CN107160648A - Led射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，模具由模架、浇注系统、导向机构、脱模机构、加热系统、压缩机构和换向机构组成，通过压缩机构的限位弹簧和限位杆作用，使得动模板与压缩板之间保持一定的压缩距离；通过注塑机的锁模力将压缩板推向动模板的底面，使得动模仁镶件向各自透镜的型腔局部施压完成精密成型。压缩机构的压缩板在动模板与垫块之间，并与垫块和动模座板用螺钉刚性连接及与动模板通过限位弹簧柔性连接，压缩板与动模板的底面间隙大小通过限位杆及限位螺钉实现。主流道采用热咀结构，浇注系统采用一模异腔的形式，通过换向机构控制熔体流向不同构型的透镜型腔。该模具的成型精度和加工效率高，节能降耗，显著提高透镜的面形精度和光学性能。

Description

LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具

技术领域

本发明涉及通用塑料和工程塑料的注射成型加工模具领域，具体涉及一种LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具。

背景技术

透镜作为LED射灯的主要光形控制器件，不但能会聚光束，而且也能产生发散光束，可以对LED发出的各个角度的光进行有效控制。尤其是LED照明用非球面透镜，在改善成像质量方面效果显著，各种非圆对称光斑的设计更加灵活，使得LED射灯非球面透镜作为配光器件在景观照明、商业照明、工矿照明、家居照明等领域的应用越来越广泛。

LED射灯非球面透镜通常采用光学级塑料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚碳酸酯（PC）注射成型加工，透镜的非球面特性使其成型加工要比普通球面透镜困难得多。透镜作为光学级产品，对透光率、面形精度、表面质量、热稳定性、折射率、混浊度、光轴同轴度等都有严格要求。LED射灯非球面透镜的壁厚不均性，使得透镜密度及折射率分布不均，产生残余应力及双折射现象，难以保证透镜的面形精度和光学均一性。

LED射灯非球面透镜质量受诸多因素影响，注射成型制品的体积收缩不均、翘曲变形及残余应力大等质量缺陷，尤其与注射成型工艺中的保压状态有关。注射成型是以保压方式防止制品的收缩，保压压力小则使补缩不足，保压压力大则浇口附近的分子取向严重，形成残余应力，导致制品变形而影响精度。透镜注射成型的残余应力大且分布范围宽，双折射值大且分布不均匀，注射成型的收缩和双折射影响透镜的面形精度和成像效果。

注射压缩热流道成型加工的LED射灯非球面透镜，在注射阶段模具型腔没有完全闭合，需要的注射压力较低，有利于减小熔体间的剪切作用和大分子取向程度；在压缩阶段对型腔熔体进一步施压，压力在型腔内的分布非常均匀。同时，通过主流道热咀对浇注系统熔料状态有效控制，能量损失少，减少凝料，材料利用效率高，成型加工周期短。

LED射灯非球面透镜采用注射压缩热流道模具获得，可以降低透镜的残余应力与翘曲变形，改善透镜的翘曲率、透光率和折射率，节能降耗。由于不同透镜的曲面形状结构千变万化，因此需要针对LED射灯非球面透镜，设计结构更加紧凑、压缩机构稳定性好、成型精度和效率更高的注射压缩热流道模具，满足不同透镜的成型精度和光学性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，解决或减少LED射灯非球面透镜注射成型加工存在的体积收缩不均、翘曲变形及残余应力大、折射率分布不均、双折射现象等面形精度和光学均一性问题，提高注射压缩模具压缩机构的结构合理性与运动稳定性，实现节能降耗与多构型透镜异腔成型加工。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具由模架、浇注系统、导向机构、脱模机构、加热系统、压缩机构和换向机构组成，通过压缩机构的限位弹簧和限位杆作用，使得动模板与压缩板之间保持一定的压缩距离，定模仁与动模仁相互接触，动模仁镶件在透镜型腔中保留一定的压缩行程，注塑机向型腔注射熔料完成低压填充；通过注塑机的锁模力将压缩板推向动模板的底面，使得动模仁镶件向各自透镜的型腔局部施压完成精密成型。浇注系统的主流道采用热流道，即把采用主流道热咀结构，使主流道内熔料始终保持熔融状态，再通过冷流道与冷浇口把熔料输送到透镜型腔，从而完成LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道成型加工。

