厚度为h2，第三部分的厚度为h3，第四部分的厚度为h4；
8.其中，h1:h＝0.25-0.35；h2:h＝0.5-0.6；h3:h＝0.25-0.35；h4:h＝0.1-0.2。
9.在上述任一技术方案中，进一步的，厚壁透镜的直径为l,第一部分的长度为l1,第二部分的长度为l2,第三部分的长度为l3，第四部分的长度为l4；
10.其中，l1:l＝0.01；l2:l＝0.05；l3:l＝0.07；l4：l＝0.15；第一部分与第二部分之间、第二部分与第三部分之间、以及第三部分与第四部分之间由斜面相连。
11.一种用于上述厚壁透镜制作方法的注塑模具，其中，包括第一注塑工位，用于成型
预成型层；以及第二注塑工位，用于成型后成型层；其中，在预成型层冷却成型后，由旋转装置将第一注塑工位上的预成型层旋转至第二注塑工位上，进行二次成型。
12.在上述任一技术方案中，进一步的，注塑模具还包括：
13.定模座板，其上有贯穿设置的主流道，主流道上设置有用于与注射枪定位的定位圈，主流道有两个并对称设置于定模座板上；
14.以及动模座板；
15.第一注塑工位由上往下依次包括第一定模板、第一型芯、第一型腔、第一动模板以及第一侧板；第一定模板设置于定模座板下方，第一型芯设置于第一定模板的下端，第一定模板上还设置有上端连通其中一主流道，下端通向第一型芯的第一分流道，第一型腔设置于第一动模板上，并正对第一型芯，合模后，第一型芯与第一型腔之间的空间形成成型预成型层的腔体，第一侧板的下端设置于动模座板上，上端与第一动模板相连；
16.第二注塑工位由上往下依次包括第二定模板、第二型芯、第二型腔、第二动模板以及第二侧板；第二定模板设置于定模座板下方，第二型芯设置于第二定模板的下端，第二定模板上还设置有上端连通另一主流道，下端通向第二型芯的第二分流道，第二型腔设置于第二动模板上，并正对第二型芯，合模后，第二型芯与第二型腔之间的空间形成成型后成型层的腔体，第二侧板的下端设置于动模座板上，上端与第二动模板相连；
17.其中，在预成型层冷却成型后，进行开模，使第一型腔脱离第一型芯，第二型腔脱离第二型芯，随后由旋转装置驱动动模座板旋转180
°
，使第一型腔对向第二型芯，第二型腔对向第一型芯。
18.在上述任一技术方案中，进一步的，第一侧板有两块，并分别设置于第一动模板的下端两侧，第二侧板有两块，并分别设置于第二动模座板的下端两侧。
19.在上述任一技术方案中，进一步的，第一动模板以及第二动模板上均有向上设置的导向筒，第一定模板、第二定模板的底部均设置有分别正对于导向筒的导向杆。
20.本发明的有益效果是：本发明对预成型层和后成型层进行了改进,通过将二者之间接触面设置成波浪状，不仅能够有效的降低预成型层和后成型层的冷却周期差，而且还能使得预成型层和后成型层不易出现冷却不均匀的问题，有效的提高了厚壁透镜的成型精度。
附图说明
21.图1是现有技术中的预成型层和后成型层结构；
22.图2是本发明的预成型层和后成型层结构；
23.图3是本发明的预成型层和后成型层结构；
24.图4是现有技术中的预成型层和后成型层冷却成型的实验数据图；
25.图5是本发明的预成型层和后成型层冷却成型的实验数据图；
26.图6是本发明的注塑模具的示意图；
27.图7是本发明的注塑模具的内部结构示意图；
28.图8是图7中a处的放大图；
29.图中附图标记为：a1、预成型层；a2、后成型层；b1、预成型层；b2、后成型层；1、第一部分；2、第二部分；3、第三部分；4、第四部分；10、定模座板；11、主流道；20、动模座板；100、
第一定模板；110、第一型芯；120、第一型腔；130、第一动模板；140、第一侧板；150、第一分流道；200、第二定模板；210、第二型芯；220、第二型腔；230、第二动模板；240、第二侧板；250、第二分流道；300、导向筒；400、导向杆；500、第一注塑通道；600、第二注塑通道；700、调节器；710、阀体；711、第一腔室；712、第二腔室；720、调节头；730、连接板；740、连接筋；750、调节杆；760、第一电磁铁；770、第二电磁铁；780、缓冲弹簧。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
