高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)研究

摘要：隨著新型加工技術(shù)的發(fā)展，眼鏡制造加工行業(yè)也迎來了全新的發(fā)展機(jī)遇，。在新的時代背景下，如何提高眼鏡產(chǎn)品生產(chǎn)效率，并提升消費(fèi)者的使用體驗(yàn)，成為亟待解決的重要課題。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際與市場需求，采用激光掃描儀技術(shù)，對樣品輪廓數(shù)據(jù)坐標(biāo)予以測量，選用塑件的結(jié)構(gòu)形狀眼鏡框，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer-Aided Design，CAD）CAD軟件生成3D模型，再通過具體的腔型、流道設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高效 率 眼鏡框 模具設(shè)計(jì) CAD軟件

Research on the Design of High Efficiency Eyeframe Mold

TIAN Xiaobo

（Wenzhou Lishang Glasses Manufacturing Co.， Ltd.， Wenzhou， Zhejiang Province， 325019 China）

Abstract： Abstract： With the development of new processing technologies， the eyewear manufacturing and processing industry has also ushered in new development opportunities. In the context of the new era， hHow to improve the production efficiency of eyewear products and enhance the user experience of consumers has become an important issue that urgently needs to be solved. In order to achieve this goal，" combined with production reality and market demand， laser scanner technology should be usedis proposed to measure the coordinates of sample contour data based on production reality and market demand.， select Tthe structural shape of plastic parts for eyeglass frames should be selected， generate and 3D models should be generated using computer-aided design （CAD） software. ， and Tthen， it" achieves efficient high-efficiency eyeglass frame mold design through specific cavity and channel design.

Key Wwords： High efficiency; Eyeglass frame; Mold design; CAD software

根據(jù)國家衛(wèi)健委數(shù)據(jù)顯示，我國近視人口高達(dá)7億人，眼鏡已成為近視人口日常生活不可或缺的物品。眼鏡框作為眼鏡生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將直接影響到眼鏡產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)效率，。為更好地滿足市場需求，研發(fā)一種高效率眼鏡框模具顯得尤為重要。

1 高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)的核心理念在于確保生產(chǎn)的效率與產(chǎn)品的卓越品質(zhì)，主要包括眼鏡框的結(jié)構(gòu)組成與材料選擇、模具設(shè)計(jì)的核心原則及和流程，、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的精確控制。

第一，眼鏡框的構(gòu)造與材質(zhì)。為了提高模具設(shè)計(jì)的效率，本文擬采用為共聚甲醛（Polyoxymethylene， POM） 塑料作為材料選擇，以確保模具設(shè)計(jì)能夠契合生產(chǎn)需求。第二，模具設(shè)計(jì)的核心原則與流程。精確性、可靠性是模具設(shè)計(jì)遵循的基本原則，旨在滿足生產(chǎn)要求并降低生產(chǎn)成本，。在流程中，要做好數(shù)據(jù)獲取與造型過程分析，以此大大提高設(shè)計(jì)效率。第三，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的精確控制。在材料力學(xué)性能、注塑成型工藝參數(shù)等方面，應(yīng)有明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在降低生產(chǎn)成本的同時，能夠滿足提升生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)目標(biāo)[1]。

2" 高效率眼鏡框的外觀設(shè)計(jì)與塑料成型

2.1" 高效率眼鏡框外觀設(shè)計(jì)

2.1.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

眼鏡框作為精密注塑件，其模具設(shè)計(jì)的精確性高度依賴于數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)獲取。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，采用尖端的3D激光掃描技術(shù)，對實(shí)物眼鏡框予以全面細(xì)致的掃描。在掃描過程中，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤，需要選擇一個既平穩(wěn)又便于定位的基準(zhǔn)面，通常情況下，鏡框的底面或側(cè)面是理想的選擇。此外，根據(jù)眼鏡框的復(fù)雜程度與及尺寸規(guī)格，需要靈活調(diào)整掃描點(diǎn)距，以確保數(shù)據(jù)的精細(xì)度與掃描效率之間的最佳平衡。對于多數(shù)眼鏡框而言，掃描點(diǎn)距建議設(shè)置在0.02～0.1 mm的范圍內(nèi)，這樣既能夠保證數(shù)據(jù)的精確性，又能夠有效控制掃描所需時間[2]。

