映像技術の急速な発展により、人々はいつでもどこでもカメラや携帯電話で、今起こっていること、風景、人々を記録することができます。 これらのハイテク製品のコア コンポーネントは、まさに高精度の光学部品です。 従来、この種の光学レンズはガラスを主材料として使用されていましたが、ガラスにはどうしても高品質、高脆性、高価格などの欠点がありました。 産業、情報産業。 大量生産のカギは射出成形。
ご存知のように、射出成形はプラスチック部品の大量生産に広く使用されていますが、従来の射出成形技術では光学部品の精度を達成することは困難です。 必要な寸法公差と表面品質を達成するには、プロセス チェーン全体を最適化する必要があります。 長年の研究の結果、市場のニーズを満たすために、精密射出成形技術により、より多くの機能と手頃な価格の精密光学部品を製造できるようになりました。
射出成形プロセスを研究すると、精密射出成形は従来の射出成形と比較して 6 つの明らかな違いがあることがわかります。
1. 製品構造設計
最高の表面品質と最小の寸法公差を実現するには、製品構造の設計が非常に重要です。 製品設計には、プラスチック部品の寸法公差も示されています。 いくつかの経験から、一般的な設計原則は次のとおりです。プラスチック部品の局所的な肉厚を避けることで、引け巣が発生します。 最小壁厚のサイズを制御します（材料によって決定されます）; 穴やスロットなどがあってはなりません。ウェルド ラインを形成します。 壁の厚さはあまり変化してはいけません。滑らかな移行を選択してください。 プラスチック部品の肉厚を均一に保ちます。
プラスチックはガラスよりも安定性が低いため、プラスチック レンズの屈折率の精度はガラス レンズよりも低くなります。 一般的に言えば、標準的な環境条件下では、プラスチック レンズの屈折率の変化範囲は 1% を超えており、屈折率の変化はレンズの焦点距離の変化を引き起こします。 一般的な球面レンズの焦点距離は、屈折率 n、レンズの厚さ T、および球面半径 R によって決まり、これら 3 つのパラメーターが焦点距離に異なる影響を与えることが物理的な実験からわかります。最も影響力があります。 屈折率の変化を少なくするために、レンズの幾何公差や加工精度を厳密に設計する必要があります。
2. ツールの設計
ツールの設計は製品の設計と同じくらい重要であり、切削効果はプラスチック部品の表面に直接反映されます。 プラスチック部品の精度がミクロンレベル（μm）に達すると、工具の寸法公差は1μm未満にする必要があります。 これはツール設計にとって簡単な作業ではありませんが、選択できるツール ユニットは多数あります。 寸法的に安定したナイフには、さまざまな熱処理に対応できる高強度の材料が必要ですが、その重要性は見過ごされがちです。 実験では、オーステナイトからマルテンサイトへの硬化鋼の金属組織の変態プロセスが完全に完了していない場合、材料の微細構造が変化し、負荷がなくても巨視的な寸法変化を引き起こすことが証明されています。 0.01～0.001mmの変形が発生します。
3. 射出成形装置
射出成形装置は、プロセス チェーン全体の重要な部分です。 射出成形装置は、ポリマーを溶融、可塑化し、金型に射出し、連続的に循環します。 射出温度、射出量、射出速度、キャビティ圧力など、すべてのプロセス パラメータを正確に制御する必要があります。射出成形装置の精度は、プラスチック部品の成形精度を決定します。
精密射出成形装置はクローズド ループであり、その動作はこれらのパラメーターによって完全に制御されます。 射出成形では、すべての機械的動作 (2 つの金型取り付けプレートの移動時の平行度など) が正確である必要があり、装置上のすべての部品には高度な安定性が必要です。 成形装置の駆動部は電気で駆動されるため、精度と再現性に明らかな利点があり、精密射出成形に適しています。
4.金型ワークショップの処理能力
設計要素とは別に、精密機械加工も射出成形の非常に重要な部分です。 金型加工は、精密な機械加工と密接に適合した組立工程を経る必要があります。 寸法公差のこの部分が適切に管理されていないと、後の射出成形プロセスでプラスチック部品の寸法公差を修正することが困難になったり、調整できる射出成形パラメータの範囲が狭くなったりします。 高速切削の発展に伴い、精密高速多軸フライス加工が EDM (放電加工) に徐々に取って代わられることが予想されます。
