微注塑成型充填過程的可視化研究.pdf

1、隨著微納成型技術研究的發(fā)展，對產(chǎn)品的要求更加趨向于微型和精密化。微注塑成型技術能夠大批量生產(chǎn)加工尺寸精確的微小制品，廣泛應用于生物醫(yī)藥、電子工業(yè)等對質(zhì)量性能要求比較高的微機電系統(tǒng)部件。微納成型能縮短產(chǎn)品開發(fā)、模具設計、加工制造及生產(chǎn)周期，降低其生產(chǎn)加工的成本，因此在微加工領域發(fā)展迅速。但微注塑制品的尺寸微小導致其成型充填過程更加復雜，因而其充填流動特性一直是研究熱點。對微流道內(nèi)的流動特性的實驗和數(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制性對材料在成型過程中經(jīng)歷的熱力歷史依賴性更強。目前，由于微型腔尺寸微小，受實驗手段的限制，對微注塑成型流動特性的研究大多采用理論和數(shù)值分析，缺乏實際微注塑成型流動圖像的實驗結(jié)果，可視化實驗可以直觀地觀察熔體在型腔中的流動狀態(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特

3、性的可視化實驗研究方法，理論和實驗結(jié)合研究微注塑成型中熔體的流動特性及剪切歷史和熱歷史，獲得熔體在微型腔中真實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計與制造。設計開發(fā)出一套微注塑成型可視化模具，并對型腔模塊標準化以節(jié)約成本和提高效率。在傳統(tǒng)模具設計的基礎上，在微注塑制品型腔的垂直對應面上(即微注塑模具的定模板上)設計有可視化視窗，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)熔體的流動圖像傳導到外側(cè)記錄裝置中，最后將設計加工好的模具各個零件裝配得到實驗所需的微注塑可視化模具。
　　2、微注塑實驗可視化平臺的搭建。根據(jù)已設計的實驗方案搭建滿足微注塑成型的實驗平臺，包括用于微注塑成型的可視化模具、微注塑機、在可視化視窗外布置的高速攝像機以及對型腔加以照明的照明設備，同時高速攝像機經(jīng)放大器連接到計算機，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)的流動熔體流動過程，通過此微注塑實驗平臺能夠完整有效清晰地觀察到塑料熔體的充填流動過程，對后續(xù)實驗分析提供真實的數(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行微注塑充填可視化實驗，并分析工藝參數(shù)及尺度對充填過程的影響。實驗結(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)熔體的流動平衡性分析。采用單因素實驗方法，通過微注塑可視化實驗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不同厚度（0.2mm和1.0mm）微制品分流道效應引起的型腔內(nèi)的流動平衡性及重力引起的上下型腔流動平衡性的影響，實驗結(jié)果表明：對于型腔內(nèi)的流動平衡性來說，隨著注射速度、模

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