外文翻譯--模具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和微成型工藝的研究 中文版

1、<p>　　模具設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和微成型工藝的研究</p><p><b>　　張建紅 陳歌 謝宏</b></p><p><b>　　袁超譯</b></p><p>　　摘要：微系統(tǒng)技術(shù)是跨學(xué)科的工程科學(xué)。那個(gè)微成型活動(dòng)包括全系列的聚合物成型從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到模具設(shè)計(jì)和制造和應(yīng)用創(chuàng)新的注射技術(shù)。該成型機(jī)，對(duì)于模具，材料

2、和過(guò)程，以及部分處理和檢查，需要特別處理。新一代微型注塑成型機(jī)，新的模具設(shè)計(jì)的概念和方法，有必要通過(guò)改進(jìn)以滿足新機(jī)器的需求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：微系統(tǒng)技術(shù)；微注射成型工藝</p><p><b>　　1.背景</b></p><p>　　隨著全球趨勢(shì)在注塑塑造行業(yè)傾斜朝向精密成型和小型化，在塑料工藝和制造微型精密零件方面有日益增長(zhǎng)的需

3、求。微成型技術(shù)，因此可以在不同的學(xué)科完全開(kāi)放新的可能性的許多應(yīng)用程序。能夠生產(chǎn)可以接受的計(jì)量準(zhǔn)確度和均勻性非常好的塑料熔體是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)中的微成型工藝。在傳統(tǒng)的往復(fù)式螺桿注塑成型過(guò)程中，聚合物材料的熔化和注入模腔通過(guò)螺釘桶系統(tǒng)完成。常規(guī)注射注塑機(jī)，它幾乎可以生產(chǎn)零件重量小于0.1克的零件。因?yàn)橛邢拗?，以減少螺釘尺寸由于螺桿強(qiáng)度和塑料顆粒喂養(yǎng)的考慮，并也因?yàn)榭赡苋诨亓魍ㄖ杏龅降穆萁z渠道當(dāng)噴油壓力非常高使用。此外，在微型元件成型采用傳統(tǒng)的

4、注塑成型機(jī)器，周期通常較長(zhǎng)超過(guò)必要的時(shí)間，因?yàn)闈驳来笮〔⒉豢偸浅烧群陀捎诳紤]盡量減少停留時(shí)間和材料熔體降解，所以對(duì)于新的一代注塑成型機(jī)有所必需的微成型技術(shù)。</p><p>　　為了控制計(jì)量的準(zhǔn)確性和同質(zhì)性的極少量熔體微成型， 新一代的機(jī)器使用單獨(dú)的螺絲單位和一個(gè)柱塞噴射系統(tǒng) [ 2 .3 ] ，如圖1所示。在成型工藝中，塑料顆粒被輸入擠壓螺釘， 他們通過(guò)暖氣和剪切效應(yīng)，然后進(jìn)入劑量桶。當(dāng)熔體中的配料桶達(dá)到設(shè)定

5、點(diǎn)，將轉(zhuǎn)入注射桶，該注射液，利用預(yù)期要求微注射注塑機(jī)，然后注入柱塞熔體到模具腔。這些機(jī)器建設(shè)者已制定新的制度旨在始終，準(zhǔn)確， 快速成型制造零件， 重量不到0.1克[ 4 ] 。隨著期望迅速增長(zhǎng)的應(yīng)用微型注塑零件，機(jī)器制造商預(yù)測(cè)， 市場(chǎng)對(duì)微型注塑機(jī)將已增加一倍，未來(lái)幾年，由于需求的增長(zhǎng)，微型傳感器汽車(chē)將得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　微系統(tǒng)技術(shù)是跨學(xué)科的工程科學(xué)。那個(gè)微成型活動(dòng)包括全系列的聚合物成型從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到

6、模具設(shè)計(jì)和制造和應(yīng)用創(chuàng)新的注射技術(shù)。該成型機(jī)，對(duì)于模具，材料和過(guò)程，以及部分處理和檢查，需要特別處理。新一代微型注塑成型機(jī)，新的模具設(shè)計(jì)的概念和方法，有必要通過(guò)改進(jìn)以滿足新機(jī)器的需求。</p><p><b>　　2 目的</b></p><p>　　這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)模具設(shè)計(jì)技術(shù)新一代微注射注塑機(jī)，并研究成型行為高分子材料微成型系統(tǒng)。</p>&l

