[發明專利]一種光學元件模具型腔設計方法及裝置

在審

• 申請號: 201810410344.8
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108595866A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 劉軍輝;陳新度;林澤欽;刁世普
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發明實施例公開了一種光學元件模具型腔設計方法及裝置。本發明的光學元件模具型腔設計方法，考慮了聚合物的PVT特性，根據聚合物熔體的流動模型和PVT公式得到熔體的動力學模型進行優化仿真得到翹曲變形量，同時，還考慮了模具型腔在工作時會因為溫度和壓力而膨脹的因素，計算熱膨脹量和壓力膨脹量，結合翹曲變形量、熱膨脹量和壓力膨脹量綜合得到整體變形量，以整體變相量計算模具型腔的第二網格節點坐標，充分考慮了PVT曲線、熱膨脹和壓力膨脹的因素，從而得到設計更為合理的模具型腔，可以加工出高精度幾何要求的光學元件，解決了當前只通過均勻放大的設計方法設計光學元件模具型腔，難以加工出高精度幾何要求的光學元件的技術問題。

技術領域

本發明涉及光學元件精密成型領域，尤其涉及一種光學元件模具型腔設計方法及裝置。

背景技術

光學元件制造的主要方法為聚合物注塑成型，聚合物存在較大的收縮問題，這會對注塑成型造成極大的影響，注塑產品的主要缺陷都來自于收縮問題，如翹曲變形、尺寸精度差和縮孔等。

對此有大量學者進行了聚合物收縮行為的研究，依據粘彈性理論建立了數學模型。注塑模具型腔的設計的一般方法是依據聚合物生產廠商推薦的收縮率范圍，結合生產經驗選擇其中的收縮率S，則模具型腔在產品尺寸的基礎上均勻放大(1+S)倍。

在收縮率S的選擇上，隨著CAE技術的發展，通過仿真可以得到優化的S值，可以最大限度的提高產品的整體精度。在進行一般精度的塑料產品模具設計時(公差范圍大于0.01mm)，這種均勻放大的簡單方法可以滿足要求。然而，在對精密的光學元件進行成型時，通過均勻放大很難適應生產需求，特別是涉及到光學成像的曲面面形精度要求時，微小的曲面偏差就會造成成像質量的銳減。

針對聚合物的收縮研究發現，聚合物的比容與收到的壓力和溫度有關，形成的關系曲線被稱為PVT曲線，在不同的溫度和壓力環境下注射和保壓，最終得到的產品收縮情況不同。由于熔融聚合物在填充模具型腔時，會出現壓力損失和熱傳導現象，因此模具型腔不同部位的壓力和溫度不是一個恒定的值，存在梯度分布，采取單一的收縮率均勻放大模具型腔不符合實際規律，難以加工出幾何精度高的產品。

同時，在研究聚合物收縮特性時，本身的模具型腔尺寸變化也需要進行考慮，在注塑生產過程中，模具溫度會存在周期性的升高和下降，即高溫熔體注射與保壓階段溫度升高，進入冷卻階段則模具溫度快速下降。在一定的范圍內，金屬模具存在線性熱膨脹現象；且模具腔體內部存在較大的壓力，也會導致模具型腔尺寸發生微小的擴大。因此，設計模具型腔時除了考慮聚合物本身的收縮之外，還需要綜合考慮模具型腔的線性熱膨脹和壓力膨脹現象。

因此，導致了當前只通過均勻放大的設計方法設計光學元件模具型腔，難以加工出高精度幾何要求的光學元件的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種光學元件模具型腔設計方法及裝置，解決了當前只通過均勻放大的設計方法設計光學元件模具型腔，難以加工出高精度幾何要求的光學元件的技術問題。

本發明提供了一種光學元件模具型腔設計方法，包括：

S1：在注塑成型仿真軟件中對光學元件模型進行網格劃分，得到光學元件模型的第一網格節點坐標；

S2：結合聚合物熔體的流動模型和PVT公式得到熔體的動力學模型，根據熔體的動力學模型以及注塑工藝參數通過注塑成型仿真軟件進行仿真得到各個第一網格節點坐標對應的翹曲變形量△_si；

S3：根據模具型腔工作溫度與模具型腔工作前溫度的溫度差以及模具型腔材料的熱膨脹系數計算模具型腔的熱膨脹量△_Ti，通過力學分析軟件計算模具型腔的壓力膨脹量△_Pi；