LED射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具的製作方法

2023-11-06 04:30:17

本發明涉及通用塑料和工程塑料的注射成型加工模具領域，具體涉及一種led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具。

背景技術：

透鏡作為led射燈的主要光形控制器件，不但能會聚光束，而且也能產生發散光束，可以對led發出的各個角度的光進行有效控制。尤其是led照明用非球面透鏡，在改善成像質量方面效果顯著，各種非圓對稱光斑的設計更加靈活，使得led射燈非球面透鏡作為配光器件在景觀照明、商業照明、工礦照明、家居照明等領域的應用越來越廣泛。

led射燈非球面透鏡通常採用光學級塑料聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）、聚碳酸酯（pc）注射成型加工，透鏡的非球面特性使其成型加工要比普通球面透鏡困難得多。透鏡作為光學級產品，對透光率、面形精度、表面質量、熱穩定性、折射率、混濁度、光軸同軸度等都有嚴格要求。led射燈非球面透鏡的壁厚不均性，使得透鏡密度及折射率分布不均，產生殘餘應力及雙折射現象，難以保證透鏡的面形精度和光學均一性。

led射燈非球面透鏡質量受諸多因素影響，注射成型製品的體積收縮不均、翹曲變形及殘餘應力大等質量缺陷，尤其與注射成型工藝中的保壓狀態有關。注射成型是以保壓方式防止製品的收縮，保壓壓力小則使補縮不足，保壓壓力大則澆口附近的分子取向嚴重，形成殘餘應力，導致製品變形而影響精度。透鏡注射成型的殘餘應力大且分布範圍寬，雙折射值大且分布不均勻，注射成型的收縮和雙折射影響透鏡的面形精度和成像效果。

注射壓縮熱流道成型加工的led射燈非球面透鏡，在注射階段模具型腔沒有完全閉合，需要的注射壓力較低，有利於減小熔體間的剪切作用和大分子取向程度；在壓縮階段對型腔熔體進一步施壓，壓力在型腔內的分布非常均勻。同時，通過主流道熱咀對澆注系統熔料狀態有效控制，能量損失少，減少凝料，材料利用效率高，成型加工周期短。

led射燈非球面透鏡採用注射壓縮熱流道模具獲得，可以降低透鏡的殘餘應力與翹曲變形，改善透鏡的翹曲率、透光率和折射率，節能降耗。由於不同透鏡的曲面形狀結構千變萬化，因此需要針對led射燈非球面透鏡，設計結構更加緊湊、壓縮機構穩定性好、成型精度和效率更高的注射壓縮熱流道模具，滿足不同透鏡的成型精度和光學性能要求。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具，解決或減少led射燈非球面透鏡注射成型加工存在的體積收縮不均、翹曲變形及殘餘應力大、折射率分布不均、雙折射現象等面形精度和光學均一性問題，提高注射壓縮模具壓縮機構的結構合理性與運動穩定性，實現節能降耗與多構型透鏡異腔成型加工。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的。led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具由模架、澆注系統、導向機構、脫模機構、加熱系統、壓縮機構和換向機構組成，通過壓縮機構的限位彈簧和限位杆作用，使得動模板與壓縮板之間保持一定的壓縮距離，定模仁與動模仁相互接觸，動模仁鑲件在透鏡型腔中保留一定的壓縮行程，注塑機向型腔注射熔料完成低壓填充；通過注塑機的鎖模力將壓縮板推向動模板的底面，使得動模仁鑲件向各自透鏡的型腔局部施壓完成精密成型。澆注系統的主流道採用熱流道，即把採用主流道熱咀結構，使主流道內熔料始終保持熔融狀態，再通過冷流道與冷澆口把熔料輸送到透鏡型腔，從而完成led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道成型加工。

所述led射燈非球面透鏡具有結構對稱性，對透光率、折射率的均勻性、混濁度等要求嚴格，透鏡材料採用光學級pmma、pc，具有很好的透光性和力學性能，尺寸穩定性好，流動性較差，收縮率偏大，可以滿足led射燈非球面透鏡成型精度和光學性能要求。

所述led射燈非球面透鏡的注射壓縮成型方法採用全面壓縮式，利用注塑機提供的鎖模力實現合模與壓縮兩個功能要求，壓縮板在動模板與墊塊之間，並與墊塊和動模座板用螺釘剛性連接及與動模板通過限位彈簧柔性連接，動模仁鑲件通過螺釘連接安裝在壓縮板上。壓縮板與動模板的底面保持一定間隙，其間隙大小由壓縮距離通過限位杆及限位螺釘實現。模具閉合後利用鎖模力將壓縮板推向動模板的底面，模具開啟時利用限位彈簧和限位杆實現壓縮板與動模板的分離，從而通過壓縮機構實現對透鏡型腔的壓縮及壓縮力的控制。

