基于 CAE 技术的光学镜片熔接线优化设计
1 彭清连 2 魏文强 1* 丁立刚 1 江妙燕 1
（1.中山火炬职业技术学院，广东 中山 528436；2.中山联合光电科技股份有限公司，广东 中山 528436）摘 要：以光学镜片为研究对象，针对原设计方案，利用 CAE 技术找出可能存在的熔接线问题，通过改变浇口位置等方法得到解决，并通过试模得到验证。实践证明，将 CAE 技术应用于模具设计阶段，可以发现潜在的成型缺陷并对其进行优化，避免了重复试模改模，降低了模具成本。
关键词：光学镜片；熔接线；优化设计；注射成型；CAE；中图分类号：TQ320.66 文献标识码：B
引言
熔接线又称熔接痕、夹水纹，是由不同方向的熔融树脂的前部被冷却后，在接合处不能完全融合而形成的痕迹
[1] 。熔接线是注塑成型产
品中经常出现的一种成型缺陷，它不会影响产品的美观，降低产品的机械性能，但在光学镜片上更容易出现，因此如何解决熔接线问题就成为光学镜片注塑成型的一个重要课题。
本文以某光学镜片为例，运用 CAE 软件 Moldex3D 进行仿真分析，通过优化浇口位置或模具设计等方面来帮助解决熔接线这一难题。
1 塑件结构及工艺分析
1.1 塑件结构分析
某光学镜片 3D 截面如图 1 所示，最大外径为Φ10.9mm，边厚为2.499mm，中心厚度仅为 0.936mm。
图 1 非球面镜片结构
1.2 塑件工艺分析
由于 COC (环烯烃共聚物)的光学性能与 PMMA 相当，而且其耐热性也比 PC 高，尺寸稳定性也比 PMMA 和 PC 更好
[2] ，所以材料选择
了三井化学的 COCAPL5014DP。注塑温度采用材料推荐值 260℃，模具温度为 100℃，材料的 PVT 曲线和剪切率如图 2 所示，由图可知该材料流动性受注塑压力影响较大，注塑温度影响较小。
图 2 材料的 PVT 曲线和剪切率
1.3 模型的建立
依据产品尺寸、结构等因素确定采用一模八腔，利用 3D 软件生成实体模型，如图 3a 所示。再将模型文件转换成 STP 文件，导入Moldex3D3D 软件进行网格划分和优化，如图 3b 所示。
a-实体模型 b-网格模型
图 3 实体及网格模型
2 原始设计方案与分析
2.1 原始设计方案
依据产品及模具结构特点，将分型面初始设置在产品最大轮廓线上，采用 1 mm 厚的侧浇口方式进浇，见图 4。流道采用几何平衡式布置，流道直径为 3mm，如图 3a 所示。
图 4 原始方案
2.2 成型条件设定
射出机选用 FANUC-S-2000i50A 型，螺杆直径 22 mm，最大射出量 26.68 g，螺杆行程 75 mm，最大锁模力 50 吨。
充填过程采用 4 段注射，第 1 段螺杆行程 8mm 时射出速度设为12%；第 2 段螺杆行程 6.7mm 时，即熔体抵达浇口位置时，射出速度设为 5%；第 3 段螺杆行程 6.5mm 时，熔体加速填充中，射出速度设为10%；第 4 段螺杆行程 6.3mm 时射出速度降到 6%，便于排气；填充量达到 99%时，进入 V/P 转换阶段，保压压力设定为 1.2 sec，见图 5。
图 5 充填/保压设定
射出压力和保压压力均采用 1 段控制，射出压力设为不超过最大注塑机压力的 70%，保压压力设为不超过注塑机压力的 85%。
2.3 CAE 分析结果
熔体充填过程如图 6 所示，因镜片内外圈壁厚差距极大，导致熔体在外圈充填较快，内圈充填较慢，导致流动不平衡。当充填到达 98%的时候，填充末端区域流动前峰形成小于 120 度夹角（图 7），易出现熔接线线明显的问题。