2.1.2" 曲線創(chuàng)建

曲線作為構(gòu)建曲面的基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的最終形狀起著決定性作用。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer-Aided Design，CAD）CAD軟件中，借助Spline或Bezier等曲線創(chuàng)建工具，依據(jù)截面上的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，繪制出與實(shí)物高度一致的輪廓曲線，。為確保曲線的流暢度與精確度，必須謹(jǐn)慎設(shè)置控制點(diǎn)的數(shù)量及其分布位置。通常，控制點(diǎn)的增加會提升曲線與點(diǎn)云數(shù)據(jù)的匹配程度，但也可能使曲線變得過于繁復(fù)，給后續(xù)的曲面構(gòu)建帶來挑戰(zhàn)。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況，在匹配度與流暢性之間尋求一個最佳的平衡點(diǎn)[3]。

2.1.3" 曲面構(gòu)建

針對眼鏡框的形狀特征，主要采用邊界曲面（Bounded Surface）方法進(jìn)行構(gòu)建。在CAD軟件中，通過選擇相應(yīng)的曲面構(gòu)建功能，并依照順序選定曲線作為邊界線，便能初步生成曲面模型。然而，初步生成的曲面往往難以直接滿足設(shè)計(jì)要求，為此，需要對曲面進(jìn)行細(xì)致的光順性評估與必要的調(diào)整。通過全面檢查曲面的曲率變化、與其他曲面的銜接連續(xù)性以及、曲面與原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的匹配程度，可以準(zhǔn)確評估曲面的整體質(zhì)量，。對于質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的曲面，可以通過調(diào)整邊界曲線的形態(tài)、增減控制點(diǎn)數(shù)量，或者借助曲面編輯工具（例如Smooth或Deform）來對其進(jìn)行有效的修正。

2.1.4" 實(shí)體生成與細(xì)化設(shè)計(jì)

在CAD軟件中，通過執(zhí)行如Boolean運(yùn)算或Lofting等實(shí)體生成指令，將各個曲面巧妙地組合成一個完整的3D實(shí)體模型，。該實(shí)體模型還需要經(jīng)過一系列精細(xì)化的設(shè)計(jì)處理，包括但不限于倒圓角、增設(shè)固定孔以及、調(diào)整具體尺寸等。最后，充分利用CAD軟件的鏡像功能，輕松生成眼鏡框的最終3D模型；。鏡像后的模型還需要經(jīng)過嚴(yán)格的檢查與細(xì)致的對比，以確保其左右兩側(cè)達(dá)到完美的對稱效果，并全面滿足高效率模具設(shè)計(jì)要求[4]。

2.2 高效率眼鏡框 塑料成型

2.2.1" 結(jié)構(gòu)分析

選用共聚甲醛（POM）材質(zhì)作為眼鏡框，在提供耐用性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，確保了佩戴的舒適度。將所述塑料嵌件嵌入所述動模內(nèi)，使得所述嵌件集中，便于裝配，同時也簡化了所述模具的結(jié)構(gòu)，降低制造困難，提高制造效率[5]。

2.2.2" 成型過程分析

原材料經(jīng)過干燥、塑化，予以預(yù)烘干并合模，再經(jīng)過注射、保壓，待冷卻后脫模。共聚甲醛（POM）注塑成型工藝參與如見表21所示。

根據(jù)國家衛(wèi)健委數(shù)據(jù)顯示，我國近視人口高達(dá)7億人，眼鏡已成為近視人口日常生活不可或缺的物品。眼鏡框作為眼鏡生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將直接影響到眼鏡產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)效率。為更好地滿足市場需求，研發(fā)一種高效率眼鏡框模具顯得尤為重要。

1 高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)的核心理念在于確保生產(chǎn)的效率與產(chǎn)品的卓越品質(zhì)，主要包括眼鏡框的結(jié)構(gòu)組成與材料選擇、模具設(shè)計(jì)的核心原則和流程、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的精確控制。

