光学塑料成型技术是当前制造塑料非球面光学零件的先进技术，包括注射成型、铸造成型和压制成型等技术。光学塑料注射成型技术主要用来大量生产直径100mm以下的非球面光学零件，也可制造微型透镜阵列。而铸造和压制成型主要用于制造直径为100mm以上的非球面透镜光学零件。 `<fh+*
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塑料非球面光学零件具有重量轻、成本低；光学零件和安装部件可以注塑成为一个整体，节省装配工作量；耐冲击性能好等优点。因此，在军事、摄影、医学、工业等领域有着非常好的应用前景。美国在AN/AVS-6型飞行员微光夜视眼镜中就采用了9块非球面塑料透镜。此外，在AN/PVS-7步兵微光夜视眼镜、HOT夜视眼镜、"铜斑蛇"激光制导炮弹导引头和其他光电制导导引头、激光测距机、军用望远镜以及各种照相机的取景器中也都采用了非球面塑料透镜。美国TBE公司在制造某种末制导自动导引头用非球面光学零件时，曾对几种光学塑料透镜成型法作过经济分析对比，认为采用注射成型法制造非球面光学塑料透镜最为合算。 P Q U]l"A
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4.1 注射成型法 uT_!'l$fr
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注射成型是将加热成流体的定量的光学塑料注入到不锈钢模具中，在加热加压条件下成型，冷却固化后打开模具，便可获得所需要的光学塑料零件。光学塑料注射成型的关键环节是模具，由于光学塑料模压成型的工作温度较低，所以对模具的要求要比对玻璃模压成型模具的要求低一些。非球面模具的超精密加工相当困难，通常的加工都是首先在数控机床上将模具的坯件磨削成近似非球面，然后用范成精磨法逐步提高非球面的面形精度和表面粗糙度，最后用抛光法加工成所要求的面形精度和表面粗糙度。可是，由于数控机床的加工精度比较低，在模具加工过程中需要对模具进行反复检测和修改，逐步地提高模具精度，从而使模具的成本变得很高。因而现在的模具，是用刚性好、分辨率高的计算机数控超精密非球面加工机床和非球面均匀抛光机超精密加工而成的。首先用计算机数控超精密非球面机床将模坯加工出面形精度达±0.1μμm的非球面，然后用抛光机在保持非球面面形精度不变的条件下均匀地轻抛光，大约抛去0.01μm，使模具表面的粗糙度得到提高。 )qU7`0'8
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注射成型的光学塑料零件的焦距精度可以控制到0.5～1%，面形精度高于λ/4，长度公差达0.0076mm，厚度公差达0.012mm。 Y+-xv x
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下面介绍一种日本人发明的高精度塑料光学零件注射成型法--浇口密封成型法。 R; } 22s
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浇口密封成型法，是一种向加热至树脂转化温度（Tg）以上的金属模中注射熔融的树脂（注射量应是：冷却结束打开模具时树脂的压力刚好是大气的压力的量），迅速密封浇口，等温度、压力均匀后，在相对容积一定、温度－压力均匀条件下，徐徐冷却至树脂的热变形温度以下后，打开模具取出压形品的成型方法。 q4 k@l
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首先，以大约130MP2的高压，将高温的熔融树脂注射到模具中，在高温（T1）下将浇口密封。密封在模具中的树脂，其压力在均匀化的过程中降至30MPa左右（此时的温度为：比树脂转化温度Tg高一些的某一温度T2）。从注射开始经过一定时间后，就可由压型机的合模装置上将模具单体取下。单体模具经过缓缓冷却后才可开模，取出压型成品。 mpay^.(%
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浇口密封成型法的关键问题在于，注射到模具中的300℃左右高温的熔融树脂，如何以130MPa的压力将浇口密封死。其做法是：在成型注射之前，先将一个小球放入金属模具的浇口部，当向模具中注射熔融树脂时，小球受到树脂的挤压就会从浇口处向靠近模穴一侧移动。这时，在浇口部通往模穴的地方就会出现间隙，熔融树脂从此间隙能够流入到模穴中。而当注射成型机停止向模具内高压注射树脂时，由于压差的原因，瞬间发生树脂逆流现象，小球则被这种逆流的树脂又从靠近模穴的一侧推向模具的浇口处。此时，小球依靠高压的树脂所发生的挤压力将模具浇口堵死，完成浇口密封工作。 Pz"`MB<'Ik
该浇口密封成型法由于是树脂注射后用小球进行浇口密封的，因而不需要保压和压缩机构及其工作。所以注射了树脂后的金属模具很容易从成型机上取下来，以金属模具单体脱离成型机身的形式进行长时间的冷却。这不但大大提高了成型机的工作效率，同时也提高了单位时间的生产效率。这种成型法可将一部分功能分配到机外的装置中去完成，改变了过去那种功能只能在成型机装置内进行的做法。 t?)pl 2!A
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浇口密封成型工序分4步工序进行。 V H^AcO
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（1）加热工序。由金属模具的外部进行传导加热。从成型品的取出温度加热到Tg（树脂的转化温度－即模具加温需要达到的温度）以上的一定温度为止，用很短的时间进行升温，使热度做到均匀化。 Z)"61)
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（2）成型工序。向模具内注射熔融的树脂，使小球将模具浇口密封后，为使温度、压力做到均匀化，对金属模进行保温。 =zg: aTMti
（3）缓冷工序。利用自行保持合模力的机构，一边维持合模状态，一边从压型机上取下压型模。取下的单体压型模具，采用自然空气冷却或是强制空气冷却的方式，以每分钟1～2℃的速度逐渐降温。 6Y38 4
