با پیشرفت سریع فناوری تصویربرداری، مردم می توانند در هر زمان و هر مکان، اتفاقات، مناظر و افراد اطراف خود را در دوربین یا تلفن همراه خود ثبت کنند. اجزای اصلی این محصولات با تکنولوژی بالا دقیقاً اجزای نوری با دقت بالا هستند. در گذشته در این نوع لنزهای نوری از شیشه به عنوان ماده اصلی استفاده می شد، اما شیشه به ناچار دارای معایبی از جمله کیفیت بالا، شکنندگی بالا و قیمت بالا می باشد. صنعت و صنعت اطلاعات کلید تولید انبوه قالب گیری تزریقی است.
همانطور که همه ما می دانیم، قالب گیری تزریقی به طور گسترده در تولید انبوه قطعات پلاستیکی استفاده می شود، اما فناوری قالب گیری تزریقی سنتی برای دستیابی به دقت اجزای نوری دشوار است. برای دستیابی به تلورانس های ابعادی و کیفیت سطح مورد نیاز، کل زنجیره فرآیند باید بهینه شود. پس از سال ها تحقیق، اکنون می توان قطعات نوری دقیق با عملکرد بیشتر و قیمت مناسب را از طریق فناوری قالب گیری تزریقی دقیق برای رفع نیازهای بازار ساخت.
با مطالعه فرآیند قالب گیری تزریقی، می توان دریافت که قالب گیری تزریقی دقیق دارای شش تفاوت آشکار در مقایسه با قالب گیری تزریقی سنتی است.
1. طراحی ساختار محصول
برای به دست آوردن بهترین کیفیت سطح و کوچکترین تلرانس ابعادی، طراحی ساختار محصول بسیار مهم است. طراحی محصول همچنین نشان دهنده تحمل ابعادی قطعات پلاستیکی است. از برخی تجربیات، اصول طراحی رایج به شرح زیر است: اجتناب از ضخامت دیواره موضعی قطعات پلاستیکی، که منجر به حفره های انقباض می شود. اندازه حداقل ضخامت دیوار را کنترل کنید (تعیین شده توسط مواد). هیچ سوراخ، شکاف و غیره نباید وجود داشته باشد. یک خط جوش تشکیل دهید. ضخامت دیوار نباید خیلی تغییر کند، یک انتقال صاف را انتخاب کنید. ضخامت دیواره قسمت پلاستیکی را یکنواخت نگه دارید.
از آنجایی که پلاستیک نسبت به شیشه پایداری کمتری دارد، دقت ضریب شکست عدسی های پلاستیکی کمتر از عدسی های شیشه ای است. به طور کلی، در شرایط محیطی استاندارد، دامنه تغییر ضریب شکست لنزهای پلاستیکی بیش از 1 درصد است و تغییرات ضریب شکست باعث تغییر در فاصله کانونی لنز می شود. از آزمایشهای فیزیکی میتوان فهمید که فاصله کانونی یک عدسی کروی معمولی با ضریب شکست n، ضخامت عدسی T و شعاع کروی R تعیین میشود و این سه پارامتر تأثیرات متفاوتی بر فاصله کانونی دارند که در میان آنها ضریب شکست n وجود دارد. بیشترین تأثیر را دارد. برای کاهش تغییر ضریب شکست، تلرانس هندسی و دقت پردازش لنز باید در طول طراحی به شدت مشخص شود.
2. طراحی ابزار
طراحی ابزار به اندازه طراحی محصول مهم است و اثر برش مستقیماً روی سطح قسمت پلاستیکی منعکس می شود. هنگامی که دقت قطعات پلاستیکی به سطح میکرون (μm) می رسد، تحمل ابعادی ابزار باید کمتر از 1 میکرومتر باشد. اگرچه این کار آسانی برای طراحی ابزار نیست، اما واحدهای ابزار زیادی برای انتخاب وجود دارد. شایان ذکر است که چاقوهای پایدار از نظر ابعادی به موادی با استحکام بالا نیاز دارند که می توانند عملیات حرارتی مختلفی را در خود جای دهند که اهمیت آنها اغلب نادیده گرفته می شود. آزمایش ها ثابت کرده اند که اگر فرآیند تبدیل ساختار متالوگرافی فولاد سخت شده از آستنیت به مارتنزیت به طور کامل تکمیل نشود، ریزساختار ماده تغییر می کند و باعث تغییرات ابعادی ماکروسکوپی، حتی در غیاب بار می شود. تغییر شکل 0.01 تا 0.001 میلی متر رخ خواهد داد.
