CN104552740B - 一种变厚度曲面透明制件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于注射成型技术领域，涉及一种变厚度结构透明制件的制造方法，尤其涉及一种高精度、变厚度曲面透明制件的制造方法。本发明采用一次整体注射压缩和二次局部膨胀注射压缩的复合注射成型方法进行了变厚度制件的成型加工，有效控制了不同厚度区域的制件表面质量和收缩翘曲。本发明选择了抗冲击性能优良的聚碳酸酯材料进行成型，保证了制件的轻质和透明性特点。本发明应用了动态变模温控制技术，使模具温度在熔体充填型腔阶段控制处于塑料玻璃化温度之上，在膨胀压缩结束后迅速降低，充分冷却定型制件，保证了制件表面质量，减小了成型周期，降低了生产成本。采用本发明的方法制备的制件透光率可达75％以上，有效区域光畸变可控在1/10以下。

Description

一种变厚度曲面透明制件的制造方法
技术领域
本发明属于注射成型技术领域，涉及一种变厚度结构透明制件的制造方法，尤其涉及一种高精度、变厚度曲面透明制件的制造方法。
背景技术
航空航天、汽车船舶和电子信息等领域都有透明制件的应用，其结构和功能差别很大，其中观察窗及光学护罩多为变厚度曲面透明制件，在保证良好光学性能的前提下实现减重和抗撞击。作为一种重要的工程塑料，聚碳酸酯兼具了抗冲击、耐高温和透明等特性，已成功应用在了飞机座舱透明件、宇航员面窗、汽车玻璃以及光学透镜等领域，但多为等厚度、薄壁以及简单曲面结构的光学制件。现有变厚度曲面透明制件多采用组合式结构，即多块等厚度件拼接而成，制造流程长，生产成本高。随着科学技术的发展，各种各样的变厚度曲面透明制件应用越来越广泛，其综合性能要求越来越高，拼接式制造方法不再适用，变厚度曲面透明制件的成型技术面临着巨大的挑战。
发明内容
本发明目的是提供一种制造流程短，生产成本低的变厚度曲面透明制件的制造方法。利用此方法成型出的制件具有轻质、透明和抗撞击的性能，可应用于复杂结构透明制件制造。
本发明的技术解决方案是，所述制造方法包括以下步骤：
(1)前期准备：将聚碳酸酯粒料置于真空除湿干燥器中，在90～120℃下干燥2～6小时，干燥好的粒料通过料斗进入螺杆并进行塑化，塑化背压为10bar，塑化温度为240～310℃；
(2)注射-一次整体注射压缩：模具温度需维持在150～180℃，将步骤(1)中的高温熔体以30-60MPa的螺杆压力和10-20mm/s螺杆推进速度注入型腔扩张的模具中，保压时间在1秒以内，同时模具闭合，此阶段为低压锁模；
(3)注射-二次局部膨胀注射压缩：通过降低油缸输出减小厚壁区域模具镶件的锁紧力，将步骤(1)中的高温熔体继续以30-60MPa的螺杆压力和10-20mm/s螺杆推进速度注入到模具型腔，推动镶件后退至该区域厚度的1.2倍处，注胶口通过油压顶针封死，停止进胶，增大油缸锁紧力至最大，镶件前进压缩制件并补偿收缩，之后，建立高压锁模；
(4)模具温度在步骤(3)结束后通冷水迅速降低，充分冷却定型制件，依据制件厚壁部分厚度，冷却时间为60～600s。
烘干温度在120℃，烘干时间在4h以上时，聚碳酸酯的干燥效果最好。
模具温度在160℃时，熔体以35MPa的压力和18mm/s的速度注射充填，可以很好保证该阶段制件的表面质量。
模具厚壁区域镶件后退该区域厚度的1.15倍处，而后增大锁紧力压缩熔体，保证制件厚壁部分的表面质量。
本发明的发明效果为：
1.本发明采用了一次整体注射压缩的方法，在降低注射压力以及注射速度的前提下，有效改善了制件的残余应力水平和尺寸精度。同时，该阶段保证了变厚度制件薄壁部分的表面质量和低应力状态。
2.本发明采用了二次局部膨胀压缩的方法，可制造出局部厚度增大的变厚度结构光学透明制件。该方法保证了变厚度制件厚壁部分的材料填充、表面质量以及整体的尺寸精度和稳定性。
3.本发明采用变模温控制技术，在注射充填以及压缩阶段维持模具温度在较高温度，以获得良好的表面质量，膨胀压缩结束后模具温度迅速降低，以减小成型周期，降低生产成本。
4.本发明所成型的变厚度曲面透明制件的透光率在75％以上(最大厚度25mm)。
5.本发明所成型的变厚度曲面透明制件的光学畸变值在1/10以下(有效压缩区域内)。
附图说明
图1是一次整体注射压缩和二次局部膨胀压缩的示意图，其中图1a是一次整体注射压缩的示意图，图1b是二次局部膨胀压缩的示意图；
图2是一个成型周期内模具温度、注射压力和锁模力演变的示意图。
图1中的标注：1_高温熔体；2_动模；3_定模；4_制件厚壁区域镶件
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述：
(1)前期准备：将聚碳酸酯粒料置于真空除湿干燥器中，在90～120℃下干燥2～6小时，干燥好的粒料通过料斗进入螺杆并进行塑化，塑化背压为10bar，塑化温度为240～310℃；
(2)注射-一次整体注射压缩：动模2、定模3和制件厚壁区域镶件4的温度需维持在150～180℃，将步骤(1)中的高温熔体1以30-60MPa的螺杆压力和10-20mm/s螺杆推进速度注入型腔扩张的模具中，保压时间在1秒以内，同时模具闭合，此阶段为低压锁模；
(3)注射-二次局部膨胀注射压缩：通过降低油缸输出减小厚壁区域模具镶件4的锁紧力，将步骤(1)中的高温熔体1继续以30-60MPa的螺杆压力和10-20mm/s螺杆推进速度注入到模具型腔，推动镶件4后退至该区域厚度的1.2倍处，注胶口通过油压顶针封死，停止进胶，增大油缸锁紧力至最大，镶件4前进压缩制件并补偿收缩，之后，建立高压锁模；
(4)动模2、定模3和制件厚壁区域镶件4的温度在步骤(3)结束后通冷水迅速降低，充分冷却定型制件，依据制件厚壁部分厚度，冷却时间为60～600s。
实施例
(1)前期准备：将OQ2720聚碳酸酯粒料置于真空除湿干燥器中，在120℃下干燥4小时，干燥好的粒料通过料斗进入螺杆并进行塑化，塑化背压为10bar，塑化温度自料斗至喷嘴分七个区域为160℃，220℃，260℃，280℃，300℃，300℃和290℃；
(2)注射-一次整体注射压缩：动模2、定模3和制件厚壁区域镶件4的温度需维持在160℃，将步骤(1)中的高温熔体1以螺杆推进20mm/s的速度注入型腔扩张间隙为5mm的模具中，0.5s的短时间保压以确保熔体不会倒流，同时模具以30mm/s的速度闭合，形成厚度为15mm的模具型腔，此阶段为锁模力为3000KN，该过程的示意图如附图1a所示，注射压力因压缩动作会有一个突变，如附图2所示；
(3)注射-二次局部膨胀注射压缩：减小厚壁区域模具镶件4的锁紧力至100KN，将步骤(1)中的高温熔体1以螺杆推进30mm/s的速度注入模具，推动镶件4后退至24mm，所需材料充填完全，注胶口通过油压顶针封死，停止进胶，增大锁紧力及锁模力至6500KN，镶件4前进压缩制件并补偿收缩，该过程的示意图如附图1b所示，该阶段的模具温度维持在160℃，如附图2所示；
(4)在步骤(3)结束后，模具加热管路通入冷却水介质，迅速降低动模2、定模3和制件厚壁区域镶件4的温度，冷却时间360s，充分冷却定型并顶出制件。

