一種厚壁曲面結(jié)構(gòu)的透明制件的注射成型制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種厚壁曲面透明制件的注射成型制造方法，尤其是一種復(fù)雜曲面、高表面質(zhì)量要求和良好光學(xué)性能的透明塑料制件的注射成型制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在航空航天、汽車工業(yè)以及航海船舶等領(lǐng)域都會(huì)應(yīng)用到大量的透明制件，其中觀測及照明系統(tǒng)對透明制件的性能要求較高，同時(shí)制件的外形也非常復(fù)雜。曲面外形、大厚度的幾何結(jié)構(gòu)以及高光學(xué)性能，要求表面質(zhì)量良好、透光、光畸變小、無氣泡及氣痕、殘余應(yīng)力低、三維尺寸精度高，同時(shí)，實(shí)際使用中還要求制件的抗沖擊及耐壓性能良好，所有這些都對材料及成型制造方法提出了更高要求。透明聚碳酸酯材料具有良好的耐沖擊性能，有望應(yīng)用于觀察窗及照明系統(tǒng)等領(lǐng)域。注射成型是一種近凈成型技術(shù)，可以適用于外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件的制造，也可應(yīng)用于導(dǎo)光板、光學(xué)鏡片以及整體面窗等光學(xué)透明制件的成型。由于聚碳酸酯極易吸水、應(yīng)力敏感、不耐劃傷，產(chǎn)品壁厚及尺寸上的差異還會(huì)引起真空泡、收縮翹曲等缺陷，嚴(yán)重影響到制件的性能和后期的安裝服役，利用傳統(tǒng)的注射成型方法，基本難以實(shí)現(xiàn)厚壁精密光學(xué)制件的成型，無法滿足用戶的需求。德國IKV采用了多層注射成型以及常規(guī)注射壓縮成型的方法，已成功制備出厚壁透明制件，但尺寸較小，且基本為平面幾何外形，未涉及曲面結(jié)構(gòu)。探索開發(fā)厚壁曲面結(jié)構(gòu)透明制件的注射成型方法，是特殊結(jié)構(gòu)透明件應(yīng)用的重要前提。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種厚壁精密透明制件的注射成型制造方法，以解決厚壁透明制件尺寸較小、曲面結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的透明件制造問題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]一種厚壁曲面結(jié)構(gòu)的透明制件的注射成型制造方法包括以下步驟:⑴注塑制件的澆口形狀采用厚度連續(xù)階梯式變化的狹縫擴(kuò)張式結(jié)構(gòu)，其中澆口的最小厚度為制件厚度的2/3，最大厚度小于制件厚度的2倍，澆口的長度為30— 50mm，注膠點(diǎn)位于近于澆口最大厚度一側(cè)；(2)利用動(dòng)模側(cè)油缸頂出封膠，通過動(dòng)模板后退實(shí)現(xiàn)模具型腔擴(kuò)大，模具溫度升至制件材料玻璃化溫度Tg以上10°C，低速注射充填，最大注射速度為常規(guī)注射成型的40%，通過調(diào)整注射設(shè)備，使注射量為常規(guī)注射成型的102-108%; (3)充填結(jié)束后的螺桿保壓壓力為注射壓力最大值的105% -120%，保壓時(shí)間為0.2s ; (4)保壓結(jié)束后注膠點(diǎn)封閉；
[5]保壓同時(shí)或結(jié)束后，動(dòng)模板壓縮啟動(dòng)，擠壓熔體充滿整個(gè)型腔，采用分段式控制壓縮力，上限為設(shè)備的最大鎖模力；之后模具通冷水迅速降溫冷卻，冷卻時(shí)間為90-150S ;擠壓持續(xù)到冷卻結(jié)束；(6)制件冷卻頂出脫模。
[0006]所述厚壁曲面透明制件包括半球形區(qū)域、近平面區(qū)域及周緣區(qū)域。
[0007]壓縮動(dòng)作的有效作用區(qū)域?yàn)榘肭蛐螀^(qū)域。
[0008]注塑模具的型面按照半球形區(qū)域和近平面區(qū)域進(jìn)行分塊式補(bǔ)償，其中補(bǔ)償值近平面區(qū)域 > 半球形區(qū)域，實(shí)現(xiàn)制件的整體外形控制。
[0009]制件脫模后，將制件置入冷水浴中進(jìn)行進(jìn)一步定型。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]1.厚度連續(xù)階梯式變化的狹縫擴(kuò)張式結(jié)構(gòu)澆口可以有效防止冷料進(jìn)入模具型腔，同時(shí)使得熔體充填流動(dòng)平緩發(fā)展為層流，避免了厚壁制件成型充填的熔體噴射現(xiàn)象和澆口過早冷卻引起的缺料欠注等問題。