所述LED射灯非球面透镜具有结构对称性，对透光率、折射率的均匀性、混浊度等要求严格，透镜材料采用光学级PMMA、PC，具有很好的透光性和力学性能，尺寸稳定性好，流动性较差，收缩率偏大，可以满足LED射灯非球面透镜成型精度和光学性能要求。

所述LED射灯非球面透镜的注射压缩成型方法采用全面压缩式，利用注塑机提供的锁模力实现合模与压缩两个功能要求，压缩板在动模板与垫块之间，并与垫块和动模座板用螺钉刚性连接及与动模板通过限位弹簧柔性连接，动模仁镶件通过螺钉连接安装在压缩板上。压缩板与动模板的底面保持一定间隙，其间隙大小由压缩距离通过限位杆及限位螺钉实现。模具闭合后利用锁模力将压缩板推向动模板的底面，模具开启时利用限位弹簧和限位杆实现压缩板与动模板的分离，从而通过压缩机构实现对透镜型腔的压缩及压缩力的控制。

所述LED射灯非球面透镜的热流道方法采用热咀结构，主流道用热咀代替注射模具的主流道衬套，熔料经过热咀的加热与保温进入分流道。浇注系统采用一模异腔的形式，分流道形状为S型，通过换向机构控制熔体流向不同构型的透镜型腔，分流道截面形状选择U形，在分型面上开设扇形浇口，实现浇注系统的热流道与冷流道共存。

所述LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，主流道冷料穴采用倒锥型结构，开模时透镜制品留在动模一侧，分流道凝料由一个大推杆顶出，而两个不同构型的透镜制品由三个均匀分布的小推杆或一个推管顶出，实现脱模机构对透镜由动模型腔的顺畅分离。透镜成型模具的镶件单独加工制作，然后嵌入动模仁中，模具结构简单，制造成本低，可以满足成型透镜光学曲面精度要求，获得高透光性和低双折射的LED射灯非球面透镜。

与现有注射成型技术相比，本发明具有如下优点。

1、采用注射压缩成型方法的LED射灯非球面透镜模具，可以降低成型透镜的残余应力与翘曲变形，实现低压注射和型腔内熔体压力均匀分布，显著提高透镜的面形精度，改善透镜的翘曲率、透光率和折射率，成型效率高，节能降耗，满足透镜的光学精度要求。

2、采用热流道方法的LED射灯非球面透镜模具，通过主流道热咀对浇注系统熔料状态有效控制，充填时间短, 充填压力低，能量损失少，减少凝料，材料利用效率高，成型加工周期短,透镜的体积收缩均匀及翘曲变形小，满足透镜的形状精度要求。

3、LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具的压缩机构和换向机构，占据模具的空间小，结构紧凑，压缩距离容易调节，位移精度高，运动稳定性好，对不同曲面形状的透镜及其相应构型的型芯和型腔适合性好，有效地提高模具的成型精度和加工效率。