Claims (4)

1.一种变厚度曲面透明制件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：
(1)前期准备：将聚碳酸酯粒料置于真空除湿干燥器中，在90～120℃下烘干2～6小时，烘干好的粒料通过料斗进入螺杆并进行塑化，塑化背压为10bar，塑化温度为240～310℃；
(2)注射-一次整体注射压缩：模具温度需维持在150～180℃，将步骤(1)中的高温熔体以30-60MPa的螺杆压力和10-20mm/s螺杆推进速度注入型腔扩张的模具中，保压时间在1秒以内，同时模具闭合，此阶段为低压锁模；
(3)注射-二次局部膨胀注射压缩：通过降低油缸输出减小厚壁区域模具镶件的锁紧力，将步骤(1)中的高温熔体继续以30-60MPa的螺杆压力和10-20mm/s螺杆推进速度注入到模具型腔，推动镶件后退至该区域厚度的1.2倍处，注胶口通过油压顶针封死，停止进胶，增大油缸锁紧力至最大，镶件前进压缩制件并补偿收缩，之后，建立高压锁模；
(4)模具温度在步骤(3)结束后通冷水迅速降低，充分冷却定型制件，依据制件厚壁部分厚度，冷却时间为60～600s。
2.如权利要求1所述的一种变厚度曲面透明制件的制造方法，其特征在于，烘干温度在120℃，烘干时间在4h以上时，聚碳酸酯的干燥效果最好。
3.如权利要求1所述的一种变厚度曲面透明制件的制造方法，其特征在于，模具温度在160℃时，熔体以35MPa的压力和18mm/s的速度注射充填，可以很好保证该阶段制件的表面质量。
4.如权利要求1所述的一种变厚度曲面透明制件的制造方法，其特征在于，模具厚壁区域镶件后退该区域厚度的1.15倍处，而后增大锁紧力压缩熔体，保证制件厚壁部分的表面质量。
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