Dzięki szybkiemu rozwojowi technologii obrazowania ludzie mogą rejestrować to, co się dzieje, krajobrazy i ludzi wokół nich za pomocą swoich aparatów lub telefonów komórkowych w dowolnym miejscu i czasie. Głównymi komponentami tych zaawansowanych technologicznie produktów są właśnie wysoce precyzyjne komponenty optyczne. W przeszłości ten rodzaj soczewek optycznych wykorzystywał szkło jako główny materiał, ale szkło nieuchronnie ma wady, takie jak wysoka jakość, duża kruchość i wysoka cena. przemysł i przemysł informacyjny. Kluczem do masowej produkcji jest formowanie wtryskowe.
Jak wszyscy wiemy, formowanie wtryskowe jest szeroko stosowane w masowej produkcji części z tworzyw sztucznych, ale tradycyjną technologią formowania wtryskowego trudno jest osiągnąć precyzję elementów optycznych. Aby osiągnąć wymagane tolerancje wymiarowe i jakość powierzchni, należy zoptymalizować cały łańcuch procesu. Po latach badań precyzyjne komponenty optyczne z większą liczbą funkcji i przystępnymi cenami można teraz wytwarzać za pomocą technologii precyzyjnego formowania wtryskowego, aby sprostać potrzebom rynku.
Studiując proces formowania wtryskowego, można stwierdzić, że precyzyjne formowanie wtryskowe ma sześć oczywistych różnic w porównaniu z tradycyjnym formowaniem wtryskowym.
1. Projektowanie struktury produktu
Aby uzyskać najlepszą jakość powierzchni i najmniejsze tolerancje wymiarowe, bardzo ważne jest zaprojektowanie struktury produktu. Projekt produktu wskazuje również tolerancje wymiarowe części z tworzywa sztucznego. Z pewnego doświadczenia wynika, że wspólne zasady projektowania są następujące: unikaj lokalnej grubości ścianek części z tworzyw sztucznych, co powoduje powstawanie wnęk skurczowych; kontrolować rozmiar minimalnej grubości ścianki (określonej przez materiał); nie powinno być żadnych otworów, szczelin itp. Utwórz linię spawania; grubość ścianki nie powinna się zbytnio zmieniać, wybierz płynne przejście; zachować jednolitą grubość ścianki części z tworzywa sztucznego.
Ponieważ tworzywo sztuczne jest mniej stabilne niż szkło, dokładność współczynnika załamania światła soczewek z tworzywa sztucznego jest niższa niż w przypadku soczewek szklanych. Ogólnie rzecz biorąc, w standardowych warunkach środowiskowych zakres zmian współczynnika załamania soczewek plastikowych jest większy niż 1 procent, a zmiany współczynnika załamania spowodują zmiany ogniskowej soczewki. Z eksperymentów fizycznych wiadomo, że ogniskowa zwykłej soczewki sferycznej jest określona przez współczynnik załamania n, grubość soczewki T i promień sferyczny R, a te trzy parametry mają różny wpływ na ogniskową, wśród których współczynnik załamania n ma największy wpływ. Aby zmniejszyć zmianę współczynnika załamania światła, tolerancja geometryczna i dokładność przetwarzania soczewki muszą być ściśle zaznaczone podczas projektowania.
2. Projektowanie narzędzi
Projekt narzędzia jest równie ważny jak projekt produktu, a efekt cięcia będzie bezpośrednio odzwierciedlony na powierzchni części z tworzywa sztucznego. Kiedy precyzja części z tworzywa sztucznego osiąga poziom mikronów (μm), tolerancja wymiarowa narzędzia musi być mniejsza niż 1 μm. Chociaż nie jest to łatwe zadanie przy projektowaniu narzędzi, istnieje wiele jednostek narzędzi do wyboru. Warto zauważyć, że stabilne wymiarowo noże wymagają materiałów o wysokiej wytrzymałości, które mogą wytrzymać różne obróbki cieplne, których znaczenie jest często pomijane. Eksperymenty wykazały, że jeśli proces przemiany struktury metalograficznej stali hartowanej z austenitu w martenzyt nie zostanie całkowicie zakończony, mikrostruktura materiału ulegnie zmianie, powodując makroskopowe zmiany wymiarów, nawet przy braku obciążenia. Nastąpi odkształcenie od 0.{4}}1 do 0,001 mm.