附图说明

图1是本发明LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具的结构主视图。

图2是本发明LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具的结构侧视图。

图3是模具型腔完全闭合的结构图。

图4是单透镜的正面构型图。

图5是单透镜的的背面构型图。

图6是三合一透镜的正面构型图。

图7是三合一透镜的的背面构型图。

图8是动模仁的构型图。

图9是换向杆的构型图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细的描述。

如图1和2所示，LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具包含模架、浇注系统、导向机构、脱模机构、加热系统、压缩机构和换向机构等部分，主要由定位环1、定模座板2、定模板3、带头导套4、定模仁5、动模板6、动模仁7、直导套8、导柱9、压缩板10、复位杆11、复位弹簧12、垫块13、螺钉14/16/17/24/31/34/37/39、动模座板15、推板18、推杆固定板19、小推杆20、限位弹簧21、限位螺钉22、限位杆23、热咀25、单透镜26、换向杆27、单透镜动模仁镶件28、单透镜芯杆29、推管30、芯杆固定板32、大推杆33、三合一透镜芯杆35、三合一透镜动模仁镶件36、三合一透镜38等零件组成。注塑机合模过程中，利用导向机构的导柱9和带头导套4与直导套8，实现动模部分与定模部分的精确定位。在注射阶段，通过压缩机构的限位弹簧21和限位杆23作用，动模板6与压缩板10之间保持一定的压缩距离，定模仁5与动模仁7相互接触，动模仁镶件28和36及其芯杆29和35在透镜型腔中保留一定的压缩行程，使得模具型腔不完全闭合，注塑机向型腔注射熔料完成填充。在压缩阶段，通过注塑机的锁模力将压缩板10推向动模板6的底面，使得动模仁镶件28和36及其芯杆29和35向各自透镜26和38的型腔局部施压，直至模具型腔的完全闭合，如图3所示。注塑机开模过程中，动模部分与定模部分分开，大推杆33和小推杆20与推管30分别将分流道凝料和透镜顶出，从而完成透镜异腔注射压缩成型加工。注塑机在下一个工作循环的合模过程中，复位杆11和复位弹簧12促使推板18返回原位。

单透镜26如图4和5所示，三合一透镜38如图6和7所示，所述LED射灯非球面透镜具有结构对称性，对透光率、折射率的均匀性、混浊度等要求严格，透镜材料采用光学级PMMA、PC，具有很好的透光性和力学性能，尺寸稳定性好，流动性较差，收缩率偏大，可以满足LED射灯非球面透镜成型精度和光学性能要求。定模仁5的一端面构型与透镜26和38的正面相对应，动模仁镶件28和36及其芯杆29和35的一端面构型与透镜26和38的背面相对应。

LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具的压缩机构主要由压缩板10、限位弹簧21、限位螺钉22、调节杆23等零件组成，由图1可知，压缩板10在动模板6与垫块13之间，并与垫块13和动模座板15用螺钉16刚性连接及与动模板6通过限位弹簧21柔性连接。由图2可知，三合一透镜动模仁镶件36通过螺钉34连接安装在压缩板10上，单透镜动模仁镶件28亦通过螺钉连接安装在压缩板10上。压缩板10与动模板6的底面保持一定间隙，其间隙大小由压缩距离通过限位杆23及限位螺钉22实现。模具闭合后利用锁模力将压缩板10推向动模板6的底面，模具开启时利用限位弹簧21和限位杆23实现压缩板10与动模板6的分离，改变限位杆23的长度可以调节最大压缩距离及对回程的限制，从而通过压缩机构实现对透镜型腔的压缩及压缩力的控制。压缩阶段通过对动模仁镶件及其芯杆施加一定的压缩力，型腔内熔料会产生逆流，使得型腔的熔料进一步贴紧型腔表面，这对提高透镜的面形精度十分有利，同时有效降低了收缩引起的残余应力和折射率变化。