7、t;p><b>　　3 方法</b></p><p>　　3.1 微型零件設(shè)計(jì)</p><p>　　模具設(shè)計(jì)，研究了兩個(gè)微組成部分。一個(gè)組成部分是透鏡陣列19 “微型”鏡頭表面設(shè)計(jì)的頂部和底部雙方的透鏡陣列，如圖所示 2 。整體層面的部分12x3x2毫米。這種類(lèi)型的透鏡陣列是廣泛應(yīng)用于光學(xué)行業(yè)。那個(gè)高分子材料選擇這部分聚碳酸酯（ PC ） ，以利用優(yōu)勢(shì)，其光學(xué)

8、性能，力學(xué)性能和工藝性能。其他部分的研究是一個(gè)微齒輪軸如圖3所示。 齒輪是一個(gè)8齒小齒輪，直徑為1毫米。根直徑齒輪是0.55毫米和齒輪壓力角為200 。聚合物材料用于齒輪是聚甲醛。</p><p><b>　　3.2微型模具設(shè)計(jì)</b></p><p>　　微型模具設(shè)計(jì)與制造是微成型過(guò)程中一個(gè)非常重要的工藝。模具是一種高度先進(jìn)的設(shè)備，包括許多部分需要高品質(zhì)的鋼材。是否

9、微型元件才能成功壓模，在很大程度上依賴(lài)設(shè)計(jì)和制造的注塑模具。</p><p><b>　　3.2.1模具結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　注射噴嘴微注射注塑機(jī)通常以這樣一種方式設(shè)計(jì)，他們能夠快速達(dá)到模腔。這提供了聚合物熔體以最短路徑距離腔，并減少了熔料浪費(fèi)。當(dāng)使用微型模具設(shè)計(jì)等注塑成型機(jī)，模具設(shè)計(jì)人員必須牢記這一點(diǎn)，雖然不同類(lèi)型的模具配置可以使用，例如雙金屬板或三盤(pán)模

10、具。 </p><p>　　三板模具設(shè)計(jì)如 圖4所示，已被用于微型部分研究在這方面的工作。二三板微型模具設(shè)計(jì)及金屬制品業(yè)的透鏡陣列和齒輪組件分別是不同的。微觀透鏡陣列是一個(gè)單一的模具型腔工具和齒輪組件是一個(gè)微型齒輪兩個(gè)腔模具。</p><p>　　由于結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)透鏡陣列的設(shè)計(jì)是不同的透鏡陣列。而對(duì)于齒輪模，澆注點(diǎn)設(shè)計(jì)在另一端的軸。</p><p>　　3.2.2噴嘴

11、聯(lián)系和澆口彈射</p><p>　　在傳統(tǒng)注塑成型機(jī)，噴油嘴可以移動(dòng)前進(jìn)，并在接觸模具澆道下套管液壓壓力在熔體注射過(guò)程中， 指導(dǎo)聚合物熔體熔在模具型腔里。 噴嘴可作為防漏設(shè)備，從而提供了熔體通道的最低壓力和散熱損失[ 6 ] 。對(duì)于微型成型機(jī)械設(shè)計(jì)與噴嘴如圖1所示 ，噴嘴的位置是固定的一次裝在機(jī)器，根據(jù)注塑模機(jī)械鎖模力噴嘴被迫接觸機(jī)器。</p><p>　　兩個(gè)模具用于研究，錐面上設(shè)計(jì)固定

12、板與圓錐噴油嘴表面，因?yàn)閺膱D5可以看出這個(gè)數(shù)字，在這個(gè)設(shè)計(jì)前端的噴油嘴是分沖水。它們之間的空間噴嘴和移動(dòng)板將使前面的噴嘴在熔體注射液進(jìn)程中形成一個(gè)薄盤(pán)形澆口。</p><p>　　由于錐面上的固定板模具是擴(kuò)展到邊緣板，反向圓錐角將形成磁盤(pán)形狀澆口。 由于扭轉(zhuǎn)角的澆口，澆口將被保存在固定板一側(cè)時(shí)，模具打開(kāi)，從而打破了部分的臨界線。</p><p>　　3.3流變性能研究和模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)&l

