微注塑成型充填過程的可視化研究.pdf

1、隨著微納成型技術(shù)研究的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的要求更加趨向于微型和精密化。微注塑成型技術(shù)能夠大批量生產(chǎn)加工尺寸精確的微小制品，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、電子工業(yè)等對(duì)質(zhì)量性能要求比較高的微機(jī)電系統(tǒng)部件。微納成型能縮短產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)、加工制造及生產(chǎn)周期，降低其生產(chǎn)加工的成本，因此在微加工領(lǐng)域發(fā)展迅速。但微注塑制品的尺寸微小導(dǎo)致其成型充填過程更加復(fù)雜，因而其充填流動(dòng)特性一直是研究熱點(diǎn)。對(duì)微流道內(nèi)的流動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析結(jié)果表明，在微管道內(nèi)熔體充填過程中

2、，隨著流道尺寸的減小，成型過程中呈現(xiàn)出壁面滑移、表面張力和可壓縮性的影響顯著、粘度尺寸依賴效果明顯等特征，微納特征的微注塑成型充填過程及微納特征的復(fù)制性對(duì)材料在成型過程中經(jīng)歷的熱力歷史依賴性更強(qiáng)。目前，由于微型腔尺寸微小，受實(shí)驗(yàn)手段的限制，對(duì)微注塑成型流動(dòng)特性的研究大多采用理論和數(shù)值分析，缺乏實(shí)際微注塑成型流動(dòng)圖像的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可視化實(shí)驗(yàn)可以直觀地觀察熔體在型腔中的流動(dòng)狀態(tài)和特征，是研究充填過程的更有效手段。因此，需要建立微注塑成型流動(dòng)特

3、性的可視化實(shí)驗(yàn)研究方法，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)合研究微注塑成型中熔體的流動(dòng)特性及剪切歷史和熱歷史，獲得熔體在微型腔中真實(shí)可靠的充填行為的信息?；诖?，本文的主要工作如下：
　　1、微注塑可視化模具的設(shè)計(jì)與制造。設(shè)計(jì)開發(fā)出一套微注塑成型可視化模具，并對(duì)型腔模塊標(biāo)準(zhǔn)化以節(jié)約成本和提高效率。在傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在微注塑制品型腔的垂直對(duì)應(yīng)面上(即微注塑模具的定模板上)設(shè)計(jì)有可視化視窗，在可視化視窗的裝配空間里裝配有透明的石英玻璃，石英玻璃通過楔

4、緊塊及壓緊螺栓再裝配固定，反射玻璃與分型面成45°角，通過反射玻璃將型腔內(nèi)熔體的流動(dòng)圖像傳導(dǎo)到外側(cè)記錄裝置中，最后將設(shè)計(jì)加工好的模具各個(gè)零件裝配得到實(shí)驗(yàn)所需的微注塑可視化模具。
　　2、微注塑實(shí)驗(yàn)可視化平臺(tái)的搭建。根據(jù)已設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案搭建滿足微注塑成型的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括用于微注塑成型的可視化模具、微注塑機(jī)、在可視化視窗外布置的高速攝像機(jī)以及對(duì)型腔加以照明的照明設(shè)備，同時(shí)高速攝像機(jī)經(jīng)放大器連接到計(jì)算機(jī)，通過編譯好的Troublepix

5、軟件完整記錄微注塑充填過程中模具內(nèi)的流動(dòng)熔體流動(dòng)過程，通過此微注塑實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠完整有效清晰地觀察到塑料熔體的充填流動(dòng)過程，對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)分析提供真實(shí)的數(shù)據(jù)。
　　3、微注塑成型型腔內(nèi)熔體充填性能的可視化分析。對(duì)不同尺度（0.1mm、0.2mm、0.5mm和1.0mm）的微制品在不同工藝條件下進(jìn)行微注塑充填可視化實(shí)驗(yàn)，并分析工藝參數(shù)及尺度對(duì)充填過程的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著模具溫度、注射速度、熔體溫度等工藝參數(shù)的增大，0.1mm和0.2

6、mm的微制品充填長(zhǎng)度有明顯增加，而0.5mm和1.0mm厚度的制品始終能充填完整，這說明型腔尺寸越小，充填越困難。
　　4、微注塑成型型腔內(nèi)熔體的流動(dòng)平衡性分析。采用單因素實(shí)驗(yàn)方法，通過微注塑可視化實(shí)驗(yàn)獲得充填過程的錄像數(shù)據(jù)，分析不同注射速度、模具溫度和熔體溫度對(duì)不同厚度（0.2mm和1.0mm）微制品分流道效應(yīng)引起的型腔內(nèi)的流動(dòng)平衡性及重力引起的上下型腔流動(dòng)平衡性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于型腔內(nèi)的流動(dòng)平衡性來說，隨著注射速度、模

7、具溫度和熔體溫度的提高，流動(dòng)不平衡度增大，同時(shí)制品越薄，工藝參數(shù)對(duì)流動(dòng)平衡性的影響就越弱；對(duì)于重力效應(yīng)引起的上下型腔的流動(dòng)平衡性來說，隨著注射速度、模具溫度和熔體溫度的提高，流動(dòng)不平衡度增大，且制品越薄，工藝參數(shù)對(duì)流動(dòng)平衡性的影響就越弱。
　　5、微注塑成型充填過程中熔體流動(dòng)前沿面的可視化分析。采用單因素實(shí)驗(yàn)，通過微注塑可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析工藝參數(shù)對(duì)熔體流動(dòng)前沿形狀的影響，以流動(dòng)前沿的最前端和最末端的距離來表征前沿面的形狀，通過對(duì)比