32.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
33.需要说明的是，在本技术的描述中，术语方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
34.需要说明的是，在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本技术实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
35.实施例1：
36.如图2-3所示，本实施例提供了一种厚壁透镜的制作方法，将厚壁透镜按其厚度方向进行分层，分为预成型层以及后成型层，并进行分级注塑；其中，预成型层的端面为外突的弧形面，后成型层的端面为平面，厚壁透镜的分层面为凹凸的起伏面，且预成型层的横截面与后成型的横截面的面积之比为0.6-0.7。
37.在本实施例中，厚壁透镜传统的注塑方式如图1所示，分为预成型层a1和后成型层a2，由于预成型层a1在冷却成型时，其上下两端面均是模具钢材，因此能够快速的冷却成型，而后成型层a2因在预成型层a1的基础上进行注塑的，因此后成型层a2的上端面是模具钢材，下端面是塑料材质的预成型层，因此后成型层a2的冷却时间远远大于预成型层a1的冷却时间，因二者冷却周期较大，因此，在注塑机的炮筒内的胶料，会容易出现降解，从而导致生产出的厚壁透镜的光学精度较差，为此本发明对预成型层a1和后成型层a2进行了改进，并分别成为预成型层b1和后成型层b2,通过将二者之间接触面设置成波浪状，不仅能够有效的降低预成型层b1和后成型层b2的冷却周期差，而且还能使得预成型层b1和后成型层b2不易出现冷却不均匀的问题，有效的提高了厚壁透镜的成型精度。
38.如图2-3所示，在本实施例中，具体的，后成型层为对称结构，并由中部向侧端依次分为第一部分1、第二部分2、第三部分3以及第四部分4；设定厚壁透镜的最大厚度为h，第一部分1的厚度h1,第二部分2的厚度为h2，第三部分3的厚度为h3，第四部分4的厚度为h4；
39.其中，h1:h＝0.25-0.35；h2:h＝0.5-0.6；h3:h＝0.25-0.35；h4:h＝0.1-0.2。具体的，h1:h＝0.29；h2:h＝0.53；h3:h＝0.29；h4:h＝0.12。
40.设定厚壁透镜的直径为l,第一部分1的长度为l1,第二部分2的长度为l2,第三部分3的长度为l3，第四部分4的长度为l4；
41.其中，l1:l＝0.01；l2:l＝0.05；l3:l＝0.07；l4：l＝0.15；第一部分1与第二部分2之间、第二部分2与第三部分3之间、以及第三部分3与第四部分4之间由斜面相连,其中，第一部分1、第二部分2之间的斜面和第二部分2、第三部分3之间的斜面与水平面之间的夹角均未65
°
，第三部分3和第四部分4之间的斜面与水平面之间的夹角为55
°
。
42.如图4、图5所示，经过大量试验后，经过对比后，预成型层a1达到顶出温度的时间为428.3s，后成型层a2达到顶出温度的时间为1205.5s；而预成型层b1达到顶出温度的时间为890.7s，后成型层b2达到顶出温度的时间为871.3s，后者成型的周期比前者缩短了5.25min，有效的提高厚壁透镜的加工效率，并且节省了加工成本。
43.如图6和图7所示，本实施例还提供一种用于加工厚壁透镜的注塑模具，其中，包括第一注塑工位，用于成型预成型层；以及第二注塑工位，用于成型后成型层；其中，在预成型层冷却成型后，由旋转装置将第一注塑工位上的预成型层旋转至第二注塑工位上，进行二次成型。