如图2所示，LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具的浇注系统由热流道与冷流道组成，主流道用热咀25代替注射模具的主流道衬套，熔料经过热咀25的加热与保温，通过定模仁5进入分流道，熔体传输的压力损失较小，避免了主流道处产生凝料，主流道热咀25不是直接作用在透镜表面而是与下一级分流道相连，不会在透镜光学表面上形成浇口疤痕。由图8动模仁7的构型可知，浇注系统采用一模异腔的形式，分流道形状为S型，通过换向机构控制熔体流向不同构型的透镜型腔，分流道截面形状选择U形，在分型面上开设扇形浇口，而且加热系统采用直通式管路结构及热油介质，有效防止透镜产生翘曲变形和残余应力，有利于流动性较差的PMMA、PC塑料透镜成型加工。在S型分流道的末端留有一定长度的冷料穴，以便从热流道热咀25通过分流道流向型腔的熔体前沿冷料进入此处，避免冷却的熔体直接进入透镜型腔，而且熔料通过S型分流道可以减缓其对透镜型腔的直接冲击，使熔料填充过程尽量平缓，有效改善透镜的成型精度及光学性能。由图9并结合图8可知，由带有内六角头的换向杆27组成的换向机构，通过旋转换向杆27的内六角头，使换向杆27转动180°，就可使其上流道口由一种构型透镜型腔对准另一种构型透镜型腔，达到控制熔体流向不同构型透镜型腔的目的。

LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具的脱模机构主要由推板18、推杆固定板19、大推杆33、小推杆20、推管30、复位杆11、复位弹簧12等零件组成，主流道冷料穴采用倒锥型结构，开模时透镜制品留在动模一侧。由图1和图2并结合图8可知，分流道凝料由一个大推杆33通过换向杆27的芯部顶出，而三合一透镜38制品由三个均匀分布的小推杆20顶出，单透镜26制品由一个推管30顶出，为了固定方便所有推杆或推管都采用带台肩的整体式结构，实现脱模机构对透镜由动模型腔的顺畅分离。

综上所述，本发明采用注射压缩成型方法与热流道方法综合的一种LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，压缩机构和换向机构的结构紧凑，压缩距离容易调节，运动稳定性好，对不同曲面形状的透镜及其相应构型的型芯和型腔适合性好，而且成型透镜的残余应力与翘曲变形小，可以实现低压注射和型腔内熔体压力均匀分布，改善透镜的翘曲率、透光率和折射率，成型效率高，节能降耗，能量损失少，材料利用效率高，成型加工周期短,满足模具的成型精度和加工效率以及透镜的光学性能要求。

Claims (5)

1.一种LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，其特征在于：模具由模架、浇注系统、导向机构、脱模机构、加热系统、压缩机构和换向机构组成，通过压缩机构的限位弹簧和限位杆作用，使得动模板与压缩板之间保持一定的压缩距离，定模仁与动模仁相互接触，动模仁镶件在透镜型腔中保留一定的压缩行程，注塑机向型腔注射熔料完成低压填充；通过注塑机的锁模力将压缩板推向动模板的底面，使得动模仁镶件向各自透镜的型腔局部施压完成精密成型。

2.根据权利要求1所述的LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，其特征在于：LED射灯非球面透镜具有结构对称性，透镜材料采用光学级PMMA、PC，具有很好的透光性和力学性能。

3.根据权利要求1所述的LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，其特征在于：压缩机构的压缩板在动模板与垫块之间，并与垫块和动模座板用螺钉刚性连接及与动模板通过限位弹簧柔性连接，动模仁镶件通过螺钉连接安装在压缩板上；压缩板与动模板的底面保持一定间隙，其间隙大小由压缩距离通过限位杆及限位螺钉实现；模具闭合后利用锁模力将压缩板推向动模板的底面，模具开启时利用限位弹簧和限位杆实现压缩板与动模板的分离。

4.根据权利要求1所述的LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，其特征在于：主流道用热咀代替注射模具的主流道衬套，浇注系统采用一模异腔的形式，分流道形状为S型，通过换向机构控制熔体流向不同构型的透镜型腔，分流道截面形状选择U形，在分型面上开设扇形浇口，实现浇注系统的热流道与冷流道共存。

5.根据权利要求1所述的LED射灯非球面透镜异腔注射压缩热流道模具，其特征在于：主流道冷料穴采用倒锥型结构，开模时透镜制品留在动模一侧，分流道凝料由一个大推杆顶出，而两个不同构型的透镜制品由三个均匀分布的小推杆或一个推管顶出，实现脱模机构对透镜由动模型腔的顺畅分离。