透镜、成型模具及其成型方法

技术领域

本发明属于透镜加工技术领域，特别涉及一种透镜、成型模具及其成型方法。

背景技术

汽车灯具透镜用于均匀出光光线，为了减轻车灯重量，目前汽车前照灯通常应用透明塑件替代玻璃制作灯具透镜。由于灯具透镜的两端及中部壁厚差值较大，且灯具透镜最厚部分的厚度远大于传统注塑件厚度，采用一次注塑成型工艺会因透镜表面收缩量不均导致灯具透镜表面产生凹痕等情况，影响其配光效果。

现有技术通常采用多次注塑的方法来避免上述问题。中国专利CN114603891A公开了一种厚壁透镜的制作方法及注塑模具，如附图1所示，将厚壁透镜按其厚度方向进行分层，分为预成型层以及后成型层，并进行分级注塑；其中，预成型层的端面为外突的弧形面，后成型层的端面为平面，厚壁透镜的分层面为凹凸的起伏面。该方案中预成型层的最大厚度较大且各处厚度差异大，其底面在成型过程中仍旧容易出现因冷却不均匀导致的表面质量问题，无法满足透镜的光学性能要求。中国专利CN107379400A公开了一种汽车透镜转芯成型设备及汽车透镜成型方法，如附图2所示，分四次注塑成型，一次注塑形成基层透镜，构成透镜内芯，二次注塑形成一层将基层透镜包覆在内的注塑层，三次注塑形成位于注塑层底部的底部透镜层，四次注塑形成位于注塑层顶部的顶部透镜层，得到完整的汽车透镜。该方法需要进行四次注塑加工且每次注塑成型工位不同，抓取并转运工件的过程容易损伤工件型面，进而影响产品品质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能保证透镜表面质量的透镜、成型模具及其成型方法。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种透镜，透镜包括背面层、正面层，背面层与正面层之间有中间层，背面层、中间层、正面层的临近面密实连接构成，所述的正面层为均匀厚度且呈正面突出的光滑的曲面板，背面层为均匀厚度的板状。

一种用于加工前述透镜的成型模具，包括底模和第一上模、第二上模、第三上模。底模的中部内凹形成型腔，型腔的底部轮廓与透镜的背面轮廓吻合，型腔的周侧轮廓与透镜垂直于光轴方向上投影轮廓吻合，各上模相对布置的两侧面与型腔的对应侧壁构成在型腔进深方向上的直线位移配合；

第一上模的型面与透镜背面层正面及透镜背面层侧面吻合，第一上模、底模配合状态围合构成与透镜背面层吻合的成型腔室；

第二上模的型面包括与透镜正面层背面吻合的第二型面，第二型面在车高方向上的两侧边沿分别衔接第二周侧型面，第二周侧型面与透镜的上表面轮廓或下表面轮廓吻合，第二上模、底模配合状态围合构成与透镜的背面层、中间层吻合的成型腔室；

第三上模的型面包括与透镜正面轮廓吻合的第三型面，第三型面在车高方向上的两侧边沿分别衔接第三周侧型面，第三周侧型面与透镜的上表面轮廓或下表面轮廓吻合，第三上模、底模配合状态围合构成与透镜外轮廓吻合的成型腔室。

一种透镜成型方法，包括如下步骤：

A、底模与第一上模合模，向其围合形成的腔室内注塑形成透镜的背面层，开模；

B、底模与第二上模合模，向其围合形成的空腔内注塑形成一体式的中间层与背面层，开模；

C、底模与第三上模合模，向其围合形成的空腔内注塑形成成品透镜，开模后取出成品透镜，完成透镜的成型加工。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：透镜背面层的背面及正面层的背侧边沿构成光线入射面，透镜正面层的正面构成光线出射面，层厚均匀的背面层与正面层分次成型能有效避免注塑成型时透镜表面各处收缩量不一致导致的透镜入射或出射面的变形，从而保证透镜入射与出射面的品质及其光学性能。