所述led射燈非球面透鏡的熱流道方法採用熱咀結構，主流道用熱咀代替注射模具的主流道襯套，熔料經過熱咀的加熱與保溫進入分流道。澆注系統採用一模異腔的形式，分流道形狀為s型，通過換向機構控制熔體流向不同構型的透鏡型腔，分流道截面形狀選擇u形，在分型面上開設扇形澆口，實現澆注系統的熱流道與冷流道共存。

所述led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具，主流道冷料穴採用倒錐型結構，開模時透鏡製品留在動模一側，分流道凝料由一個大推桿頂出，而兩個不同構型的透鏡製品由三個均勻分布的小推桿或一個推管頂出，實現脫模機構對透鏡由動模型腔的順暢分離。透鏡成型模具的鑲件單獨加工製作，然後嵌入動模仁中，模具結構簡單，製造成本低，可以滿足成型透鏡光學曲面精度要求，獲得高透光性和低雙折射的led射燈非球面透鏡。

與現有注射成型技術相比，本發明具有如下優點。

1、採用注射壓縮成型方法的led射燈非球面透鏡模具，可以降低成型透鏡的殘餘應力與翹曲變形，實現低壓注射和型腔內熔體壓力均勻分布，顯著提高透鏡的面形精度，改善透鏡的翹曲率、透光率和折射率，成型效率高，節能降耗，滿足透鏡的光學精度要求。

2、採用熱流道方法的led射燈非球面透鏡模具，通過主流道熱咀對澆注系統熔料狀態有效控制，充填時間短,充填壓力低，能量損失少，減少凝料，材料利用效率高，成型加工周期短,透鏡的體積收縮均勻及翹曲變形小，滿足透鏡的形狀精度要求。

3、led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具的壓縮機構和換向機構，佔據模具的空間小，結構緊湊，壓縮距離容易調節，位移精度高，運動穩定性好，對不同曲面形狀的透鏡及其相應構型的型芯和型腔適合性好，有效地提高模具的成型精度和加工效率。

附圖說明

圖1是本發明led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具的結構主視圖。

圖2是本發明led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具的結構側視圖。

圖3是模具型腔完全閉合的結構圖。

圖4是單透鏡的正面構型圖。

圖5是單透鏡的的背面構型圖。

圖6是三合一透鏡的正面構型圖。

圖7是三合一透鏡的的背面構型圖。

圖8是動模仁的構型圖。

圖9是換向杆的構型圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式，對本發明作進一步詳細的描述。

如圖1和2所示，led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具包含模架、澆注系統、導向機構、脫模機構、加熱系統、壓縮機構和換向機構等部分，主要由定位環1、定模座板2、定模板3、帶頭導套4、定模仁5、動模板6、動模仁7、直導套8、導柱9、壓縮板10、復位杆11、復位彈簧12、墊塊13、螺釘14/16/17/24/31/34/37/39、動模座板15、推板18、推桿固定板19、小推桿20、限位彈簧21、限位螺釘22、限位杆23、熱咀25、單透鏡26、換向杆27、單透鏡動模仁鑲件28、單透鏡芯杆29、推管30、芯杆固定板32、大推桿33、三合一透鏡芯杆35、三合一透鏡動模仁鑲件36、三合一透鏡38等零件組成。注塑機合模過程中，利用導向機構的導柱9和帶頭導套4與直導套8，實現動模部分與定模部分的精確定位。在注射階段，通過壓縮機構的限位彈簧21和限位杆23作用，動模板6與壓縮板10之間保持一定的壓縮距離，定模仁5與動模仁7相互接觸，動模仁鑲件28和36及其芯杆29和35在透鏡型腔中保留一定的壓縮行程，使得模具型腔不完全閉合，注塑機向型腔注射熔料完成填充。在壓縮階段，通過注塑機的鎖模力將壓縮板10推向動模板6的底面，使得動模仁鑲件28和36及其芯杆29和35向各自透鏡26和38的型腔局部施壓，直至模具型腔的完全閉合，如圖3所示。注塑機開模過程中，動模部分與定模部分分開，大推桿33和小推桿20與推管30分別將分流道凝料和透鏡頂出，從而完成透鏡異腔注射壓縮成型加工。注塑機在下一個工作循環的合模過程中，復位杆11和復位彈簧12促使推板18返回原位。

