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1、 第 1 頁(yè) 共 6 頁(yè)中文 中文 4460 字出處: 出處:Journal of manufacturing science and engineering, 2004, 126(4): 733- 739外文翻譯: 外文翻譯:注射模部件的小型化尺度問(wèn)題 注射模部件的小型化尺度問(wèn)題摘要: 摘要:注射模部件的小型化尺度問(wèn)題引起了相關(guān)設(shè)計(jì)和及其過(guò)程參數(shù)的改變,結(jié)果產(chǎn)生了相關(guān)尺度效應(yīng),尺度效應(yīng)可以是一階的或二階的。一階可以用標(biāo)準(zhǔn)模型來(lái)描述,而
2、二階則不可。本文只針對(duì)注射模小型化所產(chǎn)生的一階尺度效應(yīng)進(jìn)行分析,通過(guò)注射模熱傳遞和流動(dòng)過(guò)程的尺度分析,尺度效應(yīng)對(duì)模具性能參數(shù)改變的分析,提出了在超薄壁零件和微型構(gòu)件中消除或減少相關(guān)尺度模難題的方法。特別地提出了一種比例充填方法,并經(jīng)實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。關(guān)鍵詞: 關(guān)鍵詞:小型化 注射模 尺度分析 尺度效應(yīng)1、 概述 概述注射模部件在尺寸和重量方面的小型化已經(jīng)成為一種不可阻擋的趨勢(shì),例如電子器件的注射模設(shè)計(jì),經(jīng)歷了從標(biāo)準(zhǔn)模到薄壁模設(shè)計(jì)
3、的轉(zhuǎn)變,對(duì)一些特殊的器件,應(yīng)該用超薄壁模設(shè)計(jì),電子部件的小型化需要在增加 L/T 比時(shí)降低零件厚度。對(duì)這些模具進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí) L/T 比在 10 到 100 之間或稍大。塑料制品由于其自身的優(yōu)點(diǎn)使得在光電通訊、影像傳輸、生化醫(yī)療、信息存儲(chǔ)、精密機(jī)械等應(yīng)用領(lǐng)域扮演著重要角色。為了能夠生產(chǎn)具有實(shí)用價(jià)值的微細(xì)組件,許多新興制造技術(shù)隨之產(chǎn)生,包括光刻,電鑄及脫模技術(shù)(LIGA)、紫外光蝕刻技術(shù)(UV)、放電加工(EDM)、微注射成型、精密磨削和精密
4、切削等。微注射成型技術(shù)以容易實(shí)現(xiàn)低成本大規(guī)模生產(chǎn)具有精密微細(xì)結(jié)構(gòu)零件的優(yōu)點(diǎn)成為世界制造技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。世界上目前有幾個(gè)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行研究,并且許多微細(xì)結(jié)構(gòu)零件應(yīng)用微注射成型已獲得成功。最近在深度 X 射線和微電子器件成型方面的研究進(jìn)展使得制造 0.5—100μm 尺度和 L/T 在 5—10 之間的微型部件成為可能。然而高 L/T 注射模的設(shè)計(jì)仍然是一技術(shù)難題。 系統(tǒng)尺度減小時(shí),常常引起主要相互作用力的改變,導(dǎo)致物質(zhì)性
5、能及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律第 3 頁(yè) 共 6 頁(yè)Weissenberg 數(shù)較小,松弛時(shí)間較短,流體可以認(rèn)為是純粘性的。下面的討論中,用于標(biāo)準(zhǔn)注射模成型中,型腔邊界假定無(wú)流動(dòng)。2.1 等溫聚合物流動(dòng) 等溫聚合物流動(dòng)假定不考慮熱交換,方程(1)可以寫成與厚度無(wú)關(guān)的形式,見(jiàn)式(2) ,H 為制件厚度, x 是標(biāo)準(zhǔn)化厚度后的流速。黏度與剪切速率和壓力相關(guān)。方程(2)表明相同 ? ~的壓力作用于不同壁厚的模具型腔澆口時(shí),具有相同的剪切速率和切向壓力,從而有相
6、同的粘性。進(jìn)而可推出等溫聚合物流體壓力相同時(shí),L/T 與制件壁厚無(wú)關(guān)。這只是當(dāng)雷諾數(shù)與幾何尺寸匹配時(shí),同等流量的一個(gè)特例。流動(dòng)中處理尺寸問(wèn)題時(shí)用相同的標(biāo)準(zhǔn)化平均速度是有用的。式(3)中 ρ 是流體密度,可以看到,雷諾數(shù)與制件厚度的平方成正比。Weissenberg 數(shù)也可以用下面式子表示,見(jiàn)式(4) ,其中 為標(biāo)準(zhǔn)化厚 L ~度后的流體長(zhǎng)度,λ 為黏彈性流體擠壓后產(chǎn)生彈應(yīng)力的松弛時(shí)間??梢钥吹搅魉?相 u ~同時(shí)具有相同的 Ws 數(shù)。因
7、此,Hele-Shaw 流動(dòng)模型對(duì)于小型化的型腔仍然適用。圖1:表面張力相對(duì)腔長(zhǎng)度的變化對(duì)于同構(gòu)幾何尺寸因子可以用于研究無(wú)因子群尺度效應(yīng),見(jiàn)式(5) ,其中 H0 是初始厚度,H1 為小型化的厚度,比例定律對(duì)于雷諾數(shù)有式(6) ,對(duì)于 Weissenberg 數(shù)有式(7) ,可以看到 Weissenberg 數(shù)是與尺寸無(wú)關(guān)的。2.2 表面張力效應(yīng) 表面張力效應(yīng)型腔變薄時(shí),熔體前沿表面張力將增加。對(duì)于細(xì)長(zhǎng)型腔,由于表面張力熔化界面的對(duì)應(yīng)壓
8、力可由式(8)計(jì)算;γs 是 N/m 單位上液體表面張力,θ 是腔壁與液體的接觸角。另一方面,與粘應(yīng)力有關(guān)的聚合物入口壓強(qiáng)可由下式表示:式(9) 。上面關(guān)于表面張力 Sur 的定義是近似的,因?yàn)楸砻鎻埩π?yīng)接觸角近似為非常小,cosθ≈0.對(duì)于一聚合物熔體有式(11)的關(guān)系.將式(11)帶入式(10)可得式(12) 。假如考慮η=1000 Pa-s,ū=100/s,γs=0.05N/m.表面張力作為 L 的函數(shù)列于圖 1。可以看出型腔長(zhǎng)
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