附图说明

下面对本说明书各附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1、2是现有技术示意图；

图3、4是本发明透镜的立体示意图；

图5是本发明透镜的主视图；

图6是图5中A-A剖切示意图；

图7是图5中B-B剖切示意图；

图8是底模的示意图；

图9a是底模与第一上模配合状态沿车宽方向剖视的示意图；

图9b是底模与第一上模分离状态沿车宽方向剖视的示意图；

图10a是底模与第一上模配合状态沿车高方向剖切的示意图；

图10b是底模与第一上模分离状态沿车高方向剖切的示意图；

图11a是底模与第二上模配合状态沿车宽方向剖视的示意图；

图11b是底模与第二上模分离状态沿车宽方向剖视的示意图；

图12a是底模与第二上模配合状态沿车高方向剖切的示意图；

图12b是底模与第二上模分离状态沿车高方向剖切的示意图；

图13a是底模与第三上模配合状态沿车宽方向剖视的示意图；

图13b是底模与第三上模分离状态沿车宽方向剖视的示意图；

图14a是底模与第三上模配合状态沿车高方向剖切的示意图；

图14b是底模与第三上模分离状态沿车高方向剖切的示意图。

图中：1.透镜，2.配光纹理，3.上安装定位条，4.下安装定位条，10.背面层，11.背面层正面，12.背面层侧面，20.正面层，21.正面层背面，30.中间层，31.中间层背面，32.中间层正面，40.底模，41.型腔，50.第一上模，60.第二上模，61.第二型面，62.第二周侧型面，70.第三上模，71.第三型面，72.第三周侧型面。

具体实施方式

下面结合附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

一种透镜，透镜1包括背面层10、正面层20，背面层10与正面层20之间有中间层30，背面层10、中间层30、正面层20的临近面密实连接构成，所述的正面层20为均匀厚度且呈正面突出的光滑的曲面板，背面层10为均匀厚度的板状。

如附图3、4所示，透镜1的上表面、下表面整体平置，透镜1上侧靠近背面位置处设有凸置的上安装定位条3，透镜1下侧靠近背面位置处设有凸置的下安装定位条4。在使用时，透镜的背面层10面向车尾侧布置、正面层20面向车头侧布置，透镜1除上安装定位条3、下安装定位条4外的镜体厚度在车宽方向上由中心向两侧边缘逐渐减薄，具体如附图6所示，透镜镜体的正面为向正面突出的曲面、背面为向背面突出的曲面，透镜镜体正面外凸量大于其背面外凸量。应用时，光线自透镜1的底部入射，贯穿透镜1后自透镜1的顶部出射，即背面层10的背面和正面层20的背侧边沿构成光线的入射面，正面层20的正面构成光线出射面，应用注塑成型工艺生产透镜时，透镜1的背面层10、正面层20、中间层30分次成型，其中背面层10、正面层20呈层厚均匀的曲面板状能有效避免注塑成型时透镜表面各处收缩量差异过大导致的透镜入射或出射面的变形，从而保证透镜入射与出射面的品质及其光学性能。

为保障透镜1入射面、出射面的品质，如附图6所示，本实施例中背面层10均匀厚度且呈背面突出的表面光滑的曲面板状，正面层20厚度均匀且呈正面突出的表面光滑的曲面板状，中间层30充满背面层10与正面层20之间空隙。背面层10、正面层20、中间层30的相邻面相吻合。中间层背面31为向背面突出的与背面层正面11的内凹曲面吻合的光滑曲面，中间层正面32的左、右两侧与背面层侧面12顺齐衔接。正面层背面21为内凹式的光滑曲面，正面层背面21的左右两边能延伸至与背面层10的背面平齐位置处，即正面层20覆盖中间层30的正面并包覆背面层10与中间层30的结合面，正面层正面22为完整连续表面，从而能保证透镜1出射面的连续性与完整性。

为进一步减少注塑材料收缩影响透镜品质，背面层10与正面层20的层厚不宜过厚。优选方案为背面层10、正面层20的设计厚度小于透镜最大厚度的20％且背面层10、正面层20的设计厚度小于5mm。背面层10、正面层20厚度过大时，其成型后收缩两也会随之增大，进而会导致透镜1生产品质的降低。取注塑材料的成型收缩率为1％，当正面层20的设计厚度为5mm时，正面层20的收缩量约为0.05mm，对透镜光学性能影响较小。