3. Sprzęt do formowania wtryskowego
Sprzęt do formowania wtryskowego jest ważną częścią całego łańcucha procesu. Sprzęt do formowania wtryskowego topi się, uplastycznia polimery, wtryskuje je do form i krąży w sposób ciągły. Wymaga precyzyjnej kontroli każdego parametru procesu, takiego jak temperatura wtrysku, objętość wtrysku, szybkość wtrysku, ciśnienie w komorze itp. Dokładność sprzętu do formowania wtryskowego określa dokładność formowania części z tworzyw sztucznych.
Precyzyjny sprzęt do formowania wtryskowego to zamknięta pętla, a jego działanie jest całkowicie kontrolowane przez te parametry. Podczas formowania wtryskowego każde działanie mechaniczne musi być dokładne (takie jak równoległość dwóch płyt montażowych formy podczas ruchu), a wszystkie części sprzętu wymagają wysokiego stopnia stabilności. Ponieważ jednostka napędowa sprzętu do formowania jest napędzana elektrycznie, ma oczywiste zalety w zakresie dokładności i powtarzalności oraz nadaje się do precyzyjnego formowania wtryskowego.
4. Zdolność przetwórcza warsztatu form
Oprócz elementów konstrukcyjnych bardzo ważną częścią formowania wtryskowego jest również precyzyjna obróbka skrawaniem. Obróbka formy musi przejść przez precyzyjną obróbkę i ściśle dopasowany proces montażu. Jeśli ta część tolerancji wymiarowej nie jest dobrze kontrolowana, trudno będzie naprawić tolerancję wymiarową części z tworzywa sztucznego w późniejszym procesie formowania wtryskowego lub zakres parametrów formowania wtryskowego, które można regulować, jest węższy. Wraz z rozwojem szybkiego skrawania można przewidywać, że precyzyjne, wieloosiowe frezowanie z dużą prędkością będzie stopniowo zastępować EDM (obróbka wyładowcza).
Aby wkładka formy spełniała wymagania jakościowe, diament monokrystaliczny może być użyty jako ziarno obrabiarki do toczenia. Największą wadą toczenia diamentowego jest to, że nie można nim bezpośrednio ciąć metali żelaznych, takich jak stal, ponieważ żelazo dość szybko zużywa diament. Obecnie niektóre przedsiębiorstwa przeprowadziły badania nad procesem obróbki cieplnej, który ma na celu uzyskanie efektu toczenia monokrystalicznego diamentu poprzez poprawę wydajności skrawania stopowej stali narzędziowej. Wczesne wyniki wyglądają bardzo obiecująco. Oczywiście musimy również zwrócić uwagę na samo narzędzie tokarskie lub frezarskie, ponieważ krawędź tnąca narzędzia tokarskiego z węglika spiekanego zużywa się po toczeniu z dużymi prędkościami, dlatego konieczne jest użycie precyzyjnej ostrzałki do ponownego naostrzenia końcówka ostrza. Przywiązujemy dużą wagę do płaszczyzny cięcia i krawędzi skrawającej tych narzędzi, nawet najmniejsze wady na krawędzi skrawającej znajdą odzwierciedlenie w uformowanym produkcie.