金型インサートが品質要件を満たすようにするために、単結晶ダイヤモンドを旋削用工作機械の砥粒として使用できます。 ダイヤモンド旋削の最大の欠点は、鋼などの鉄金属を直接切断できないことです。鉄はダイヤモンドをかなり早く摩耗させるためです。 現在、一部の企業は、合金工具鋼の切削性能を向上させることにより、単結晶ダイヤモンド旋削の効果を達成するための熱処理プロセスに関する研究を行っています。 初期の結果は非常に有望に見えます。 もちろん、超硬旋削工具の刃先は高速旋削後に摩耗するため、旋削工具またはフライス工具自体にも注意を払う必要があるため、精密研磨機を使用して再研磨する必要があります。刃先の先端。 これらの工具の切断面と刃先には細心の注意を払っており、刃先のわずかな傷でも成形品に反映されます。
5.射出成形プロセス
射出成形プロセスは、従来の射出成形と射出圧縮成形の 2 種類に分けることができます。 従来の射出成形では、プラスチックの冷却プロセス中に内部応力が発生し、プラスチック部品の性能が変化し、レンズの分極が発生します。 この潜在的な内部応力を克服するための処理方法の 1 つにプラスチック部品のアニーリングがありますが、この方法はプラスチック部品の変形を引き起こすため、適切ではありません。 射出圧縮成形が可能になりました。 射出圧縮成形は、回折機能を持つプラスチックレンズなど、微細な構造を持つ製品を成形するためによく使用されます。 いくつかの明らかな点で、従来の射出成形プロセスとは異なります。 その成形プロセス パラメータの範囲は次のように要約されます。
射出圧力（保圧）：100MPa以上（プラスチック部品や材料による）; 射出率: 金型、プラスチック部品、材料によって異なります。 可塑化温度: 200-320度; 金型温度: 100-150 度; 成形サイクル：0.5分以上
精密射出成形は新しいタイプの射出成形方法であるため、成形パラメータから学ぶ経験はありません。 適切な成形パラメータを得るために、次の方法を試すことができます。 まず、射出成形金型一式を設計・製作し（収縮率は考慮せず）、次のステップで、射出成形パラメータの 1 つを選択し、それをいくつかの差分に分割して、射出成形の最適化を 1 つずつ実行します。 次に、成形されたプラスチック部品のサイズを検出し、プラスチック部品に応じて射出成形金型の形状とサイズを変更します。 この方法で得られたプロセスパラメータは、多くの場合、高い安定性と精度を備えています。 もちろん、このソリューションを実装するには、高度な測定機器 (座標測定機)、高度な金型工場 (多軸ミリング センター)、および設計部分の数学的能力 (シミュレーション解析) が必要です。
6.技術者の能力
プラスチック部品の厳しい寸法公差を実現するには、最初から精密射出成形を検討する必要があります。 光学設計、製品構造設計、成形プロセス パラメータ、成形装置などのさまざまな要因を考慮し、これらの相互作用する要因を全体として考慮し、誰も無視することはできません。 したがって、光学設計、製品構造設計、金型設計、有限要素解析、モールド フロー解析などのタスクを完了できる、ハイテクで経験豊富な設計エンジニアを雇う必要があります。 一方、射出成形プロセスのほとんどの操作はコンピューターによって制御され、完全に自動化された生産を実現できますが、ワークショップには依然として高度な教育を受けたハイテク人材が必要です。 精密射出成形プロセスの制御は、射出成形の分野で最も最先端の技術だからです。 その典型的な特徴は、射出成形機が高度な制御インターフェースを備えていることです。これには、誰かが時間内に主要なプロセスパラメーターを継続的に監視および調整する必要があるため、人的要因が非常に重要です。
精密射出成形により、ポリマー光学部品を大量かつ高精度で製造できます。 もちろん、これは始まりに過ぎません。 精密射出成形は、ポリマー材料の研究開発、射出成形装置の設計、金型状態の検出、プラスチック部品の精密測定、成形シミュレーション解析ソフトウェアの適用など、まだ完全ではありません。 これらの研究は、より良いプラスチック光学レンズを人々に提供するでしょう。