單透鏡26如圖4和5所示，三合一透鏡38如圖6和7所示，所述led射燈非球面透鏡具有結構對稱性，對透光率、折射率的均勻性、混濁度等要求嚴格，透鏡材料採用光學級pmma、pc，具有很好的透光性和力學性能，尺寸穩定性好，流動性較差，收縮率偏大，可以滿足led射燈非球面透鏡成型精度和光學性能要求。定模仁5的一端面構型與透鏡26和38的正面相對應，動模仁鑲件28和36及其芯杆29和35的一端面構型與透鏡26和38的背面相對應。

led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具的壓縮機構主要由壓縮板10、限位彈簧21、限位螺釘22、調節杆23等零件組成，由圖1可知，壓縮板10在動模板6與墊塊13之間，並與墊塊13和動模座板15用螺釘16剛性連接及與動模板6通過限位彈簧21柔性連接。由圖2可知，三合一透鏡動模仁鑲件36通過螺釘34連接安裝在壓縮板10上，單透鏡動模仁鑲件28亦通過螺釘連接安裝在壓縮板10上。壓縮板10與動模板6的底面保持一定間隙，其間隙大小由壓縮距離通過限位杆23及限位螺釘22實現。模具閉合後利用鎖模力將壓縮板10推向動模板6的底面，模具開啟時利用限位彈簧21和限位杆23實現壓縮板10與動模板6的分離，改變限位杆23的長度可以調節最大壓縮距離及對回程的限制，從而通過壓縮機構實現對透鏡型腔的壓縮及壓縮力的控制。壓縮階段通過對動模仁鑲件及其芯杆施加一定的壓縮力，型腔內熔料會產生逆流，使得型腔的熔料進一步貼緊型腔表面，這對提高透鏡的面形精度十分有利，同時有效降低了收縮引起的殘餘應力和折射率變化。

如圖2所示，led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具的澆注系統由熱流道與冷流道組成，主流道用熱咀25代替注射模具的主流道襯套，熔料經過熱咀25的加熱與保溫，通過定模仁5進入分流道，熔體傳輸的壓力損失較小，避免了主流道處產生凝料，主流道熱咀25不是直接作用在透鏡表面而是與下一級分流道相連，不會在透鏡光學表面上形成澆口疤痕。由圖8動模仁7的構型可知，澆注系統採用一模異腔的形式，分流道形狀為s型，通過換向機構控制熔體流向不同構型的透鏡型腔，分流道截面形狀選擇u形，在分型面上開設扇形澆口，而且加熱系統採用直通式管路結構及熱油介質，有效防止透鏡產生翹曲變形和殘餘應力，有利於流動性較差的pmma、pc塑料透鏡成型加工。在s型分流道的末端留有一定長度的冷料穴，以便從熱流道熱咀25通過分流道流向型腔的熔體前沿冷料進入此處，避免冷卻的熔體直接進入透鏡型腔，而且熔料通過s型分流道可以減緩其對透鏡型腔的直接衝擊，使熔料填充過程儘量平緩，有效改善透鏡的成型精度及光學性能。由圖9並結合圖8可知，由帶有內六角頭的換向杆27組成的換向機構，通過旋轉換向杆27的內六角頭，使換向杆27轉動180°，就可使其上流道口由一種構型透鏡型腔對準另一種構型透鏡型腔，達到控制熔體流向不同構型透鏡型腔的目的。

led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具的脫模機構主要由推板18、推桿固定板19、大推桿33、小推桿20、推管30、復位杆11、復位彈簧12等零件組成，主流道冷料穴採用倒錐型結構，開模時透鏡製品留在動模一側。由圖1和圖2並結合圖8可知，分流道凝料由一個大推桿33通過換向杆27的芯部頂出，而三合一透鏡38製品由三個均勻分布的小推桿20頂出，單透鏡26製品由一個推管30頂出，為了固定方便所有推桿或推管都採用帶臺肩的整體式結構，實現脫模機構對透鏡由動模型腔的順暢分離。

綜上所述，本發明採用注射壓縮成型方法與熱流道方法綜合的一種led射燈非球面透鏡異腔注射壓縮熱流道模具，壓縮機構和換向機構的結構緊湊，壓縮距離容易調節，運動穩定性好，對不同曲面形狀的透鏡及其相應構型的型芯和型腔適合性好，而且成型透鏡的殘餘應力與翹曲變形小，可以實現低壓注射和型腔內熔體壓力均勻分布，改善透鏡的翹曲率、透光率和折射率，成型效率高，節能降耗，能量損失少，材料利用效率高，成型加工周期短,滿足模具的成型精度和加工效率以及透鏡的光學性能要求。