本实施例中，透镜1整体平置的上表面处设有配光纹理2，如附图3所示，配光纹理2设于中间层30的上表面处，配光纹理2的前端邻近正面层背面21布置，配光纹理2的后端与上安装定位条3的基部相接。配光纹理2区域的前端边沿为弧线状，后端边沿为直线状，配光纹理2区域整体呈弓形。配光纹理2由若干延伸方向平行于车长方向并在车宽方向上等间隔布置的条纹组成。配光纹理2布设于中间层30的上表面处，中间层30一次注塑成型能保证配光纹理2的完整性进而保证其配光效果。

为便于脱模，如附图5、7所示，本实施例中上安装定位条3、下安装定位条4及位于其前侧的透镜1镜体的上表面和下表面为前侧间距小、后侧间距大的斜面。位于上安装定位条3、下安装定位条4后侧的透镜镜体1的上表面和下表面为前侧间距大、后侧间距小的斜面，该斜面使得上安装定位条3、下安装定位条4后侧的透镜镜体1的上表面和下表面与定位条的背面夹角呈钝角，从而方便作业人员观察与操作以便进行透镜1的安装作业。

优选方案中，所述的透镜1依次注塑背面层10、中间层30、正面层20成型为一体。本实施例中，透镜1在同一个底模40内依次按照背面层10、中间层30、正面层20的顺序注塑成型，各层的相邻面融合为一体。这样在生产过程中，背面层10在注塑成型后会发生收缩，中间层30注塑加工过程中注塑材料填补背面层10的收缩量能消除背面层10注塑收缩量导致的加工误差，正面层20注塑加工过程中注塑材料填补中间层30注塑加工后的收缩量能消除中间层30注塑收缩量导致的加工误差，这样成品透镜1的实际收缩量为正面层20的注塑加工的收缩量，能大大降低注塑材料收缩导致的透镜1表面品质问题。经实际应用证明，透镜1分三次注塑成型工艺与一次注塑成型工艺相比，成品率从70％以下提升至98％以上。

显然，当正面层20与背面层10的设计厚度一致时，背面层10为首次注塑加工，而正面层20注塑加工时需要补偿中间层30注塑加工收缩厚度，所以正面层20的注塑厚度必然大于等于背面层10的注塑厚度。

用于加工上述透镜的成型模具，如附图8-14b所示，包括底模40和第一上模50、第二上模60、第三上模70。其中，底模40如附图8所示，其中部内凹形成型腔41，型腔41的底部轮廓与透镜1的背面轮廓吻合，型腔41的周侧轮廓与透镜1垂直于光轴方向上投影轮廓吻合，各上模相对布置的两侧面与型腔41的对应侧壁构成在型腔41进深方向上的直线位移配合。第一上模50的型面与透镜背面层正面11及透镜背面层侧面12吻合，第一上模50、底模40配合状态围合构成与透镜背面层10吻合的成型腔室。第二上模60的型面包括与透镜正面层背面21吻合的第二型面61，第二型面61在车高方向上的两侧边沿分别衔接第二周侧型面62，第二周侧型面62与透镜的上表面轮廓或下表面轮廓吻合，第二上模60、底模40配合状态围合构成与透镜的背面层10、中间层30吻合的成型腔室。第三上模70的型面包括与透镜正面轮廓吻合的第三型面71，第三型面71在车高方向上的两侧边沿分别衔接第三周侧型面72，第三周侧型面72与透镜的上表面轮廓或下表面轮廓吻合，第三上模70、底模40配合状态围合构成与透镜1外轮廓吻合的成型腔室。

应用上述成型模具的透镜成型方法，包括如下步骤：

A底模40与第一上模50合模，向其围合形成的腔室内注塑形成透镜的背面层10，开模；

B底模40与第二上模60合模，向其围合形成的空腔内注塑形成一体式的中间层30与背面层10，开模；

C底模40与第三上模70合模，向其围合形成的空腔内注塑形成成品透镜1，开模后取出成品透镜1，完成透镜的成型加工。

生产加工便捷，透镜1在同一底模40内分三次成型，半成品工件可承托于底模40内进行转运，从而能可靠保证其表面品质，具体实施时，可以在加工线上依次布置第一上模50、第二上模60、第三上模70，多个底模40循环依次分别与各上模配合并完成注塑作业，便能高效高品质地实现透镜1的生产加工。