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模具设计技术 的发展 和微成型工艺 的研究 张建红 陈歌 谢宏 袁超译 摘要 ： 微系统技术是跨学科的工程科学。那个微成型活动包括全系列的聚合物成型从产品设计到模具设计和制造和应用创新的注射技术。该成型机，对于模具，材料和过程，以及部分处理和检查，需要特别处理。新一代微型注塑成型机，新的模具设计的概念和方法，有必要通过改进以满足新机器的需求。 关键词 ： 微系统技术 ； 微注射成型工艺 随着 全球趋势在注塑塑造行业倾斜朝向精密成型和小型化， 在塑料工艺和制造微型精密零件方面 有日益增长的需求 。微成型技术，因此可 以在不同的学科完全开放 新的可能性 的 许多应用程序 。 能够生产可以接受的计量准确度和均匀性非常 好 的塑料熔体是一个关键挑战中的微成型工艺。在传统的往复式螺杆注塑成型过程中，聚合物材料的熔化和注入模腔通过螺钉桶系统 完成 。 常规注射注塑机，它几乎可以生产零件重量小于 的 零件 。因为有限制，以减少螺钉尺寸由于螺杆强度和塑料颗粒喂养的考虑，并也因为可能融化回流通中遇到的螺丝渠道当喷油压力非常高使用。此外，在微型元件成型采用传统的注塑成型机器，周期通常较长超过必要的 时间 ，因为浇道大小并不总是成正比 和由于考虑尽量减少停留时间 和材料熔体降解，所以对于新的一代注塑成型机有 所必需的微成型技术。 为了控制计量的准确性和同质性的极少量熔体微成型， 新一代的机器使用单独的螺丝单位和一个柱塞喷射系统 2 ，如图 1 所示。在成型工艺 中 ，塑料颗粒被输入挤压螺钉， 他们 通过 暖气和剪切效应，然后进入剂量桶。当熔体中的配料桶达到设定点，将转入注射桶，该注射液， 利用预期要求微注射注塑机，然后注入柱塞熔体到模具腔。这些机器建设者已制定新的制度旨在始终，准确， 快速成型制造零件， 重量不到 4 。随着期望迅速增长的应用微型注 塑零件，机 器 制造商预测， 市场对微型注塑机将已增加一倍，未来几年，由于需求的增长，微型传感器汽车 将得到广泛 应用。 微系统技术是跨学科的工程科学。那个微成型活动包括全系列的聚合物成型从产品设计到模具设计和制造和应用创新的注射技术。该成型机， 对于 模具，材料和过程，以及部分处理和检查，需要特别处理。新一代微型注塑成型机，新的模具设计的概念和方法，有 必 要通过 改进 以满足 新机器的 需求。 2 目的 这个项目的目标是开发模具设计技术新一代微注射注塑机，并研究成型行为高分子材料微成型系统。 3 方法 型零件设计 模具设计，研究了两个微组成部分。一个组成部分 是 透镜阵列 19 “微型”镜头表面设计的顶部和底部双方的透镜阵列，如图所示 2 。整体层面的部分12米。这种类型的透镜阵列是广泛应用于光学行业。那个高分子材料选择这部分聚碳酸酯（ ，以利用优势，其光学性能，力学性能和工艺性能。其他部分的研究是一个微齿轮轴如图 3 所示。 齿轮是一个 8 齿小 齿轮 ， 直径为1 毫米。根直径齿轮是 米和齿轮压力角为 200 。聚合物材料用于齿轮是聚甲醛。 型模 具设计 微型模具设计与制造是 微成型过程 中 一个非常重要的工 艺 。模具是一种高度先进的设备，包括许多部分需要高品质的钢材。是否微型元件才能成功 压 模，在很大程度上 依赖 设计和制造的注塑模具。 具结构 注射喷嘴微注射注塑机通常 以这样一种方式 设计，他们能够 快速 达到模 腔 。这提供了聚合物熔体以最短路径距离腔，并减少了 熔料 浪费。 当使用微型模具设计等注塑成型机， 模具设计人员必须牢记这一点 ， 虽然不同类型的模具配置可以使用，例如双金属板或三盘 模具。 三板模具设计如 图 4 所示，已被用于微 型 部分研究 在这方面的工作。二三板微型模具设计及金属制品业的透镜阵列和齿轮组件分别 是不同的 。微观透镜阵列是一个单一的模具型腔工具和 齿轮组件是 一个微型齿轮两个腔模具。 由于结构的特点透镜阵列的设计 是不同的 透镜阵列。而对于齿轮模，浇注点设计在另一端的轴。 嘴联系和 浇口 弹射 在传统注塑成型机，喷油嘴可以移动前进，并在接触模具浇道下套管液压压力在熔体注射过程中， 指导聚合物熔体 熔 在模具 型腔里 。 