CN204712390U - 一种led非球面透镜热流道注射压缩模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种LED非球面透镜热流道注射压缩模具，在注射阶段透镜型腔保留一定的压缩行程空间，在压缩阶段通过薄型液压缸向各个透镜的型腔同时局部施压，主流道采用主流道热喷嘴结构，通过冷流道与冷浇口把熔料输送到透镜型腔，成型透镜及其浇注系统凝料通过脱模机构从热流道注射压缩模具的动模顶出。动模模仁镶件通过螺钉连接安装在镶件载板上，镶件载板由安装在动模座板上的液压装置驱动，通过压缩机构实现对透镜型腔的压缩及压缩力的控制。用主流道热喷嘴代替一般注射模具的主流道衬套，熔料经过热喷嘴进入分流道，实现浇注系统的热流道与冷流道共存。热流道注射压缩模具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非球面透镜。

Description

一种LED非球面透镜热流道注射压缩模具

技术领域

本实用新型涉及塑料注射成型加工模具领域，具体涉及一种LED非球面透镜热流道注射压缩模具。

背景技术

透镜作为LED照明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非球面透镜作为配光器件在景观照明、汽车照明、道路照明、工矿照明等领域的应用越来越广泛。

LED非球面透镜通常采用光学级塑料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚碳酸酯（PC）注射成型加工，非球面特性使其成型难度要比普通球面透镜困难得多。LED非球面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。注射成型过程中其内部的残余应力使得透镜呈现各向异性的特征，导致LED非球面透镜产生折射率变化。LED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，难以保证透镜的形状精度和光学均一性。

LED非球面透镜质量受诸多因素影响，可能出现气孔和银纹，需要提高注射压力和注射速度；可能出现透镜粘模，需要合理设计模具结构，提高透镜成型模具型腔和型芯的制造精度。高的保压压力可以减少透镜的翘曲变形和体积收缩，而较长的冷却时间可以使透镜芯部冷却更均匀，从而使透镜的内部残余应力改善，折射率变化相应减小。

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。LED非球面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LED非球面透镜的面形精度和成像效果。

注射压缩成型将注射和压缩两种成型方式相结合，模具首次合模时动模和定模不完全闭合而预留一定的压缩间隙，随后向型腔内注射熔体，当填充模具型腔的熔体因冷却而体积收缩时模具再完全闭合，由压缩机构压实型腔中的熔体。注射压缩成型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。

在注射压缩成型方法基础上热流道技术的综合LED非球面透镜热流道注射压缩模具，通过主流道热喷嘴对浇注系统熔料状态有效控制，可以进一步降低成型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，能量损失少，减少凝料，材料利用效率高，成型加工周期短。因此，LED非球面透镜热流道注射压缩成型可以降低透镜的收缩、翘曲、残余应力及双折射现象，满足LED非球面透镜的成型加工精度和光学性能要求。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种LED非球面透镜热流道注射压缩模具，以解决或减少LED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、双折射现象等形状精度和光学均一性问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的。采用注射压缩成型方法，即在注射阶段模具型腔不完全闭合，透镜型腔保留一定的压缩行程空间，注塑机向型腔注射熔料完成填充；在压缩阶段通过薄型液压缸向各个透镜的型腔同时局部施压，直至模具型腔的完全闭合。采用热流道技术，即把一般冷流道系统的主流道采用主流道热喷嘴结构，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，避免在透镜光学表面形成浇口疤痕，从而完成LED非球面透镜热流道注射压缩成型加工。

所述LED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非球面透镜光学性能和成型加工精度的要求。

所述LED非球面透镜注射压缩成型方法采用模芯收缩，在动模板的底面加工一个凹槽，并在凹槽中放入镶件载板，动模模仁镶件通过螺钉连接安装在镶件载板上，而镶件载板由安装在动模座板上的液压装置驱动。在镶件载板下方安装有限位板，通过它对镶件载板的回程进行限制，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。