5. Proces formowania wtryskowego
Proces formowania wtryskowego można podzielić na dwa rodzaje: tradycyjne formowanie wtryskowe i formowanie wtryskowe z dociskiem. W tradycyjnym formowaniu wtryskowym podczas procesu chłodzenia tworzywa sztucznego generowane będą naprężenia wewnętrzne, które zmienią działanie części z tworzywa sztucznego i spowodują polaryzację soczewki. Aby przezwyciężyć to potencjalne naprężenie wewnętrzne, jedną z metod obróbki jest wyżarzanie części z tworzywa sztucznego, ale ta metoda spowoduje odkształcenie części z tworzywa sztucznego, co nie jest odpowiednie. Teraz można zastosować formowanie wtryskowe. Formowanie wtryskowe jest często stosowane do formowania produktów o drobnej strukturze, takich jak soczewki z tworzywa sztucznego z funkcjami dyfrakcyjnymi. Różni się od tradycyjnego procesu formowania wtryskowego na kilka oczywistych sposobów. Zakres parametrów procesu formowania podsumowano w następujący sposób:
Ciśnienie wtrysku (ciśnienie docisku): większe niż 100 MPa (w zależności od części lub materiałów z tworzyw sztucznych); szybkość wtrysku: w zależności od form, części plastikowych i materiałów; temperatura plastyfikacji: 200-320 stopień ; temperatura formy: 100-150 stopni; Cykl formowania: ponad 0,5 min.
Ponieważ precyzyjne formowanie wtryskowe jest nowym rodzajem metody formowania wtryskowego, nie ma doświadczenia, które można by wyciągnąć z jego parametrów formowania. W celu uzyskania odpowiednich parametrów formowania można wypróbować następujące metody. Najpierw zaprojektuj i wykonaj zestaw form wtryskowych (bez uwzględnienia stopnia skurczu), a w drugim kroku wybierz jeden z parametrów wtrysku, podziel go na kilka różnic i po kolei wykonaj optymalizację wtrysku. Następnie wykryj rozmiar uformowanej części z tworzywa sztucznego i zmodyfikuj kształt i rozmiar formy wtryskowej zgodnie z częścią z tworzywa sztucznego. Parametry procesu uzyskiwane tą metodą często charakteryzują się dużą stabilnością i dokładnością. Oczywiście do wdrożenia tego rozwiązania niezbędne są zaawansowane urządzenia pomiarowe (współrzędnościowa maszyna pomiarowa), zaawansowana formiernia (wieloosiowe centrum frezarskie) oraz matematyczne możliwości części projektowej (analiza symulacyjna).
6. Umiejętności techników
Aby uzyskać wąskie tolerancje wymiarowe części z tworzyw sztucznych, od samego początku należy rozważyć precyzyjne formowanie wtryskowe. Weź pod uwagę różne czynniki, takie jak projekt optyczny, projekt struktury produktu, parametry procesu formowania i sprzęt do formowania, i rozważ te współdziałające czynniki jako całość i nikogo nie można zignorować. Dlatego konieczne jest zatrudnienie kilku zaawansowanych technologicznie i doświadczonych inżynierów projektantów, którzy mogą wykonywać zadania, takie jak projektowanie optyczne, projektowanie struktury produktu, projektowanie narzędzi, analiza elementów skończonych i analiza przepływu formy. Z drugiej strony, chociaż większość operacji w procesie formowania wtryskowego może być kontrolowana przez komputery w celu realizacji w pełni zautomatyzowanej produkcji, w warsztacie wciąż potrzebne są wysoko wykształcone i zaawansowane technologicznie talenty. Ponieważ kontrola procesu precyzyjnego formowania wtryskowego jest najnowocześniejszą technologią w dziedzinie formowania wtryskowego. Jego typową cechą jest to, że wtryskarka posiada zaawansowany interfejs sterowania, który wymaga od kogoś ciągłego monitorowania i dostosowywania kluczowych parametrów procesu w czasie, dlatego czynnik ludzki jest bardzo ważny.
Dzięki precyzyjnemu formowaniu wtryskowemu optyka polimerowa może być produkowana w dużych ilościach i z dużą precyzją. Oczywiście to dopiero początek. Precyzyjne formowanie wtryskowe wciąż nie jest doskonałe w niektórych aspektach, takich jak: badania i rozwój materiałów polimerowych, projektowanie urządzeń do formowania wtryskowego, wykrywanie stanu formy, precyzyjny pomiar części z tworzyw sztucznych oraz stosowanie oprogramowania do analizy symulacji formowania. Badania te z pewnością dostarczą ludziom lepszych plastikowych soczewek optycznych.
