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36900字硕士毕业论文模具毕业论文范文:流道和浇口尺寸对微塑性模腔填充特性影响的实验研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:36900字
论点:成型,注塑,填充
论文概述:

本文借鉴微注塑成型理论的研究成果,采用理论分析和成型实验相结合的方法,研究了微注塑模具浇口和流道尺寸对微模具型腔填充性能的影响,并深入分析了工艺参数对微型腔填充率和微塑件

论文正文:

1.介绍

1.1.1主题背景
制造领域小型化趋势的不断发展,尤其是微机电系统(MEMs)技术在各个工业领域的应用,使得由单一硅基材料制成的微部件无法满足不同领域微系统产品对微部件的性能和质量要求。高分子材料因其重量轻、机械性能高、耐腐蚀、良好的生物相容性和光学透明性以及易于成型和加工而被广泛应用于电子、通信、汽车、航空航天空航空航天、精密仪器和生物医学领域的微系统产品中。特别是通过微注射成型方法形成的微塑料零件,由于其体积小、尺寸精确、适合大规模生产,已经成为微机电系统领域中微零件的主要成型方法。虽然微注射成型技术已经经历了20多年的发展,但到目前为止,学术界对微注射成型技术的概念还没有统一的认识。大多数研究人员从成型小尺寸和小尺寸塑料零件开始他们的研究。Kuklac等人从微塑料零件的角度给出了微注射成型技术的概念,即微注射成型技术应该能够成型以下类型的塑料零件:(1)塑料零件以毫克为单位,但其尺寸精度不一定要达到微米级;(2)塑料零件不是毫克,但尺寸精度达到微米级;(3)塑料零件以毫克为单位,但尺寸精度也应达到微米级;(4)塑料零件不采用毫克为单位,但其局部微观结构(如孔和凹槽)应达到微米尺寸。据此,通过微注射成型技术成型的塑料件大致可分为两种类型:小尺寸塑料件和局部微结构塑料件。然而,随着微纳技术的发展和微加工技术的不断提高,微塑料零件的尺寸将会越来越小,对精度的要求也会越来越高。

1.2国内外微注射成型技术概述
虽然微注射成型自诞生以来仅经历了20多年的发展,但由于其成型特点和发展潜力,国内外在微注射成型相关领域进行了大量的研究。特别是近年来,随着LIGA技术、微细电火花加工、激光加工和精密铣削技术等先进微模具加工技术的发展,为微注射成型技术的发展提供了强有力的支撑。微注射成型技术主要包括微注射成型熔体流动理论、微注射成型工艺、微注射模具设计与制造、微注射成型材料、微注射成型设备和微注射数值模拟技术。特别是在微注射成型熔体流动理论、微注射成型工艺和微注射模具制造三个方面取得了很大进展。通过数值模拟研究了微通道粘度、壁滑移和对流传热对微通道内熔体流动的影响,并与实验数据进行了比较。结果表明,微通道内的熔体粘度明显低于传统理论,并与微通道的特征尺寸成正比。随着微通道特征尺寸的减小,壁滑移系数明显减小,滑移速度增大。

1.2.2微注射成型工艺
受微尺度效应影响。熔体在浇注系统中的流动行为和微腔的填充过程发生了变化。因此,传统的注射成型工艺条件的确定原则不能满足微注射成型的要求。模具温度、注射压力、注射速度、熔体温度、保压压力、保压时间等工艺参数对微腔填充的影响规律也不同于传统注射成型。美国加州大学SuYc等人通过模拟和实验研究了工艺参数对凹形微结构填充效果的影响。发现模具温度是影响微观组织形成的主要因素。因为微结构的表面积和体积相对较大,并且模具温度低于材料的玻璃化转变温度,所以在边界处容易产生冷凝层,从而防止熔体的进一步填充。还发现对型腔抽真空空有助于提高成型质量。xuGJ等人研究了各种因素对微通道填充长度的影响,结果表明,影响熔体在微通道中填充长度的主要因素是注射速度、模具温度、熔体材料和微通道在模腔中的位置。并且可以提高微通道的填充长度。英国卡迪夫大学的沙巴等。研究了熔体温度、模具温度、注射速度、保压压力和显微组织尺寸对显微组织复合的影响。研究发现,对于聚丙烯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料,影响复合体系的主要因素是熔体温度和注射速度,但对于聚甲醛材料,除了熔体温度和注射速度外,模具温度的影响也很重要。随着微观结构尺寸的增大,熔体流动性能会提高,但不是线性的。德国克劳斯塔理工大学的
谢勒(xieL)等人在大纵横比细长腔体两端设置浇口,使用聚丙烯材料进行填充实验,通过可视化装置的建立观察焊缝的形成过程。结果表明,在注塑机一定的锁模力下,模具温度是影响型腔填充的主要因素。如果模具温度低于材料的玻璃化转变温度,则空腔的填充率较低。EjjalcuA和丹麦科技大学的其他实验研究了影响微观组织成形质量的因素。结果表明,在微注射成型过程中,模具温度是影响微观结构复制质量的最重要的成型工艺条件。模具温度高可以提高微结构的复制精度。大量实验表明,在一定范围内,微结构的复制质量与腔体尺寸有一定的线性关系。微通道越宽,熔体流动性越好,复制质量越高。芬兰joensu大学的
Kalimav等人通过加工不同槽宽的光栅微模腔,保持熔体温度和模具温度不变,改变成型材料、注射速度、保压压力等工艺参数,研究了槽填充的效果。结果表明,注射速度、注射量和成型材料对台湾国立高雄第一科技大学等的槽宽影响最大。构造电磁感应加热装置快速加热模具,使模具表面温度可在35度内升至所需温度,显著降低塑料零件的残余应力。当模具温度高于材料的玻璃化转变温度时,微结构复合体系达到95%。台湾国立交通大学的LiouAc等人利用聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和高密度聚乙烯材料,研究了注塑工艺参数对大纵横比微通道填充率的影响。研究发现,与传统注射成型相比,模具温度要求更高,模具温度的提高可以显著降低对注塑机承载能力的要求。同时,注射压力是获得空腔高填充率的重要因素,但是填充率的增大范围随着注射压力的增大而逐渐减小。