所述LED非球面透镜的热流道技术，用主流道热喷嘴代替一般注射模具的主流道衬套，熔料经过热喷嘴的加热与保温进入分流道。浇注系统采用一模六腔的形式，分流道形状分布为平衡式，分流道截面形状选择圆形，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非球面透镜热流道注射压缩模具，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，分流道凝料由四个大推杆顶出，而各透镜制品则分别由六个均匀分布的小推杆顶出，实现脱模机构对透镜由动模型腔的顺畅分离。综合注射压缩成型方法和热流道技术的LED非球面透镜成型模具，镶件单独加工制作，然后嵌入动模模仁和定模模仁中，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非球面透镜。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点。

1、采用注射压缩成型方法的LED非球面透镜热流道注射压缩模具，注射阶段需要的注射压力较低，压缩阶段各透镜型腔同时局部施压，压力在型腔内分布非常均匀，熔体间剪切作用和大分子取向程度小，降低了成型透镜的残余应力，透镜具有高的透光性及形状精度和低双折射，可以满足LED非球面透镜的光学均一性要求。

2、采用热流道技术的LED非球面透镜热流道注射压缩模具，通过主流道热喷嘴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，透镜的体积收缩均匀及翘曲变形小，可以满足LED非球面透镜的形状精度要求。

3、采用注射压缩成型方法与热流道技术综合的LED非球面透镜热流道注射压缩模具，可以进一步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，可以满足LED非球面透镜的成型加工精度和光学性能要求。

附图说明

图1是本实用新型LED非球面透镜热流道注射压缩模具的结构示意图。

图2是LED非球面透镜的正面构型图。

图3是LED非球面透镜的背面构型图。

图4是定模模仁镶件的构型图。

图5是动模模仁镶件的构型图。

图6是定模模仁的构型图。

图7是动模模仁的构型图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步详细的描述。

如图1所示，LED非球面透镜热流道注射压缩模具包含模架、浇注系统、导向机构、脱模机构和压缩机构等部分，主要由限位钉1、推杆固定板2、推板3、大推杆4、小推杆5、复位弹簧6、复位杆7、动模板8、动模模仁9、定模板10、定模模仁11、定模座板12、定位环13、主流道热喷嘴14、内六角螺钉15/19/20、定模模仁镶件16、透镜17、动模模仁镶件18、镶件载板21、限位板22、薄型液压缸23、动模座板24等零件组成。注塑机合模过程中，在注射阶段模具型腔不完全闭合，透镜型腔保留一定的压缩行程空间，注塑机向型腔注射熔料完成填充；在压缩阶段通过薄型液压缸23由镶件载板21和动模模仁镶件18向各个透镜17的型腔同时局部施压，直至模具型腔的完全闭合。采用主流道热喷嘴14使主流道内熔料始终保持熔融状态，通过冷流道与冷浇口把熔料输送到透镜型腔，避免在透镜光学表面形成浇口疤痕。注塑机开模过程中，动模部分与定模部分分开，大推杆4和小推杆5分别将分流道凝料和透镜17顶出，从而完成LED非球面透镜热流道注射压缩成型加工。注塑机在下一个工作循环的合模过程中：复位弹簧6促使推板3返回原位，定模板10和动模板8在导向机构的导柱与导套作用下实现精准定位。

如图2和3所示，所述LED非球面透镜17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非球面透镜光学性能和成型加工精度的要求。定模模仁镶件16的构型如图4所示，其一端面形状与透镜17的正面相对应。动模模仁镶件18的构型如图5所示，其一端面形状与透镜17的背面相对应。

LED非球面透镜热流道注射压缩模具的压缩机构主要由镶件载板21、限位板22和薄型液压缸23等零件组成，如图1所示。在动模板8的底面加工一个凹槽，并在凹槽中放入镶件载板21，动模模仁镶件18通过内六角螺钉19连接安装在镶件载板21上，而镶件载板21由安装在动模座板24上的薄型液压缸23驱动。在镶件载板21下方安装有限位板22，通过它对镶件载板21的回程进行限制，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。在压缩阶段通过对动模模仁镶件18施加一定的压缩力，型腔内熔料会产生逆流，由于浇口处熔料已经固化，使得透镜型腔的熔料更加紧密地贴近型腔表面，这对提高透镜17的面型精度十分有利，同时有效降低了收缩引起的残余应力和折射率变化。