第一，眼鏡框的構(gòu)造與材質(zhì)。為了提高模具設(shè)計(jì)的效率，本文擬采用共聚甲醛（Polyoxymethylene，POM） 塑料作為材料選擇，以確保模具設(shè)計(jì)能夠契合生產(chǎn)需求。第二，模具設(shè)計(jì)的核心原則與流程。精確性、可靠性是模具設(shè)計(jì)遵循的基本原則，旨在滿足生產(chǎn)要求并降低生產(chǎn)成本。在流程中，要做好數(shù)據(jù)獲取與造型過程分析，以此大大提高設(shè)計(jì)效率。第三，關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的精確控制。在材料力學(xué)性能、注塑成型工藝參數(shù)等方面，應(yīng)有明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在降低生產(chǎn)成本的同時，能夠滿足提升生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)目標(biāo)[1]。

2" 高效率眼鏡框的外觀設(shè)計(jì)與塑料成型

2.1" 高效率眼鏡框外觀設(shè)計(jì)

2.1.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

眼鏡框作為精密注塑件，其模具設(shè)計(jì)的精確性高度依賴數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)獲取。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，采用尖端的3D激光掃描技術(shù)，對實(shí)物眼鏡框予以全面細(xì)致的掃描。在掃描過程中，為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤，需要選擇一個既平穩(wěn)又便于定位的基準(zhǔn)面，通常情況下，鏡框的底面或側(cè)面是理想的選擇。此外，根據(jù)眼鏡框的復(fù)雜程度與尺寸規(guī)格，需要靈活調(diào)整掃描點(diǎn)距，以確保數(shù)據(jù)的精細(xì)度與掃描效率之間的最佳平衡。對于多數(shù)眼鏡框而言，掃描點(diǎn)距建議設(shè)置在0.02～0.1 mm的范圍內(nèi)，這樣既能夠保證數(shù)據(jù)的精確性，又能夠有效控制掃描所需時間[2]。

2.1.2" 曲線創(chuàng)建

曲線作為構(gòu)建曲面的基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的最終形狀起著決定性作用。在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer-Aided Design，CAD）軟件中，借助Spline或Bezier等曲線創(chuàng)建工具，依據(jù)截面上的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，繪制出與實(shí)物高度一致的輪廓曲線。為確保曲線的流暢度與精確度，必須謹(jǐn)慎設(shè)置控制點(diǎn)的數(shù)量及其分布位置。通常，控制點(diǎn)的增加會提升曲線與點(diǎn)云數(shù)據(jù)的匹配程度，但也可能使曲線變得過于繁復(fù)，給后續(xù)的曲面構(gòu)建帶來挑戰(zhàn)。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況，在匹配度與流暢性之間尋求一個最佳的平衡點(diǎn)[3]。

2.1.3" 曲面構(gòu)建

針對眼鏡框的形狀特征，主要采用邊界曲面方法進(jìn)行構(gòu)建。在CAD軟件中，通過選擇相應(yīng)的曲面構(gòu)建功能，并依照順序選定曲線作為邊界線，便能初步生成曲面模型。然而，初步生成的曲面往往難以直接滿足設(shè)計(jì)要求，為此，需要對曲面進(jìn)行細(xì)致的光順性評估與必要的調(diào)整。通過全面檢查曲面的曲率變化、與其他曲面的銜接連續(xù)性、曲面與原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的匹配程度，可以準(zhǔn)確評估曲面的整體質(zhì)量。對于質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的曲面，可以通過調(diào)整邊界曲線的形態(tài)、增減控制點(diǎn)數(shù)量，或者借助曲面編輯工具（如Smooth或Deform）來對其進(jìn)行有效的修正。

2.1.4" 實(shí)體生成與細(xì)化設(shè)計(jì)

在CAD軟件中，通過執(zhí)行如Boolean運(yùn)算或Lofting等實(shí)體生成指令，將各個曲面巧妙地組合成一個完整的3D實(shí)體模型。該實(shí)體模型還需要經(jīng)過一系列精細(xì)化的設(shè)計(jì)處理，包括但不限于倒圓角、增設(shè)固定孔、調(diào)整具體尺寸等。最后，充分利用CAD軟件的鏡像功能，輕松生成眼鏡框的最終3D模型。鏡像后的模型還需要經(jīng)過嚴(yán)格的檢查與細(xì)致的對比，以確保其左右兩側(cè)達(dá)到完美的對稱效果，并全面滿足高效率模具設(shè)計(jì)要求[4]。