13、t;/p><p>　　微小型成型工藝和微型大小澆口都需要因?yàn)檫@一進(jìn)程的目標(biāo)分裂成微觀組成部分。在流經(jīng)澆口系統(tǒng)聚合物熔體受非常高的剪切速率。雖然處理?xiàng)l件對(duì)功能和長(zhǎng)壽的最后部分如此嚴(yán)重的影響還沒(méi)有要解決，粘度和流動(dòng)性的聚合物熔體將肯定會(huì)受到澆口設(shè)計(jì)影響。</p><p>　　作為一個(gè)簡(jiǎn)單的估算，該剪切速率在一個(gè)圓形橫截面通道可以用計(jì)算公式：γw = 32Q/πd3 (1) 體積流率（百萬(wàn)立方米/秒

14、），D（毫米）是半徑的流通渠道。體積流速是一個(gè)功能注射速度，方程1可以重新寫(xiě)為： γw = 8V D2/d3（2） 其中D （毫米）是注射柱塞直徑，v（毫米/秒）是柱塞注射液速度。剪切速率在一個(gè)澆口是這樣一個(gè)函數(shù)的注射速度， 柱塞直徑的大小影響熱流道系統(tǒng)。</p><p>　　圖6中提出的估計(jì)剪切澆口利率通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)方程2，不同柱塞注射液速度和澆口層面在柱塞噴油系統(tǒng)與柱塞直徑為5毫米。從中可以看出對(duì)數(shù)字剪切速率非

15、常敏感。對(duì)于尺寸用于模具在這方面的工作， 0.3毫米和0.6毫米的齒輪和透鏡陣列模具分別剪切速率生成的范圍是105至106（米/秒）。這是比較常規(guī)的注塑成型過(guò)程。</p><p>　　流變學(xué)特性的聚合物樹(shù)脂用于這方面的工作進(jìn)行了研究用毛細(xì)管流變儀。粘度曲線的聚碳酸酯（ PC ）和聚甲醛樹(shù)脂在圖7a和7B條分別作為一個(gè)功能的剪切速率。</p><p>　　可以看出從圖7的粘度強(qiáng)烈影響這一過(guò)程

16、的溫度，特別是在低剪切速率。隨著剪切速率的增加和溫度下降，剪切速率下降。 這剪切速率的影響是更強(qiáng)大過(guò)程中的溫度和低剪切速率地區(qū)。在塑料透鏡成型低注射速度通常采用低殘余應(yīng)力成型。適當(dāng)選擇和控制的過(guò)程溫度變得非常重要的聚碳酸酯樹(shù)脂，因?yàn)樵诘图羟新实貐^(qū)強(qiáng)烈的粘度而受影響的加工溫度。</p><p>　　圖8A條是熱流道系統(tǒng)受雇的透鏡陣列模具。 考慮到溫度敏感性粘度的PC樹(shù)脂，在熔體注射時(shí)短熱流道系統(tǒng)的10毫米被用來(lái)降低

17、熔體溫度下降。</p><p>　　這是觀察到的圖7B條溫度對(duì)熔體粘度對(duì)聚甲醛樹(shù)脂并非如此顯著。 然而，熔體粘度強(qiáng)烈受剪切變率，特別是在低剪切速率區(qū)域。為了獲得低熔體粘度，注射高速度可用于低粘度，這樣才能實(shí)現(xiàn)，方便微腔填補(bǔ)。一個(gè)“微型”梯形熱流道系統(tǒng)以高度為0.5毫米，頂端和底部寬度為0.5和0.8毫米分別被選定,如圖8所示。</p><p>　　3.4成型實(shí)驗(yàn)研究利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法<