[0012]2.模具型腔擴(kuò)大和低速注射可以有效減少熔體充填阻力，降低了材料分子鏈的取向和制件的流動(dòng)殘余應(yīng)力，減小了應(yīng)力所引起的翹曲變形和光學(xué)缺陷。
[0013]3.壓縮動(dòng)作在整個(gè)模腔型面上實(shí)現(xiàn)等壓力控制，起到了補(bǔ)償制件冷卻收縮的作用，減小了螺桿保壓引起的殘余應(yīng)力，保證了幾何外形的尺寸精度，可實(shí)現(xiàn)制件的高精密制造成型。
[0014]4.模具溫度和設(shè)備鎖模力的階段式變化，有效減小了制件的邊界取向?qū)雍穸群蜌堄鄳?yīng)力，保證了制件的形狀尺寸精度和表面質(zhì)量，避免了真空氣泡的出現(xiàn)。
[0015]5.進(jìn)行模具曲面的分區(qū)域補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了透明制件曲面結(jié)構(gòu)尺寸的精確控制，結(jié)合其他技術(shù)，解決了厚壁曲面結(jié)構(gòu)透明制件透光率低、霧度大以及光畸變偏大等一系列問題；
[0016]6.本發(fā)明采用的澆口設(shè)計(jì)為其他厚壁制件的注射成型奠定了基礎(chǔ)，可以在相關(guān)產(chǎn)品上進(jìn)行推廣和應(yīng)用。
【附圖說明】
:
[0017]圖1是本發(fā)明的模具澆口設(shè)計(jì)示意圖
[0018]圖2是本發(fā)明的產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)示意圖
[0019]圖3是本發(fā)明一個(gè)成型周期內(nèi)模具溫度及鎖模力演變的示意圖
[0020]圖4是曲面壓縮的模具型面補(bǔ)償分布示意圖[0021 ] 圖1中的標(biāo)注:1-注澆點(diǎn)
[0022]具體實(shí)施方法:
[0023]為更好的說明本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]注射成型制造方法包括以下步驟:(I)注塑制件的澆口形狀采用厚度連續(xù)階梯式變化的狹縫擴(kuò)張式結(jié)構(gòu)，其中澆口的最小厚度為制件厚度的2/3，最大厚度小于制件厚度的2倍，澆口的長度為30— 50mm，注膠點(diǎn)I位于近于澆口最大厚度一側(cè)；(2)利用動(dòng)模側(cè)油缸頂出封膠，通過動(dòng)模板后退實(shí)現(xiàn)模具型腔擴(kuò)大，模具溫度升至制件材料玻璃化溫度Tg以上10°C，低速注射充填，最大注射速度為常規(guī)注射成型的40%，通過調(diào)整注射設(shè)備，使注射量為常規(guī)注射成型的102-108% ; (3)充填結(jié)束后的螺桿保壓壓力為注射壓力最大值的105%-120%，保壓時(shí)間為0.2s ; (4)保壓結(jié)束后注膠點(diǎn)I封閉；(5)保壓同時(shí)或結(jié)束后，動(dòng)模板壓縮啟動(dòng)，擠壓熔體充滿整個(gè)型腔，采用分段式控制壓縮力，上限為設(shè)備的最大鎖模力；之后模具通冷水迅速降溫冷卻，冷卻時(shí)間為90-150S ;擠壓持續(xù)到冷卻結(jié)束；(6)制件冷卻頂出脫模。實(shí)施例
[0025]注塑制件的厚度為10mm，注塑制件的外形如附圖2所示；
[0026](I)注塑制件的澆口位于邊緣區(qū)域，其形狀采用厚度連續(xù)階梯式變化的狹縫擴(kuò)張式結(jié)構(gòu)，如附圖1所示，注膠點(diǎn)I位于近于澆口最大厚度一側(cè)，澆口最大厚度為20_，澆口最小厚度為7mm，澆口長度為50mm ;⑵動(dòng)模側(cè)油缸頂出封膠，通過動(dòng)模板后退擴(kuò)大模具型腔至分型面間隙為5mm，模具溫度升至160 °C，采用螺桿推進(jìn)5mm/s-10mm/s-20mm/s的低速多階注射充填，通過調(diào)整螺桿背壓以及螺桿行程等參數(shù)，使注射量為常規(guī)注射成型的108% ;