3. تجهیزات قالب گیری تزریقی
تجهیزات قالب گیری تزریقی بخش مهمی از کل زنجیره فرآیند است. تجهیزات قالب گیری تزریقی، پلیمرها را ذوب می کنند، پلاستیکی می کنند، آنها را به قالب تزریق می کنند و به طور مداوم در گردش هستند. این نیاز به کنترل دقیق هر پارامتر فرآیند، مانند دمای تزریق، حجم تزریق، سرعت تزریق، فشار حفره و غیره دارد. دقت تجهیزات قالب گیری تزریقی، دقت قالب گیری قطعات پلاستیکی را تعیین می کند.
تجهیزات قالب گیری تزریقی دقیق یک حلقه بسته است و عملکرد آن کاملاً توسط آن پارامترها کنترل می شود. در طول قالب گیری تزریقی، هر عمل مکانیکی باید دقیق باشد (مانند موازی بودن دو صفحه نصب قالب هنگام حرکت)، و تمام قطعات روی تجهیزات به درجه بالایی از ثبات نیاز دارند. از آنجایی که واحد محرک تجهیزات قالبگیری توسط برق هدایت میشود، مزایای آشکاری در دقت و تکرارپذیری دارد و برای قالبگیری تزریقی دقیق مناسب است.
4. ظرفیت پردازش کارگاه قالب
جدا از عناصر طراحی، ماشینکاری دقیق نیز بخش بسیار مهمی از قالب گیری تزریقی است. پردازش قالب باید از طریق ماشینکاری دقیق و فرآیند مونتاژ نزدیک انجام شود. اگر این قسمت از تحمل ابعادی به خوبی کنترل نشود، تعمیر تلورانس ابعادی قطعه پلاستیکی در فرآیند قالب گیری تزریقی بعدی دشوار خواهد بود، یا محدوده پارامترهای قالب گیری تزریقی قابل تنظیم باریک تر است. با توسعه برش با سرعت بالا، می توان پیش بینی کرد که فرز چند محوره با سرعت بالا به تدریج جایگزین EDM (ماشینکاری تخلیه) خواهد شد.
برای اینکه درج قالب مطابق با الزامات کیفیت باشد، می توان از الماس تک کریستال به عنوان دانه ماشین ابزار برای تراش استفاده کرد. بزرگترین عیب تراشکاری الماس این است که نمی تواند مستقیماً فلزات آهنی مانند فولاد را برش دهد، زیرا آهن به سرعت الماس را فرسوده می کند. در حال حاضر، برخی از شرکتها تحقیقاتی در مورد فرآیند عملیات حرارتی انجام دادهاند، که برای دستیابی به اثر تراشکاری الماس تک کریستالی با بهبود عملکرد برش فولاد ابزار آلیاژی است. نتایج اولیه بسیار امیدوارکننده به نظر می رسند. البته باید به خود ابزار تراشکاری یا فرز نیز توجه کنیم، زیرا لبه برش ابزار تراش کاربید سیمانی پس از چرخش با سرعت بالا فرسوده می شود، بنابراین لازم است از دستگاه تیز کن دقیق برای تیز کردن مجدد استفاده شود. نوک لبه برش ما به صفحه برش و لبه برش این ابزار توجه زیادی داریم، حتی کوچکترین ایرادات روی لبه برش در محصول شکل گرفته منعکس می شود.