LED非球面透镜热流道注射压缩模具的浇注系统由热流道与冷流道组成。采用主流道热喷嘴14代替一般注射模具的主流道衬套，熔料经过热喷嘴的加热与保温，通过定模模仁11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，主流道热喷嘴14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LED非球面透镜光学表面上形成浇口疤痕。由定模模仁11的构型图6可以看出，浇注系统采用一模六腔的形式，分流道形状分布为平衡式，这样各个透镜型腔的熔料填充时间和温度分布保持一致，达到很好的流动平衡及热平衡效果。分流道截面形状选择圆形，在分型面上开设扇形浇口，浇口沿进料方向宽度逐渐变宽而厚度逐渐变薄，使熔料经过扇形浇口时横向得到很好地分流，减少了定向和流纹等不良效应的产生，有效防止透镜17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。分流道采用两级结构，第一级分流道直径为6mm，第二级分流道直径为5mm。在第一级分流道的末端留有一定的长度冷料穴，以便从热流道主喷嘴14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，造成对透镜17的成型加工精度及光学性能不良影响。熔料通过第二级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。

LED非球面透镜热流道注射压缩模具的脱模机构主要由推杆固定板2、推板3、大推杆4、小推杆5等零件组成，如图1所示。为了便于熔料注射时能够顺利排出型腔内的残余气体以及透镜制品冷却后的脱模，分型面的位置选择在透镜凸缘底部，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。由动模模仁9的构型图7可以看出，分流道凝料由四个大推杆4顶出，而各透镜制品则分别由六个均匀分布的小推杆5顶出。由于推杆的截面尺寸较小，为加强其刚度，除四个大推杆4的尺寸为φ6外，其它三十六个小推杆5的尺寸为φ1.2且做成阶梯型，为了固定方便所有推杆都采用带台肩的整体式结构。

综上所述，本实用新型采用注射压缩成型方法和热流道技术的一种LED非球面透镜热流道注射压缩模具，镶件单独加工制作，然后嵌入动模模仁和定模模仁中，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。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，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，有效解决LED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、双折射现象等形状精度和光学均一性问题。成型透镜具有高的透光性及形状精度和低双折射，可以满足LED非球面透镜的成型加工精度和光学性能要求。

Claims (5)

1.一种LED非球面透镜热流道注射压缩模具，其特征在于：在注射阶段透镜型腔保留一定的压缩行程空间，在压缩阶段通过薄型液压缸向各个透镜的型腔同时局部施压，主流道采用主流道热喷嘴结构，通过冷流道与冷浇口把熔料输送到透镜型腔，成型透镜及其浇注系统凝料通过脱模机构从热流道注射压缩模具的动模顶出。

2.根据权利要求1所述的LED非球面透镜热流道注射压缩模具，其特征在于：LED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非球面透镜热流道注射压缩模具，其特征在于：在动模板的底面凹槽中放入镶件载板，动模模仁镶件通过螺钉连接安装在镶件载板上，镶件载板由安装在动模座板上的液压装置驱动，通过压缩机构实现对透镜型腔的压缩及压缩力的控制。

4.根据权利要求1所述的LED非球面透镜热流道注射压缩模具，其特征在于：用主流道热喷嘴代替一般注射模具的主流道衬套，熔料经过热喷嘴进入分流道，采用一模六腔形式，分流道形状分布为平衡式，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非球面透镜热流道注射压缩模具，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，分流道凝料由四个大推杆顶出，而各透镜制品则分别由六个均匀分布的小推杆顶出，实现脱模机构对透镜由动模型腔的顺畅分离，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非球面透镜。