[发明专利]一种光学元件模具型腔设计方法及装置

说明书

本发明实施例公开了一种光学元件模具型腔设计方法及装置。本发明的光学元件模具型腔设计方法，考虑了聚合物的PVT特性，根据聚合物熔体的流动模型和PVT公式得到熔体的动力学模型进行优化仿真得到翘曲变形量，同时，还考虑了模具型腔在工作时会因为温度和压力而膨胀的因素，计算热膨胀量和压力膨胀量，结合翘曲变形量、热膨胀量和压力膨胀量综合得到整体变形量，以整体变相量计算模具型腔的第二网格节点坐标，充分考虑了PVT曲线、热膨胀和压力膨胀的因素，从而得到设计更为合理的模具型腔，可以加工出高精度几何要求的光学元件，解决了当前只通过均匀放大的设计方法设计光学元件模具型腔，难以加工出高精度几何要求的光学元件的技术问题。

技术领域

本发明涉及光学元件精密成型领域，尤其涉及一种光学元件模具型腔设计方法及装置。

背景技术

光学元件制造的主要方法为聚合物注塑成型，聚合物存在较大的收缩问题，这会对注塑成型造成极大的影响，注塑产品的主要缺陷都来自于收缩问题，如翘曲变形、尺寸精度差和缩孔等。

对此有大量学者进行了聚合物收缩行为的研究，依据粘弹性理论建立了数学模型。注塑模具型腔的设计的一般方法是依据聚合物生产厂商推荐的收缩率范围，结合生产经验选择其中的收缩率S，则模具型腔在产品尺寸的基础上均匀放大(1+S)倍。

在收缩率S的选择上，随着CAE技术的发展，通过仿真可以得到优化的S值，可以最大限度的提高产品的整体精度。在进行一般精度的塑料产品模具设计时(公差范围大于0.01mm)，这种均匀放大的简单方法可以满足要求。然而，在对精密的光学元件进行成型时，通过均匀放大很难适应生产需求，特别是涉及到光学成像的曲面面形精度要求时，微小的曲面偏差就会造成成像质量的锐减。

针对聚合物的收缩研究发现，聚合物的比容与收到的压力和温度有关，形成的关系曲线被称为PVT曲线，在不同的温度和压力环境下注射和保压，最终得到的产品收缩情况不同。由于熔融聚合物在填充模具型腔时，会出现压力损失和热传导现象，因此模具型腔不同部位的压力和温度不是一个恒定的值，存在梯度分布，采取单一的收缩率均匀放大模具型腔不符合实际规律，难以加工出几何精度高的产品。

同时，在研究聚合物收缩特性时，本身的模具型腔尺寸变化也需要进行考虑，在注塑生产过程中，模具温度会存在周期性的升高和下降，即高温熔体注射与保压阶段温度升高，进入冷却阶段则模具温度快速下降。在一定的范围内，金属模具存在线性热膨胀现象；且模具腔体内部存在较大的压力，也会导致模具型腔尺寸发生微小的扩大。因此，设计模具型腔时除了考虑聚合物本身的收缩之外，还需要综合考虑模具型腔的线性热膨胀和压力膨胀现象。

因此，导致了当前只通过均匀放大的设计方法设计光学元件模具型腔，难以加工出高精度几何要求的光学元件的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种光学元件模具型腔设计方法及装置，解决了当前只通过均匀放大的设计方法设计光学元件模具型腔，难以加工出高精度几何要求的光学元件的技术问题。

本发明提供了一种光学元件模具型腔设计方法，包括：

S1：在注塑成型仿真软件中对光学元件模型进行网格划分，得到光学元件模型的第一网格节点坐标；

S2：结合聚合物熔体的流动模型和PVT公式得到熔体的动力学模型，根据熔体的动力学模型以及注塑工艺参数通过注塑成型仿真软件进行仿真得到各个第一网格节点坐标对应的翘曲变形量△_si；

S3：根据模具型腔工作温度与模具型腔工作前温度的温度差以及模具型腔材料的热膨胀系数计算模具型腔的热膨胀量△_Ti，通过力学分析软件计算模具型腔的压力膨胀量△_Pi；