44.注塑模具还包括：
45.定模座板10，其上有贯穿设置的主流道11，主流道11上设置有用于与注射枪定位的定位圈，主流道11有两个并对称设置于定模座板10上；
46.以及动模座板20；
47.第一注塑工位由上往下依次包括第一定模板100、第一型芯110、第一型腔120、第一动模板130以及第一侧板140；第一定模板100设置于定模座板10下方，第一型芯110设置于第一定模板100的下端，第一定模板100上还设置有上端连通其中一主流道11，下端通向
第一型芯110的第一分流道150，第一型腔120设置于第一动模板130上，并正对第一型芯110，合模后，第一型芯110与第一型腔120之间的空间形成成型预成型层的腔体，第一侧板140的下端设置于动模座板20上，上端与第一动模板130相连；
48.第二注塑工位由上往下依次包括第二定模板200、第二型芯210、第二型腔220、第二动模板230以及第二侧板240；第二定模板200设置于定模座板10下方，第二型芯210设置于第二定模板200的下端，第二定模板200上还设置有上端连通另一主流道11，下端通向第二型芯210的第二分流道250，第二型腔220设置于第二动模板230上，并正对第二型芯210，合模后，第二型芯210与第二型腔220之间的空间形成成型后成型层的腔体，第二侧板240的下端设置于动模座板20上，上端与第二动模板230相连；
49.其中，在预成型层冷却成型后，进行开模，使第一型腔120脱离第一型芯110，第二型腔220脱离第二型芯210，随后由旋转装置驱动动模座板20旋转180
°
，使第一型腔120对向第二型芯210，第二型腔220对向第一型芯110。
50.该注塑模具工况如下：
51.一次注塑：由注塑机将胶料送入至第一注塑工位上方的主流道11内，随后胶料在该主流道11内流向分第一定模板100上的分流道内，最后流向第一型芯110与第一型腔120之间的腔体内，在预成型层b1冷却成型后，进行开模，使得第一型腔120脱离第一型芯110，第二型腔220脱离第二型芯210，随后通过旋转装置驱动动模座板20旋转180
°
，使第一型腔120对向第二型芯210，第二型腔220对向第一型芯110，其中，预成型层b1位于第一型腔120内；
52.二次注塑：由注塑机将胶料送入至第二注塑工位上方的主流道11内，随后胶料在该主流道11内流向分第二定模板200上的分流道内，最后流向第二型芯210与第一型腔120之间的腔体内，与此同时，注塑机也将胶料送入至第一注塑工位上方的主流道11内，并使胶料填满第一型芯110与第二型腔220之间的腔体，使得第一注塑工位内加工出预成型层b1，第二注塑工位加工出后成型层b2，从而有效的缩短了厚壁透镜的注塑效率。
53.在本实施例中，优化的，第一侧板140有两块，并分别设置于第一动模板130的下端两侧，第二侧板240有两块，并分别设置于第二动模座板20的下端两侧，以提高第一动模板130、第二动模板230的稳定性。
54.在本实施例中，优化的，第一动模板130以及第二动模板230上均有向上设置的导向筒300，第一定模板100、第二定模板200的底部均设置有分别正对于导向筒300的导向杆400，通过设置导向筒300以及导向杆400，以提高注塑模具合模的精度。
55.在本实施例中，第一型芯110、第一型腔120以及第二型芯210、第二型腔220均具有多组，注塑模具还包括热流道板，热流道板具有两个，并分别设置于定模座板10与第一定模板100以及定模座板10与第二定模板200之间，用于将主流道11内的胶料均匀、平衡的分配至各第一分流道150以及各第二分流道250上。
56.基于预成型层b1的体积大于后成型层b2的体积，因此，在注塑时，流向第一注塑工位的胶料要多于流向第二注塑工位的胶料，传统的注塑方式是采用两个注塑机来分别对两个主流道11进行送料，不仅增加了成本，而且因预成型层b1、后成型层b2不是由同一个炮筒内的胶料成型的，因此在厚壁透镜完全成型后，会影响其精度，因此，目前大多采用一个注塑机，通过分流的方式来进行送料。