18、/p><p>　　微注射成型實(shí)驗(yàn)使用兩個(gè)微型工具進(jìn)行了研究。微注射成型機(jī)器使用了登菲爾微系統(tǒng)公司50成型機(jī)[ 9 ] 。通過(guò)用螺釘預(yù)緊，機(jī)器采用柱塞5毫米直徑的融化注射劑，以實(shí)現(xiàn)精確衡量控制熔體準(zhǔn)確性，聚甲醛樹(shù)脂的粘度曲線如圖7中提出的，分別是實(shí)驗(yàn)中所用的研究微透鏡陣列和微型齒輪組件。對(duì)成型過(guò)程中的高分子材料微型工具進(jìn)行了研究，并對(duì)澆口體重的變化進(jìn)行了分析職能的工藝條件。</p><p>　　

19、設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法（指定經(jīng)營(yíng)實(shí)體） 是用來(lái)研究如何塑造進(jìn)程受影響的過(guò)程參數(shù)。研究進(jìn)程條件如何影響了一部分體重，澆口重量在透鏡陣列成型， 一個(gè)兩層高的一半分?jǐn)?shù)階乘實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和生成進(jìn)行微透鏡陣列。那個(gè)參數(shù)研究包括計(jì)量大小，模具溫度，熔體溫度，冷卻時(shí)間，注射速度和保壓時(shí)間。表1顯示參數(shù)值中使用實(shí)驗(yàn)研究</p><p><b>　　4結(jié)果與討論</b></p><p>　　4.1成

20、型工藝和模具組件</p><p>　　如圖9和圖10兩個(gè)照片模壓微型齒輪和微透鏡陣列部分分別所示。 注塑模具是行之有效的微注塑機(jī)，彈射和澆口下降了兩個(gè)鏡頭，齒輪模具的照片如圖8表明，聚合物熔體流動(dòng)以及在流通渠道的設(shè)計(jì)。</p><p>　　表二所列的一些物理功能型微透鏡陣列和齒輪部分。部分重量鏡頭陣列型是使用約90 毫克。由于部分是在這種情況下， 相對(duì)“大”的熱流道系統(tǒng)有可比數(shù)量的透鏡陣列

21、與亞軍重量/重量比部分約1.3 。部分重量型齒輪然而只有8毫克，遠(yuǎn)比較小的透鏡陣列的一部分重量。澆口的齒輪體重200毫克，澆口重量/重量比部分的微型齒輪是12.5 。</p><p>　　微型部分成型是轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的一般功能，尤其是當(dāng)一個(gè)大噴射系統(tǒng)使用。為了微注塑機(jī)的使用在目前的工作，最高注射量的聚合物熔體1000 立方毫米，這是其中一個(gè)最小的市場(chǎng)。微齒輪模具， 雖然澆口部分的比例是5：12，總?cè)刍孔⑷朊總€(gè)成型周期

22、僅150立方毫米。 這是只有15 ％的注射機(jī)能力。雖然可以使用小澆口和比例較低的機(jī)器的能力，還有其他考慮，例如熔體停留時(shí)間和材料退化。</p><p>　　4.2部分重量和澆口重量</p><p>　　微注射成型工藝采用柱塞噴射系統(tǒng)， 熔體計(jì)量設(shè)置是一個(gè)影響零件質(zhì)量的關(guān)鍵因素 。這是因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中聚合物熔體倒流是不可能的，無(wú)論是根據(jù)或以上的要求，將注入熱流道系統(tǒng)和模具腔。</p&g

23、t;<p>　　圖11中提出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重量模壓零件和獲得澆口的美國(guó)能源部工藝條件。這是觀察到這一數(shù)字的曲線的澆口，總重量澆口和部分按照類(lèi)似的格局在回應(yīng)改變工藝條件。而對(duì)于體重的一部分，這是在同一各種規(guī)模的澆口重，變化是比較少。這可能是由于這樣一個(gè)事實(shí)，即當(dāng)超過(guò)所需的聚合物熔體供應(yīng)注塑桶，很容易包到熱流道系統(tǒng)。</p><p>　　4.3工藝參數(shù)的影響零件質(zhì)量</p><p>

24、;　　為了探討注射液速度快，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了以上一系列的注射速度，而其他條件保持不斷的透鏡陣列成型。那個(gè)重量澆口和部分所得在圖12 。</p><p>　　這是觀察到的數(shù)字，雖然總重量的澆口和部分保持在一個(gè)恒定值，澆口和部分重量各不相同且注射速度大大不同。</p><p>　　在低注射速度非常低的部分體重獲得，這表明模腔沒(méi)有完全填補(bǔ)。論另一方面，澆口重量非常高等這些條件。這是因?yàn)槿垠w在熱流道系統(tǒng)