2微注射成型的基本理论

微注射成型(micro-injection molding)是将加热后熔化的塑料原料通过精密微注射成型机以一定的压力和速度注射到微模具的腔体中,冷却后得到一定形状和尺寸的微精密产品的过程。与传统注射成型相比,微注射成型技术塑料零件尺寸更小,相应浇注系统的浇道和浇口尺寸更小,熔体填充质量更小,热量含量更少,导致影响熔体填充流动的因素与传统注射成型不同。如果微注射成型技术仅仅应用宏观注射成型理论,很难满足微注射成型零件的使用性能和经济性能。因此,微注射成型需要从微观角度研究熔体在微通道中的流动规律,从而分析各种因素对微塑料零件成型质量的影响。

2.1熔体充型流动的基本方程
微模腔的充型过程是聚合物熔体在注射压力作用下在微通道中的流动过程。聚合物熔体在流动过程中,根据熔体粘度随剪切应力或剪切速率变化的不同性质,可分为牛顿型和非牛顿型。

3微注塑模具浇注系统设计研究:................................26-51 [/BR/] 3.1浇口尺寸对微注射模腔填充能力的影响................................26-43
3.1.1试验塑料零件的选择和分析................................26 [/BR/] 3.1.2实验模具的设计和制造................................26-30 [/BR/] 3.1.3测试设备、仪器和材料................................30-33
3.1.4实验方法和内容................................33-38
3.1.5实验结果的分析和讨论................................38-43[/比尔/] 3.2流道截面尺寸对微注射模腔的影响................................43-51
3.2.1实验方法和内容................................43-45 [/BR/] 3.2.2实验结果的分析和讨论................................45-51
4微耳塑料件注塑模具的填充性能影响浇注系统的设计................................51-66
4.1微耳模具................................51-52
4.2微耳洞嵌件和成型材料的加工................................52-53 [/BR/] 4.3微耳塑料零件注射成型实验................................53-62
4.3.1实验设备和材料................................53-54[/溴/] 4.3.2实验内容................................54-62
4.4实验结果分析与讨论................................62-66

结论

由于微观尺度因素,聚合物熔体在微腔中的流动行为发生了变化,这使得微注塑模具浇注系统的设计要求不同于常规注塑模具。基于微注射成型技术的研究成果,研究了微注射模具浇注系统的浇口和流道截面尺寸对微模具型腔填充率的影响,分析了各种工艺参数对微模具型腔填充率的影响规律。以微齿轮塑料零件为例,进行了微注塑模具浇注系统的设计分析和成型实验。研究工作的主要结论如下:
(1)实验研究表明,在微注塑成型中,浇口尺寸设计对微注塑模具的型腔填充率和塑件质量有着显著的影响。浇口尺寸的任何微小变化都会导致型腔填充率的巨大差异。与浇口尺寸的影响相比,浇口截面尺寸对微腔填充率的影响较小。对于侧浇口微模具,当塑件尺寸在l~:左右时,浇口厚度尺寸不应小于塑件壁厚的1/2,最大值不应超过塑件壁厚;浇口长度尺寸一般不超过500”m。
(2)与传统注射成型相比,微注射成型的工艺参数要高得多。当浇口和流道横截面尺寸固定时,增加注射压力、注射速度、熔体温度和模具温度可以显著提高模腔的填充率。模具温度对微腔填充率的影响更为明显。对于尺寸小于1毫米的塑料零件,成型过程中的模具温度应接近或高于材料的玻璃化转变温度。然而,增加保压压力和保压时间对微腔填充率的影响并不明显。
(3)聚丙烯和聚甲醛材料的成型实验结果表明,高分子材料的流变性能对微腔填充率有明显影响。其中,在相同浇口和流道尺寸及成型工艺条件下,聚甲醛材料的粘度相对较小,其空腔填充率高于聚丙烯材料。然而,对于高粘度和快速散热的材料,需要更大的浇口和流道横截面尺寸。

参考
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