塑料模具激光蚀纹机的关键技术研究

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塑料工业塑料模具激光蚀纹机的关键技术研究周泳全吴忆锋赵盛宇2肖永山1周逸2（1深圳信息职业技术学院信息控制与制造系，广东深圳518029 2深圳市海目星激光科技有限公司，广东深圳518101）扫描技术，对模具激光蚀刻原理进行了分析和探讨；对模具激光蚀刻工艺参数进行了优化；并设计了塑料产品常见的蚀纹图案。经过对模具激光蚀纹机的光学系统、机械系统、电气系统及软件系统等整体方案的设计及工艺141.激光束首先进入移动镜头，透过移动镜头之后，光束快速分散，直到进入一个或两个聚焦镜头。现在会聚的光束穿过镜头，并由一组X和Y镜片（这些镜片由振镜式扫描器移动）引导。X和Y镜片呈直角排列，向下引导光束，覆盖工作范围的长和宽。　　3D扫描振镜激光加工原理图在没有焦点校正的扫描振镜中，向任一轴向移动工作范围中心聚焦的激光光斑时，都会划出一个弧形，在工作范围上方产生一个聚焦点的球面。在远离工作范围中心的位置，激光光束没有聚焦。这是因为当扫描器将光束向远离工作范围中心的方向引导时，从镜头到工件的距离增加了。　　在3D扫描振镜中，通过微调移动镜头和聚集镜头之间的距离来实现聚焦补偿，由于扫描器通过第三个移动轴一“Z”轴在整个工作范围内引导光束，故而得名“3D扫描振镜”。Z轴即直线模块，它是用来将激光光斑沿光轴向下移动的光学机械组件。因此，激光束子系统能够装入不同的扫描振镜。激光束子系统的聚焦属性由直线模块决定。　　子的主效应及全部因子的二阶交互效应然后进行残1.3模具激光蚀刻加工工艺模具激光蚀刻工艺流程图如所示。工作过程原理描述如下：系统启动以后，首先装载激光蚀刻卡底层运行文件，之后用户方可在系统的硬件参数设置模块内对激光束、振镜延时等参数进行详细设置，并且导入图形文件进行显示和调整。　　模具激光蚀刻工艺流程图由于扫描头的有效像场范围有限，因此蚀刻目标必须限制在该有效像场内，否则会引起扫描头的严重受损。在选用自动蚀刻功能时，系统将依靠外触发电路来实施蚀刻操作，并且系统将随时对激光的运转状态进行检测，只要激光器发生故障，系统将自动停止一切的激光蚀刻操作。　　2激光蚀刻加工参数优化在激光蚀纹的加工过程中，加工工艺参数的优化对蚀刻质量起到至关重要的作用。参数设置不当，就将造成蚀刻粗糙度达不到设计要求，图案周边出现烧焦、脱渣等不良现象。影响蚀刻质量的机器加工参数主要有：激光功率（W）、激光焦距（mm）、单次蚀刻时间蚀刻次数、蚀刻速度（/）蚀刻角度（°）、蚀刻点直径屮m）等共7种参数。与被蚀刻模具材料相关的参数有：模具材料硬度（HRC）、模具表面粗糙度（Ra）、模具材料含碳量（%）等共3种参数。当对某模具进行蚀刻时，用户需要针对相应的模具材料参数设置最优的机器加工参数，他们可以通过具备人机交互功能界面的优化参数数据库中获得最佳加工参数。　　nrbDCE软件模块对初期试验数据进行了全因子设计分析，单一因子水平数量控制在3~4个。首先“拟合选定模型”，即在模型中包含全部因差分析，计算主效应P、二阶因子交互效应P！及其方差分析湾曲和失拟）P直的大小和作用，结合决定系数RS和R-S1（调整）的差值判定“拟合选定模型”是有效的51，否则要进一步修正响应变量粗糙度R的原模型。是DOE分析结果，即进一步细分的因子效应标准珀拉图（Paret0）。　　DOE分析结果根据上述DCE试验设计结果，塑料模具激光蚀纹机的人机交互功能界面，能自动输出优化的激光加工参数。　　3激光蚀纹图案数据库设计塑料模具蚀纹图案约60%是标准纹（含梨地花纹）近年国内外流行的美国模德公司的MT0000系列标准纹，就有近千种图案；另外40%主要是针对皮革纹、橘皮纹、木纹、雨花纹、射纹、亚光面等装饰花纹的需求。是类似于美国模德公司MT1005标准纹（梨地花纹）的样品，除了MT1000之外，MT1005是最细腻的标准纹，也是T电子产品中常用的纹理。从经过放大10倍的示意图中可以看出，在直径近1mm的区域内，设计了6多个形状各异的凹坑阴影部分）利用激光蚀刻能准确加工出设计的凹坑。凹坑之间的间距及凹坑的深度，决定了被蚀刻模具表面的粗糙度，从而可以通过粗糙度的测量，校验激光蚀刻加工的表面，是否达到了纹理的设计规格。依照MT1005标准纹的设计思路，可以逐步设计其他各类蚀纹图案，并建立相应的数据库，即建立电子标准纹板，让计算机能识别每个图案需要蚀刻的区域、位置、线条和面积。　　塑料工业年据激光蚀刻软件的上述功能需求及通用软件设计理念，按照软件工程理论中结构化程序设计思想和自顶向下、逐步细分的设计原则，将蚀刻软件功能划分为若干模块，各模块再细分为子模块。是通过对各子模块进行集成后的软件系统。　　坐标平移，一图形分解与显一1~图形大小调整激光蚀刻启动停m激光器控制指3振镜控制指令系统软件功能模块图字符数据库用于编辑和存储字符显示码；激光蚀刻卡指令系统用于编辑和管理激光蚀刻指令，实现底层硬件和应用软件之间的无缝连接；图形文件读取与分解包括图形分解与显示、坐标平移、图形大小调整等。　　根据激光对金属表面进行蚀刻的原理，通过3D激光扫描振镜技术，在系统软件的支持下，实现模具平面和曲面的蚀刻加工；根据DOE试验设计优化的加工参数，可以针对不同的模具钢材及其表面硬度，将蚀纹图案数据库中的任一纹理进行蚀刻加工。塑料模具激光蚀纹技术在生产成本、加工效率方面大大优于常规化学蚀纹，在加工质量方面也可以与此媲美。