喷嘴可作为防漏设备，从而提供了熔体通道的最低压力和散热损失 6 。对于微型成型机械设计与喷嘴 如 图 1 所示 ，喷嘴的位置是固定的一次装在机器， 根据注塑模机械锁模力 喷嘴被迫接触 机器 。 两个模具用于研究，锥面上设计固定板与圆锥喷油嘴表面，因为 从图 5 可以看出这个数字，在这个设计前端 的喷油嘴是分冲水 。 它们 之间的空间喷嘴和移动板 将使前面的喷嘴在熔体注射液进程中形成 一个薄盘形 浇口 。 由于锥面上的固定板模具是扩展到边缘板，反向圆锥角将形成磁盘形状 浇口 。 由于扭转角的 浇口 ， 浇口 将被保存在固定板一侧时，模具打开，从而打破了部分 的 临 界 线。 变性能研究和模具浇注系统设计 微小型成型工艺 和 微型大小 浇口 都需要因为这一进程的目标 分裂成 微观组成部分。 在流经浇口系统 聚合物熔体受非常高 的 剪切速率。虽然处理条件对功能和长寿的最后部分 如此严重的影响 还没有要解决，粘度和流动性的聚合物熔体将肯定会受到 浇口设计 影响。 作为一个简单的估算，该剪切速率在一个圆形横截面通道可 以用 计算公式 ：w = 32Q/1) 体积流率（百万立方米 /秒）， D（毫米）是半径的流通渠道。体积流速是一个功能注射速度，方程 1 可以重新写为： w = 8V D2/2） 其中 D （毫米）是注射柱塞直径， v（毫米 /秒）是柱 塞注射液速度。剪切速率在一个 浇口 是 这样 一个函数的注射速度， 柱塞直径的大小 影响 热流道系统。 图 6 中提出的估计剪切 浇口 利率 通过 计算系统方程 2， 不同柱塞注射液速度和 浇口 层面在柱塞喷油系统与柱塞直径 为 5 毫米。 从中可以看出对 数字剪切速率非常敏感。对于尺寸用于模具在这方面的工作， 米和 米的齿轮和透镜阵列模具分别剪切速率生成的范围是 105 至 106（ 米 /秒） 。这是 比较常规的 注塑成型过程。 流变学特性的聚合物树脂用于这方面的工作进行了研究用毛细管流变仪。粘度曲线的聚碳酸酯（ 和聚甲醛树脂在 图 7a 和 7B 条分别作为一个功能的剪切速率。 可以看出从图 7 的粘度强烈影响这一过程的温度，特别是在低剪切速率。随着剪切速率 的增加和 温度下降 ， 剪切速率 下降 。 这剪切速率的影响是更强大 过程中的温度和低剪切速率地区。在塑料透镜成型低注射速度通常采用低残余应力成型。适当选择和控制的过程温度变得非常重要的聚碳酸酯树脂，因为在低剪切率地区强烈的粘度而受影响的加工温度。 图 8A 条是热流道系统受雇的透镜阵列模具。 考虑到温度敏感性粘度的 在熔体注射时 短热流道系统的 10 毫米被用来降低熔体温度下降。 这 是观察到的图 7B 条温度对熔体粘度对聚甲醛树脂并非如此显着。 然而，熔体粘度强烈受 剪 切变率，特别是在低剪切速率区域。为了获得低熔体粘度，注射高速度可用于低粘度，这样才能实现，方便微腔填补。一个“微型”梯形热流道系统以高度为 米，顶端和底部宽度为 米分别被选定 ,如图 8所示。 型实验研究利用实验设计方法 微注射成型实验 使用两个微型工具 进行了研究。微注射成型机器使用了登菲尔微系统公司 50 成型机 9 。通过用螺钉预 紧 ，机器采用柱塞 5 毫米直径的融化注射剂，以实现精确衡量控 制熔体准确性 ， 聚甲醛树脂 的 粘度曲线 如 图 7 中提出的， 分别 是实验中所用的研究微透镜阵列和微型齿轮组件。 对 成型 过程中的高分子材料微型工具进行了研究，并对浇口 体重的变化进行了分析职能的工艺条件。 设计的实验方法（指定经营实体） 是用来研究如何塑造进程受影响的过程参数。研究进程条件 如何 影响了一部分体重， 浇口 重量在透镜阵列成型， 一个两层高的一半分数阶乘实验设计和生成进行微透镜阵列。那 个参数研究包括计量大小，模具温度，熔体温度，冷却时间，注射速度 和保压时间。表 1 显示参数值中使用实验研究 4 结果与讨论 型工艺和模具组件 如图 9 和 图 10 两 个照片模压微型齿轮和微透镜阵列部分分别 所示 。 注塑模具 是行之有效的微注塑机， 弹射和 浇口 下降了 两个镜头，齿轮模具 的照片 如 图 8表明，聚合物熔体流动以及在流通渠道的设计。 表二所列的一些物理功能型微透镜阵列和齿轮部分。