25、冷卻很快，由于澆口和門(mén)控系統(tǒng)規(guī)模較小。在低注射液速度，熔體動(dòng)作慢澆口的和門(mén)控系統(tǒng)，并成為更粘稠，甚至固化前模腔完全填補(bǔ)。</p><p>　　微型齒輪成型，試驗(yàn)進(jìn)行了不同計(jì)量大小設(shè)置的研究計(jì)量尺寸和重量上的一部分轉(zhuǎn)輪重量。圖13中顯示的結(jié)果的一部分和澆口測(cè)量作為一個(gè)功能的計(jì)量大小。它可以必須指出，低熔體計(jì)量這兩個(gè)部分的重量和亞軍線性增加體重的計(jì)量大小。但是，在計(jì)量規(guī)模達(dá)到約210立方毫米， 幾乎沒(méi)有增加觀察到齒輪

26、部分體重。另一方面，澆口被發(fā)現(xiàn)體重進(jìn)一步增加甚至在穩(wěn)態(tài)部分重實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)槿魏位亓骶酆衔锶垠w是不可能的柱塞噴射過(guò)程。一旦型腔充滿，任何進(jìn)一步的計(jì)量增加將造成更大的澆口。理想計(jì)量大小，因此應(yīng)提供足夠的聚合物熔體填補(bǔ)腔。</p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p>　　微成型過(guò)程中，為不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和聚合物材料，不同的模具系統(tǒng)可用于更好地融化流和空腔填補(bǔ)。

27、材料與剪切敏感粘度，一個(gè)小熱流道系統(tǒng)可以產(chǎn)生高剪切，以減少熔融粘度，方便微腔填補(bǔ)。溫度敏感材料，短期熱流道系統(tǒng)應(yīng)使用，以盡量減少熱損失。</p><p>　　微注射系統(tǒng)， 螺絲桶和柱塞噴射系統(tǒng)，模具分型線可設(shè)計(jì)在噴嘴的秘訣更好的熔體注射和壓力控制。與常規(guī)注塑成型過(guò)程使用螺桿注射，這是一個(gè)很好的做法 。柱塞噴射系統(tǒng)保留模壓塑料亞軍固定一半以上的模具。這可能是實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)一個(gè)磁盤(pán)形空間的前端的噴嘴扭轉(zhuǎn)錐度。前進(jìn)運(yùn)動(dòng)能力

28、的注射柱塞可以用來(lái)退出澆口的塑造。 </p><p>　　工藝參數(shù)，具有最顯著的影響，同時(shí)轉(zhuǎn)輪重量和體重的一部分計(jì)量大小。影響的澆口體重更為明顯對(duì)部分重量，尤其是當(dāng)超過(guò)計(jì)量設(shè)置使用。 控制體重更是復(fù)雜和涉及其他工藝參數(shù)，如注射速度及模具溫度.</p><p><b>　　6工業(yè)意義</b></p><p>　　小型化的趨勢(shì)已帶來(lái)的需求越來(lái)越多小

29、型精密成型塑料組成部分，特別是在醫(yī)療和信息技術(shù)。印第安納州為了迎接挑戰(zhàn)走向小型化，新的一代注塑機(jī)使用一個(gè)單獨(dú)的螺桿單位和柱塞噴射系統(tǒng)已制定的塑造行業(yè)捏造的微型元件，以毫克為水平。</p><p>　　微型模具設(shè)計(jì)與制造是一個(gè)挑戰(zhàn)生產(chǎn)微型元件符合嚴(yán)格的三維和功能要求。新模具設(shè)計(jì)概念和方法都必須通過(guò)以滿足需求的新機(jī)。開(kāi)發(fā)的技術(shù)為微型模具的設(shè)計(jì)和微成型進(jìn)程將使成型行業(yè)迅速拿起微成型技術(shù)-的關(guān)鍵技術(shù)為廣泛應(yīng)用的MEMS器

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