2.2 高效率眼鏡框塑料成型

2.2.1" 結(jié)構(gòu)分析

選用POM材質(zhì)作為眼鏡框，在提供耐用性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，確保了佩戴的舒適度。將所述塑料嵌件嵌入所述動模內(nèi)，使所述嵌件集中，便于裝配，同時也簡化了所述模具的結(jié)構(gòu)，降低制造困難，提高制造效率[5]。

2.2.2" 成型過程分析

原材料經(jīng)過干燥、塑化，予以預(yù)烘干并合模，再經(jīng)過注射、保壓，待冷卻后脫模。POM注塑成型工藝如表1所示。

3 高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)

3.1 分型面選擇與型腔設(shè)計(jì)

在高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)中，分型面的選取是極為關(guān)鍵的一環(huán)，直接關(guān)乎模具的復(fù)雜度、塑件的脫模難易程度與產(chǎn)品的最終表面品質(zhì)。鑒于眼鏡框的結(jié)構(gòu)特性和注塑工藝的具體需求，本文選擇了單個分型面設(shè)計(jì)，并將此分型面精確地設(shè)置在塑件的最大橫截面上。這一設(shè)計(jì)不僅有效簡化了模具的構(gòu)造，還確保了在開模過程中塑件能夠輕松與動模分離，從而顯著降低了脫模的難度，提高了制造效率。

從脫模角度出發(fā)，需確保塑件順利脫出模具，是保持生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。如果在脫模時發(fā)生倒模、卡殼等情況，不但會對塑件產(chǎn)生直接的損傷，而且還會增加模具的維護(hù)費(fèi)用，使整個生產(chǎn)周期變得更長。在選取分型面時，一般都是把它設(shè)在最大的輪廓線上。例如，如果眼睛框的最大外直徑為140mm，則分離面可以設(shè)定在距邊框5～8mm處，一方面為塑件留出了足夠的空間進(jìn)行脫模，另一方面，又能有效地降低毛邊，提高制品的外觀質(zhì)量。另外，分型面應(yīng)該盡可能地簡潔、平坦，這既可以減少模具的制作困難，又可以有效地控制模具的生產(chǎn)成本。在型腔設(shè)計(jì)中，應(yīng)先根據(jù)預(yù)計(jì)的生產(chǎn)批次，決定模具的確切數(shù)目。如果預(yù)期每年眼鏡量在50萬副左右，則一模兩腔結(jié)構(gòu)較為合適。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以滿足產(chǎn)品的要求，而且可以使模具的結(jié)構(gòu)比較簡單，方便以后的維修和維護(hù)。適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)模腔布置，以保證在注射時，熔融物可以均勻的流動，以降低制品的大小誤差。針對眼鏡框的模腔，澆口位置通常選在制品比較厚的地方，例如鏡架和鏡腳的連接處，澆口的直徑一般為2～3mm，以保證塑膠能迅速、均勻地充填模腔。另外，還必須將模具的尺寸精度控制在±0.02mm，且表面粗糙度 Ra≤0.8μm，以確保眼鏡框的外形及尺寸精度。

3.2 主流道設(shè)計(jì)

本文選擇圓錐形主流道設(shè)計(jì)，這種形狀不僅促進(jìn)了塑料熔體的順暢流動，還有效防止了高壓熔體的外溢。主流道與注射機(jī)噴嘴的接口處創(chuàng)新地設(shè)計(jì)為半球形凹坑，這一設(shè)計(jì)不僅擴(kuò)大了接觸面積、增強(qiáng)了密封性能，還有效規(guī)避了注塑過程中的漏料問題。根據(jù)注射機(jī)噴嘴的具體規(guī)格，將凹坑球半徑設(shè)定為噴嘴球半徑加1.5 mm，主流道小端直徑則較噴嘴孔直徑大0.8 mm，并選用4°的錐角，以確保塑料熔體能夠無障礙地流入型腔[6]。