(3)充填結(jié)束后的螺桿保壓壓力為注射壓力最大值的105% -120%，保壓時(shí)間為0.2s ; (4)保壓結(jié)束后注膠點(diǎn)I封閉；(5)保壓同時(shí)或結(jié)束后，動(dòng)模板壓縮啟動(dòng)，擠壓熔體充滿整個(gè)型腔，并補(bǔ)償收縮，壓縮力(即鎖模力)采用分段遞增至最大壓縮力，之后模具通冷水迅速降溫冷卻，冷卻時(shí)間為120s ;擠壓持續(xù)到冷卻結(jié)束，如附圖3所示；(6)制件冷卻頂出脫模后，將制件置入冷水浴中進(jìn)行進(jìn)一步定型。由于壓縮對曲面不同區(qū)域成型的影響效果不同，對應(yīng)模具不同區(qū)域的設(shè)計(jì)補(bǔ)償值存在差異，所以，針對本發(fā)明中的模具采用兩區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)，劃分如附圖4所示，區(qū)域I為半球形區(qū)域，補(bǔ)償值為0.2mm，區(qū)域2為近平面區(qū)域，補(bǔ)償值為0.5_。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種厚壁曲面結(jié)構(gòu)的透明制件的注射成型制造方法，其特征在于，注射成型制造方法包括以下步驟:(1)注塑制件的澆口形狀采用厚度連續(xù)階梯式變化的狹縫擴(kuò)張式結(jié)構(gòu)，其中澆口的最小厚度為制件厚度的2/3，最大厚度小于制件厚度的2倍，澆口的長度為30— 50mm，注膠點(diǎn)位于近于澆口最大厚度一側(cè)；(2)利用動(dòng)模側(cè)油缸頂出封膠，通過動(dòng)模板后退實(shí)現(xiàn)模具型腔擴(kuò)大，模具溫度升至制件材料玻璃化溫度Tg以上10°C，低速注射充填，最大注射速度為常規(guī)注射成型的40%，通過調(diào)整注射設(shè)備，使注射量為常規(guī)注射成型的102-108% ；(3)充填結(jié)束后的螺桿保壓壓力為注射壓力最大值的105% -120%，保壓時(shí)間為0.2s ; (4)保壓結(jié)束后注膠點(diǎn)封閉；(5)保壓同時(shí)或結(jié)束后，動(dòng)模板壓縮啟動(dòng)，擠壓熔體充滿整個(gè)型腔，采用分段式控制壓縮力，上限為設(shè)備的最大鎖模力；之后模具通冷水迅速降溫冷卻，冷卻時(shí)間為90-150S ;擠壓持續(xù)到冷卻結(jié)束；(6)制件冷卻頂出脫模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種厚壁曲面結(jié)構(gòu)的透明制件的注射成型制造方法，其特征在于:所述厚壁曲面透明制件包括半球形區(qū)域、近平面區(qū)域及周緣區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種厚壁曲面結(jié)構(gòu)的透明制件的注射成型制造方法，其特征在于:壓縮動(dòng)作的有效作用區(qū)域?yàn)榘肭蛐螀^(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種厚壁曲面結(jié)構(gòu)的透明制件的注射成型制造方法，其特征在于:注塑模具的型面按照半球形區(qū)域和近平面區(qū)域進(jìn)行分塊式補(bǔ)償，其中補(bǔ)償值近平面區(qū)域 > 半球形區(qū)域，實(shí)現(xiàn)制件的整體外形控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種厚壁曲面結(jié)構(gòu)的透明制件的注射成型制造方法，其特征在于:制件脫模后，將制件置入冷水浴中進(jìn)行進(jìn)一步定型。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種厚壁曲面透明制件的注射成型制造方法，尤其是一種復(fù)雜曲面、高表面質(zhì)量要求和良好光學(xué)性能的透明塑料制件的注射成型制造方法。本發(fā)明采用厚度連續(xù)階梯式變化的狹縫擴(kuò)張式結(jié)構(gòu)澆口，避免了厚壁制件成型充填的熔體噴射現(xiàn)象和澆口過早冷卻引起的缺料欠注等問題。模具型腔擴(kuò)大和低速注射可以有效減少熔體充填阻力，降低了材料分子鏈的取向和制件的流動(dòng)殘余應(yīng)力，減小了應(yīng)力所引起的翹曲變形和光學(xué)缺陷。壓縮動(dòng)作在整個(gè)模腔型面上實(shí)現(xiàn)等壓力控制，起到了補(bǔ)償制件冷卻收縮的作用，減小了螺桿保壓引起的殘余應(yīng)力，保證了幾何外形的尺寸精度，可實(shí)現(xiàn)制件的高精密制造成型。
【IPC分類】B29C45-72, B29C45-77, B29C45-27, B29C45-73
【公開號(hào)】CN104626495
【申請?zhí)枴緾N201410768563
【發(fā)明人】王韜, 顏悅, 厲蕾, 葛勇
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2014年12月12日