部分重量镜头阵列型是使用约 90 毫克。由于部分是在这种情况下， 相对“大”的热流道系统有可比数量的透镜阵列与亚军重量 /重量比部分约 部分重量型齿轮然而只有 8 毫克，远比较小的透镜阵列的一部分重量。浇口 的齿轮体重 200 毫克， 浇口 重量 /重量比部分的微型 齿轮是 微型部分成型 是 转轮系统的一般功能，尤其是当一个大喷射系统使用。为了微注塑机的使用在目前的工作，最高注射量的聚合物熔体 1000 立方毫米，这是其中一个最小的市场。微齿轮模具， 虽然 浇口 部分的比例是 5： 12，总熔化量注入每个成型周期仅 150 立方毫米。 这是只有 15 的注射机能力。虽然可以使用小 浇口 和比例较低的机器的能力，还有其他考虑，例如熔体停留时间和材料退化。 分重量和 浇口 重量 微注射成型工艺采用柱塞喷射系统， 熔体计量设置是一个 影响 零件质量的关键因素 。 这是因为 在这个过程中 聚合物熔体倒流是不可能的， 无 论是根据或以上的 要求 ，将注入热流道系统和模具腔。 图 11 中提出的实验结果的重量模压零件和获得 浇口 的美国能源部工艺条件。这是观察到这一数字的曲线的 浇口 ，总重量 浇口 和部分按照类似的格局在回应改变工艺条件。而对于体重的一部分，这是在同一各种规模的 浇口 重，变化是比较少。这可能是由于这样一个事实，即当超过所需的聚合物熔体供应注塑桶，很容易包到热流道系统。 艺参数的影响零件质量 为了探讨注射液速度快，实验进行了以上一系列的注射速度，而其他条件保持不断 的透镜阵列成型。那个重量 浇口 和部分所得在图 12 。 这是观察到的数字，虽然总重量的 浇口 和部分保持在一个恒定值， 浇口 和部分重量各不相同 且 注射速度 大大不同 。 在低注射速度非常低的部分体重获得，这表明模腔没有完全填补。论另一方面， 浇口 重量非常高 等 这些条件。这是因为熔体在热流道系统冷却很快，由于 浇口和门控系统 规模较小。在低注射液速度，熔体动作慢 浇口 的和门控系统，并成为更粘稠，甚至固化前模腔完全填补。 微型齿轮成型，试验进行了不同计量大小设置的研究计量尺寸和重量上的一部分转轮重量。图 13 中显示的结 果的一部分和 浇口 测量作为一个功能的计量大小。它可以必须指出，低熔体计量这两个部分的重量和亚军线性增加体重的计量大小。但是，在计量规模达到约 210 立方毫米， 几乎没有增加观察到齿轮部分体重。另一方面， 浇口 被发现体重进一步增加甚至在稳态部分重实现。这是因为任何回流聚合物熔体是不可能的柱塞喷射过程。一旦 型 腔充满，任何进一步的计量增加将造成更大的 浇口。理想计量大小，因此 应提供足够的聚合物熔体填补腔。 5 结论 微成型过程中，为不同的产品设计和聚合物材料，不同的模具系统可用于更好地融化流和空腔填补。材料与剪切敏感 粘度，一个小热流道系统可以产生高剪切，以减少熔融粘度，方便微腔填补。温度敏感材料，短期热流道系统应使用，以尽量减少热损失。 微注射系统， 螺丝桶和柱塞喷射系统，模具分型线可设计在喷嘴的秘诀更好的熔体注射和压力控制。与常规注塑成型过程使用螺杆注射，这是一个很好的做法 。柱塞喷射系统保留模压塑料亚军固定一半以上的模具。这可能是实现了设计一个磁盘形空间的前端的喷嘴扭转锥度。前进运动能力的注射柱塞可以用来退出 浇口 的塑造。 工艺参数，具有最显着的影响，同时转轮重量和体重的一部分计量大小。影响的 浇口 体重更为明 显对部分重量，尤其是当超过计量设置使用。 控制体重更是复杂和涉及其他工艺参数，如注射速度及模具温度 . 6 工业意义 小型化的趋势已带来的需求越来越多小型精密成型塑料组成部分，特别是在医疗和信息技术。印第安纳州为了迎接挑战走向小型化，新的一代注塑机使用一个单独的螺杆单位和柱塞喷射系统已制定的塑造行业捏造的微型元件，以毫克 为水平。 微型模具设计与制造是一个挑战生产微型元件符合严格的三维和功能要求。新模具设计概念和方法都必须通过以满足需求的新机。开发的技术为微型模具的设计和微成型进程将使成型行业迅速拿起微 成型技术 件。 参考资料 1. 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