（4）取出工序。从压型模中取出成形品。由于压型模具已从压型机上取下，这时只要取下自行保持合模力的机构，就能打开型模取出成形品。在成形品取出过程中，由于树脂的压力相当于大气的压力，所以不需要推出装置，只要打开突出分型面的部分，成形品就能离模。 e}{U7xQm1
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浇口密封成型法的关键要素，是金属模具的温度条件和注射充填条件（缓慢冷却结束时树脂压力为大气压力的条件）。因此，既使是模压成型形状和体积不同的成型品，也不用改变注射时和冷却结束时的金属模具的温度，只要有充裕的时间使温度－压力达到均匀化，并保持缓慢冷却的速度，根据模穴的容积注射充填树脂，就能进行高精度地复制。 qE7R4>5xjO
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4.2 压制成型法 % _M2N.n
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所谓压制成型法就是将光学塑料毛坯放入金属模具中模压成光学塑料零件的一种方法。下面介绍其中一种压制成型方法--再熔融成型法。 O8u3y
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再熔成型法，是将近似于成形品形状的毛坯，插入具有复制面形、又使树脂不能流出的金属模具中，在模穴容积一定条件下，将模穴中的树脂加热至树脂转化温度Tg以上，利用因树脂的膨胀和软化-熔融所发生的均匀的树脂压力，使树脂紧密附着到模子的复制面上，等温度-压力均匀后，在相对容积一定、温度-压力均匀条件下，徐徐冷却至树脂的热变形温度以下，然后打开型模取出压型成形品的一种光学塑料零件成形方法。 @gfDp<
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再熔成型法，通过利用不同的工序确保压形品的形状创成和面形精度，缓和了成形品内的残留应力和密度分布，实现了成形品的精度优良制作。再熔成型法工艺由下述2道工序组成。 Ff4*IOZ}(
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（1）毛坯成形工序。使用普通的注射成形法，制作近似于最后成形品形状的毛坯成形品。 4? (W%?
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毛坯成形工序，由于采用的是通常的注射成形法，在将熔融的树脂向低于树脂热变形温度的模具中注射充填过程中，表层部就会骤冷固化，毛坯会有收缩。若出现面形不能复制的话，则是残留应力比较大的缘故。 C;rG]t^%
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（2）面形复制工序。将毛坯插入具有复制面形、而又使树脂不能流出外部的不同模具中，加热－冷却，进行面形复制。 = (,
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面形复制工序是将低精度的毛坯高精度化的一个工序。具有面形的模具，通过加热至树脂的Tg（树脂转化温度）以上，残留应力可以得到缓和。进而，由于加热时树脂的软化－热膨胀能使模穴内发生均匀的树脂压力，所以，能够实现高精度的面形复制。 uG J"!K
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为了防止发生温度分布和压力分布，冷却需要缓慢进行，而且必需冷却至树脂热变形温度以下。这样，开模取压形品时，成形品才不会变形。另外，由于开模时的树脂压力必需大致相当于大气压力，因此，模穴容积一定条件下的毛坯的重量误差也是应该引起重视的一个要点。 @xWdO,#
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通过实施各自具有特征的毛坯工序和面形复制工序，可以构成能生产性能优良的塑料光学零件的制造系统。 40P) 4w
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再熔成形法的面形复制工序的设备，除了能够开、合型模的冲压机外，还有不需要有浇口和喷嘴之类的部分金属模具，制作起来很便宜。因此，设备增设起来很容易。可以根据生产量的情况，适宜地进行设备投资，建立起一个相对应的柔性生产系统。 WE!vS Z3R
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再熔成形法的特征是：由于再熔成形法的毛坯成形工程采用了普通的注射成形工艺，所以具有成形周期短、适合批量生产之优点。但是，面形复制工程必需实施加热、冷却工程，因此又存在着与浇口密封成型法一样周期长的缺陷。然而，因为不需要像通常注射成形工艺那样的注射、充填工序，所以也就不用考虑树脂流路的问题。又因成形时产生的压力小于30MPa（通常的注射成形为100MPa左右），故并不要求模具有很高的刚性。模具因为体积小而可使用多个，因此，可以采用多个模具弥补生产效率低的不足。由于加热、冷却容易控制，成形周期缩短，所以生产效率可以提高。 ;[0 &G6g
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另外，由于毛坯成型工序和面形复制工序能够独立操作，面形复制工序的冲压机可以对每一个压形品的成形条件进行设计，所以可以进行不同树脂、不同形状的成形品的混合生产。 ${&5]!E[>D
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利用该成型法制作的非球面反射镜经过形状测量，结果是：在±100mm范围内，反射面的弯曲（起伏）度在4μm以下，成形品的精度很高。 e$/B_o7(
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