5. فرآیند قالب گیری تزریقی
فرآیند قالب گیری تزریقی را می توان به دو نوع تقسیم کرد: قالب گیری تزریقی سنتی و قالب گیری تزریقی. در قالبگیری تزریقی سنتی، در طی فرآیند خنکسازی پلاستیک، تنش داخلی ایجاد میشود که باعث تغییر عملکرد قطعه پلاستیکی و پلاریزه شدن لنز میشود. برای غلبه بر این تنش بالقوه داخلی، یکی از روش های درمان آنیل کردن قطعات پلاستیکی است، اما این روش باعث تغییر شکل قطعات پلاستیکی می شود که مناسب نیست. اکنون می توان از قالب گیری فشرده سازی تزریقی استفاده کرد. قالب گیری فشرده سازی تزریقی اغلب برای تشکیل محصولات با ساختارهای ظریف مانند لنزهای پلاستیکی با عملکرد پراش استفاده می شود. از چندین جهت آشکار با فرآیند قالب گیری تزریقی سنتی متفاوت است. دامنه پارامترهای فرآیند قالب گیری آن به شرح زیر خلاصه می شود:
فشار تزریق (فشار نگهداری): بیشتر از 100MPa (بسته به قطعات یا مواد پلاستیکی)؛ میزان تزریق: بسته به قالب، قطعات پلاستیکی و مواد. دمای پلاستیک سازی: 200-320 درجه ; دمای قالب: 100-150 درجه ; چرخه قالب گیری: بیش از 0.5 دقیقه
از آنجایی که قالب گیری تزریقی دقیق نوع جدیدی از روش قالب گیری تزریقی است، هیچ تجربه ای برای یادگیری از پارامترهای قالب گیری آن وجود ندارد. برای به دست آوردن پارامترهای قالب گیری مناسب می توان از روش های زیر استفاده کرد. ابتدا مجموعه ای از قالب های تزریق را طراحی و تولید کنید (بدون در نظر گرفتن میزان انقباض) و در مرحله دوم یکی از پارامترهای قالب گیری تزریقی را انتخاب کرده و به چندین دیفرانسیل تقسیم کرده و بهینه سازی قالب گیری تزریقی را یکی یکی انجام دهید. سپس اندازه قسمت پلاستیکی قالبگیری شده را شناسایی کنید و شکل و اندازه قالب تزریق را مطابق با قسمت پلاستیکی تغییر دهید. پارامترهای فرآیند به دست آمده با این روش اغلب از ثبات و دقت بالایی برخوردار هستند. البته تجهیزات اندازه گیری پیچیده (دستگاه اندازه گیری مختصات)، قالب سازی پیشرفته (مرکز فرز چند محوره) و قابلیت های ریاضی قسمت طراحی (تحلیل شبیه سازی) برای اجرای این راه حل ضروری است.
6. توانایی تکنسین ها
برای دستیابی به تلورانس های ابعادی محکم برای قطعات پلاستیکی، قالب گیری تزریقی دقیق باید از همان ابتدا در نظر گرفته شود. عوامل مختلفی مانند طراحی نوری، طراحی ساختار محصول، پارامترهای فرآیند قالبگیری و تجهیزات قالبگیری را در نظر بگیرید و این عوامل متقابل را به عنوان یک کل در نظر بگیرید و هیچکس را نمیتوان نادیده گرفت. بنابراین، استخدام چند مهندس طراحی با تکنولوژی بالا و با تجربه که می توانند کارهایی مانند طراحی نوری، طراحی ساختار محصول، طراحی ابزار، تجزیه و تحلیل اجزای محدود و آنالیز جریان قالب را انجام دهند، ضروری است. از سوی دیگر، اگرچه اکثر عملیات در فرآیند قالبگیری تزریقی میتواند توسط رایانهها برای تحقق تولید کاملاً خودکار کنترل شود، برخی از استعدادهای با تحصیلات بالا و فناوری بالا هنوز در کارگاه مورد نیاز است. زیرا کنترل فرآیند قالب گیری تزریقی پیشرفته ترین تکنولوژی در زمینه قالب گیری تزریقی است. ویژگی معمولی آن این است که دستگاه قالب گیری تزریقی دارای یک رابط کنترل پیشرفته است که به شخصی نیاز دارد تا به طور مداوم پارامترهای فرآیند کلیدی را نظارت و به موقع تنظیم کند، بنابراین عامل انسانی بسیار مهم است.
با قالب گیری تزریقی دقیق، اپتیک پلیمری را می توان در حجم بالا و با دقت بالا تولید کرد. البته این تازه شروع کار است. قالبگیری تزریقی دقیق هنوز از برخی جنبهها مانند: تحقیق و توسعه مواد پلیمری، طراحی تجهیزات قالبگیری تزریقی، تشخیص وضعیت قالب، اندازهگیری دقیق قطعات پلاستیکی و استفاده از نرمافزار تحلیل شبیهسازی قالبگیری کامل نیست. این تحقیقات مطمئناً لنزهای اپتیکال پلاستیکی بهتری را در اختیار مردم قرار می دهد.