為簡化加工和模具裝配流程，將主流道設(shè)計(jì)為獨(dú)立的流道襯套形式，采用耐磨、耐腐蝕性能優(yōu)異的P20鋼材，并經(jīng)過熱處理淬火至洛氏硬度58HRC，以確保其長期使用的耐久性與穩(wěn)定性。鑒于眼鏡框材料為POM，其熔融溫度高且流動性良好，特別將主流道的小端直徑定為6 mm、大端直徑設(shè)為10 mm，以保障塑料熔體能夠充分且均勻地填充型腔。同時，凹坑球半徑被精確設(shè)定為16 mm，以完美適配注射機(jī)噴嘴并防止漏料。此外，本文采用了H7/m6的配合公差，并確保澆口套的制造精度達(dá)到IT6級，以實(shí)現(xiàn)澆口套與定模板之間的緊密配合。主流道的錐角保持為4°，既有利于塑料熔體的流暢流動，又便于澆口套的加工和安裝。還將內(nèi)壁粗糙度控制在Ra0.4μm以內(nèi)，以降低塑料熔體流動時的阻力。

3.3 模具結(jié)構(gòu)

在注塑外側(cè)邊緣增設(shè)了一條輔助流道，直徑為0.04～0.2 mm，可以實(shí)現(xiàn)二次注塑，第二次注塑過程將有效遮蓋首次注塑所遺留的殘?jiān)瑥亩_保眼鏡框的整潔、美觀。注塑材料從中間位置向兩側(cè)均勻擴(kuò)散，不僅提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，并且由于澆道二出口設(shè)計(jì)得極為細(xì)小，二次注塑時幾乎不會生成新的殘?jiān)?，因此省略了去除殘?jiān)牟襟E。為此，可以顯著提高生產(chǎn)效率，并且使最終的眼鏡框更加精致美觀。通過在主腔與輔流腔的銜接部位進(jìn)行特殊的弧形過渡，減小了熔體的流動阻力，保證了物料的流暢，消除了應(yīng)力的集中，提高了整個眼框的強(qiáng)度，減小了裂紋的發(fā)生。同時，通過精確計(jì)算出的直徑、間距和水流流速，保證了眼鏡框快速、均勻冷卻。3.4 成型過程分析

采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助工程 （Computer-Aided Engineering ，CAE）分析工具，對眼鏡框模具進(jìn)行全面的成型過程仿真，精確展現(xiàn)了塑料熔體在注塑過程中的各階段流動情況，并預(yù)估了潛在的成型缺陷，包括收縮、氣孔、變形、熔接線等。此外，模擬結(jié)果還提供了關(guān)鍵的纖維排列方向信息，這對眼鏡框的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度至關(guān)重要，為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了必要的數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié)語

綜上所述，從眼鏡框的構(gòu)造與材質(zhì)、模具設(shè)計(jì)的核心原則與流程、關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的精確控制3個方面，本文詳盡剖析了高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。此外，借助尖端的激光掃描技術(shù)，精確獲取了樣品輪廓的數(shù)據(jù)坐標(biāo)，為模具設(shè)計(jì)的后續(xù)步驟打下了穩(wěn)固的基礎(chǔ)。在材料選擇上，采用了性能卓越的塑件結(jié)構(gòu)眼鏡框，并融合CAD軟件構(gòu)建出精細(xì)且逼真的3D模型，極大地提升了設(shè)計(jì)的直觀性與效率。同時，針對腔型與流道的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，深入權(quán)衡了生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)之間的微妙關(guān)系，經(jīng)過多輪優(yōu)化與實(shí)證測試，最終圓滿達(dá)成了高效率眼鏡框模具的設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過融合理論分析與實(shí)踐應(yīng)用，利用CAD、CAE技術(shù)等實(shí)現(xiàn)高效率眼鏡框模具設(shè)計(jì)，為模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來了新的思路與方法，值得推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張萬賓.塑料注射成型模具設(shè)計(jì)[J].模具制造，2024，24（2）：166-168.

[2]陳攀.基于塑料盒的家族制塑料模具設(shè)計(jì)[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2023，35（4）：12-15.

[3]趙錦.CAE/CAD技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技資訊，2023，21（16）：112-115.

[4]王新超.基于3D打印的注塑模具設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)優(yōu)化[D].煙臺：煙臺大學(xué)，2024.

[5]李詣.提升機(jī)器人模具設(shè)計(jì)精度與效率的創(chuàng)新方法[J].模具制造，2024，24（9）：204-206，209.

[6]Jawed B .軟體機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造：一種結(jié)合3D打印和模具技術(shù)的氣動控制方法[D].北京：華北電力大學(xué)（北京），2024.