随着影像技术的高速发展，人们可以随时随地地将身边正在发生的事情、景物和人物录制在自己的相机或手机里。而这些高科技产品的核心零件正是有着高精度的光学元件。以往这种光学镜头都以玻璃为主材，但玻璃难免存在质量大、脆性大、价格高等缺点，因此近年来人们开始选用聚合物材料代替玻璃镜片，并逐渐应用在通信行业、医疗器械、汽车工业，以及信息行业。而能否实现批量生产关键在于注塑成型。

，注塑成型广泛用于塑件批量生产，但传统注塑成型技术难以达到光学元件的精度。若要达到所需的尺寸公差和表面质量，必须优化整条工艺链。经过多年的研究，如今可以通过精密注塑成型技术制成功能更多、价格合理的精密光学元件，满足市场的需求。

研究注塑成型工艺，能够发现精密注塑成型与传统注塑成型相比有六个明显不同。

一、产品结构设计

为了获得*佳的表面质量和*小的尺寸公差，产品结构设计是非常重要的。产品设计也标明塑件的尺寸公差。从一些经验得知，常见的设计原则如下：避免塑件局部壁厚，产生缩孔；控制*小壁厚的尺寸（材料决定）；在光学元件起作用的表面不能有孔、槽位等，防止形成熔接痕；壁厚变化不能太大，选择平稳过渡；保持塑件壁厚均匀。

由于塑料的稳定性比玻璃要差，所以塑料镜头折射率的准确性要比玻璃镜头低。一般而言，标准环境条件下，塑料镜片的折射率变化范围大于1%，而折射率的变化将会引起镜头焦距的变化。从物理实验可知，常见球面镜头的焦距是由折射率n，镜头厚度T和球半径R决定的，而且这三个参数对焦距的影响各不相同，其中又以折射率n影响*大。为了减小折射率的变化，在设计时必须严格标明镜头的形位公差和加工精度。

二、刀具设计

刀具设计与产品设计同样重要，切削效果会直接反映在塑件表面上。当塑件的精度达到微米级（μm）时，刀具的尺寸公差必须低于1μm。虽然这对于刀具设计不是一个简单的事情，但还是有许多刀具单元可供选择的。有一点值得注意的是：尺寸稳定的刀具需要高强度的材料，而且该材料能适应各种热处理工艺，而后者的重要性往往被忽视。实验证明，如果硬化钢的金相组织从奥氏体向马氏体转变的过程并没有*结束，材料的微观结构会发生变化，引起宏观的尺寸变化，即使在没有受载荷的情况下，也会发生0.01～0.001mm的变形。

三、注塑成型设备

注塑成型设备是整条工艺链的一个重要组成部分。注塑设备能够熔融、塑化聚合物，使其注入模具，不断循环。它需要精准地控制每一个工艺参数，例如注射温度、注射量、注射速率、型腔压力等等，注塑设备的精度决定了塑件的成型精度。

精密注塑成型设备是一个闭合回路，它的运作*受那些参数控制。注塑成型时，每一个机械动作都必须准确无误（例如两块模具安装板移动时的平行度），而且设备上所有的零部件都要求高度的稳定性。由于成型设备的驱动单元由电力传动，在**性和复现性方面有明显优势，适用于精密注塑成型。

四、模具车间的加工能力

除了设计元素，精密加工也是注塑成型一个非常重要的部分。模具加工必须经过精密的机械加工和紧密配合的装配流程。如果没有好好控制这一部分尺寸公差，后期的注塑成型加工将难以再修复塑件的尺寸公差，或者允许调节的注塑成型参数范围更窄了。随着高速切削的发展，可以预测，精密高速多轴铣削加工将慢慢取代EDM（放电加工）。

为了使模具镶件达到质量要求，可采用单晶金刚石作为机夹车刀的刀粒进行车削加工。金刚石车削的*大缺点是不能直接切削黑色金属，例如钢铁，因为铁会使金刚石磨损相当快。目前，一些企业在热处理工艺方面做了一些研究，就是通过改善合金工具钢的切削性能以达到单晶金刚石车削的效果。从初期的结果看起来非常有希望。当然我们还必须留意车削或铣削刀具本身，因为硬质合金车刀经过高速车削后，刀刃会磨损，就需要采用精密磨刀机重磨刀刃刀尖。我们要高度重视这些刀具的切削平面和切削刃，即使是切削刃上极小的瑕疵都会在成型后的产品上反映出来。

五、注塑成型工艺

注塑成型工艺可分为两种类型：传统注塑成型和注塑压缩成型。传统注塑成型时，塑料冷却过程中会产生内应力，改变塑件性能，引起镜头偏光。为了克服这个潜在的内应力，其中一种处理方法是塑件退火处理，但这种方**使塑件产生变形，不太合适。现在可以采用注塑压缩成型，注塑压缩成型常用于成型带有细微结构的产品，例如带有衍射功能的塑料镜头，它与传统注塑成型工艺有几点明显不同。概括其成型工艺参数范围如下：

注射压力（保压压力）：大于100MPa（因塑件或材料而定）；注塑速率：因模具、塑件、材料而定；塑化温度：200～320℃；模具温度：100～150℃；成型周期：0.5min以上。

因为精密注塑成型属于新型注塑方法，因此其成型参数没有经验可借鉴。为了获得合适的成型参数，可采用如下方法进行尝试。首先设计和制造一套注塑模（没有考虑收缩率），第二步选择其中一个注塑成型参数，将其划分为若干个微分，逐一进行注塑优化。然后检测成型后的塑件尺寸，根据塑件修改注塑模的形状和尺寸。这种方法所得到的工艺参数往往具有较高的稳定性和准确性。当然，要实施这个方案必须具备精密的测量设备（三坐标测量仪）、*的制模车间（多轴铣削中心）和设计部分的数学能力（仿真分析）。

六、技术人员能力

为了使塑件获得严格的尺寸公差，精密注塑成型从一开始就必须进行考虑。考虑光学设计、产品结构设计、成型工艺参数和成型设备等各方面因素，并将这些相互作用的多个因素作为一个整体统一考虑，不能忽略任何一个。因此需要聘请一些掌握*和经验丰富的设计工程师，他们能够完成例如光学设计、产品结构设计、刀具设计、有限元分析和模流分析等工作。从另一方面来讲，虽然如今注塑成型过程的大部分操作都能够通过电脑控制，实现全自动化生产，但是车间里仍然需要一些受过高等教育的高技术人才。因为精密注塑成型过程的控制是注塑成型领域里*前沿的一种技术。其典型特点是注塑机拥有*的控制界面，需要有人不间断地监控，并及时调整关键的工艺参数，因此人的因素非常重要。