57.如图7-8所示，在本实施例中，为实现分流，为此在两个主流道11的上端口上分别设置有第一注塑通道500以及第二注塑通道600，并在第一注塑通道500以及第二注塑通道600内设置有用于调节二者的导流面积的调节器700，其中，调节器700包括：
58.阀体710，其为中空状，其内腔分为呈圆柱状的第一腔室711以及呈圆台状的第二腔室712，所述第二腔室712的内端口的内径小于其外端口的内径；
59.调节头720，其为圆台状，并沿阀体710的长度方向活动设置于第二腔室712内，调节头720与第二腔室712之间的间隙用于供胶料从第一腔室711流向第二腔室712，最后流向主流道11；在调节头720向第一腔室711移动时，第二腔室712与调节头720之间的间隙逐渐缩小，最后调节头720的外壁抵紧于第一腔室711内壁，使得第二腔室712与第一腔室711不连通；在调节头720向第二腔室712的外端口移动时，第二腔室712与调节头720之间的间隙逐渐增大，从而增大第一注塑通道500或第二注塑通道600的出口。
60.在本实施例中，具体的，第二腔室712的外端口内设置有连接板730，连接板730通过周向分布的连接筋740固定在第二腔室712内，连接板730上有沿第一腔室711方向设置的调节杆750，调节头720滑动的设置在该调节杆750上，在连接板730上设置有第一电磁铁760，在调节堵头上还设置有与第一电磁铁760相对的第二电磁铁770，在调节杆750上还设置有缓冲弹簧780，缓冲弹簧780一端抵紧于连接板730，另一端抵紧于调节头720，调节器700还包括用于调节经过第一电磁铁760、第二电磁铁770上的电流大小及方向的控制器。
61.在向主流道11输送胶料时，控制器控制第一电磁铁760和第二电磁铁770，使二者产生相互吸引的磁力，使得调节头720向第二腔室712的端口靠近，将第一腔室711和第二腔室712相连通，由于成型层b1所需的胶料大于后成型层b2所需的胶料，为提高送料效率，为此将第一注塑通道500的出口和第二注塑通道600的出口按比例调大或调小，使二者的送料时间同步，即同步开启和同步关闭第一注塑通道500、第二注塑通道600，在送料完毕后，控制器控制第一电磁铁760、第二电磁铁770，使二者产生相斥的磁力，使得调节头720向第一腔室711移动，并逐渐将第一腔室711和第二腔室712断开。
62.由于螺旋输送机将熔融的胶料送入至注射枪上时，会伴随着一定的波动，会使得进入到第一注塑通道500、第二注塑通道600内的胶料的流速发生变化，从而使得进入到主流道11内的胶料的流速也出现起伏的波动，而增设了调节器700后，在缓冲弹簧780的作用下，能够抵消该波动。具体是，在向上波动时，第二注塑通道600内的压强会增大，由于缓冲弹簧780所受到的挤压力变大了，因此会被压缩，并使得调节头720向连接板730移动，在移动时，调节头720与第二腔体之间的间隙也变大了，从而使得胶料平稳的流向主流道11；在向下波动时，第二注塑通道600内的压强会变小，由于缓冲弹簧780所受到的挤压力变销了，因此会推动调节头720，使得调节头720向第一腔体移动，在移动时，调节头720与第二腔体之间的间隙变小了，从而使得胶料平稳的流向主流道11。
63.因此，在本实施例中，缓冲弹簧780不仅仅是起到对调节头720缓冲的作用，更重要的是能够调节进入到主流道11内的胶料的速度，使得流经主流道11内的胶料能够平稳的流向分流道。
64.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征是可以相互组合的，本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启
示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。