模具專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--模具設計技術的發(fā)展和微成型工藝的研究 中文版

模具設計技術 的發(fā)展 和微成型工藝 的研究 張建紅 陳歌 謝宏 袁超譯 摘要 ： 微系統(tǒng)技術是跨學科的工程科學。那個微成型活動包括全系列的聚合物成型從產品設計到模具設計和制造和應用創(chuàng)新的注射技術。該成型機，對于模具，材料和過程，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，新的模具設計的概念和方法，有必要通過改進以滿足新機器的需求。 關鍵詞 ： 微系統(tǒng)技術 ； 微注射成型工藝 隨著 全球趨勢在注塑塑造行業(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 有日益增長的需求 。微成型技術，因此可 以在不同的學科完全開放 新的可能性 的 許多應用程序 。 能夠生產可以接受的計量準確度和均勻性非常 好 的塑料熔體是一個關鍵挑戰(zhàn)中的微成型工藝。在傳統(tǒng)的往復式螺桿注塑成型過程中，聚合物材料的熔化和注入模腔通過螺釘桶系統(tǒng) 完成 。 常規(guī)注射注塑機，它幾乎可以生產零件重量小于 的 零件 。因為有限制，以減少螺釘尺寸由于螺桿強度和塑料顆粒喂養(yǎng)的考慮，并也因為可能融化回流通中遇到的螺絲渠道當噴油壓力非常高使用。此外，在微型元件成型采用傳統(tǒng)的注塑成型機器，周期通常較長超過必要的 時間 ，因為澆道大小并不總是成正比 和由于考慮盡量減少停留時間 和材料熔體降解，所以對于新的一代注塑成型機有 所必需的微成型技術。 為了控制計量的準確性和同質性的極少量熔體微成型， 新一代的機器使用單獨的螺絲單位和一個柱塞噴射系統(tǒng) 2 ，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 暖氣和剪切效應，然后進入劑量桶。當熔體中的配料桶達到設定點，將轉入注射桶，該注射液， 利用預期要求微注射注塑機，然后注入柱塞熔體到模具腔。這些機器建設者已制定新的制度旨在始終，準確， 快速成型制造零件， 重量不到 4 。隨著期望迅速增長的應用微型注 塑零件，機 器 制造商預測， 市場對微型注塑機將已增加一倍，未來幾年，由于需求的增長，微型傳感器汽車 將得到廣泛 應用。 微系統(tǒng)技術是跨學科的工程科學。那個微成型活動包括全系列的聚合物成型從產品設計到模具設計和制造和應用創(chuàng)新的注射技術。該成型機， 對于 模具，材料和過程，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，新的模具設計的概念和方法，有 必 要通過 改進 以滿足 新機器的 需求。 2 目的 這個項目的目標是開發(fā)模具設計技術新一代微注射注塑機，并研究成型行為高分子材料微成型系統(tǒng)。 3 方法 型零件設計 模具設計，研究了兩個微組成部分。一個組成部分 是 透鏡陣列 19 “微型”鏡頭表面設計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12米。這種類型的透鏡陣列是廣泛應用于光學行業(yè)。那個高分子材料選擇這部分聚碳酸酯（ ，以利用優(yōu)勢，其光學性能，力學性能和工藝性能。其他部分的研究是一個微齒輪軸如圖 3 所示。 齒輪是一個 8 齒小 齒輪 ， 直徑為1 毫米。根直徑齒輪是 米和齒輪壓力角為 200 。聚合物材料用于齒輪是聚甲醛。 型模 具設計 微型模具設計與制造是 微成型過程 中 一個非常重要的工 藝 。模具是一種高度先進的設備，包括許多部分需要高品質的鋼材。是否微型元件才能成功 壓 模，在很大程度上 依賴 設計和制造的注塑模具。 具結構 注射噴嘴微注射注塑機通常 以這樣一種方式 設計，他們能夠 快速 達到模 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。 當使用微型模具設計等注塑成型機， 模具設計人員必須牢記這一點 ， 雖然不同類型的模具配置可以使用，例如雙金屬板或三盤 模具。 三板模具設計如 圖 4 所示，已被用于微 型 部分研究 在這方面的工作。二三板微型模具設計及金屬制品業(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單一的模具型腔工具和 齒輪組件是 一個微型齒輪兩個腔模具。 由于結構的特點透鏡陣列的設計 是不同的 透鏡陣列。而對于齒輪模，澆注點設計在另一端的軸。 嘴聯(lián)系和 澆口 彈射 在傳統(tǒng)注塑成型機，噴油嘴可以移動前進，并在接觸模具澆道下套管液壓壓力在熔體注射過程中， 指導聚合物熔體 熔 在模具 型腔里 。 噴嘴可作為防漏設備，從而提供了熔體通道的最低壓力和散熱損失 6 。對于微型成型機械設計與噴嘴 如 圖 1 所示 ，噴嘴的位置是固定的一次裝在機器， 根據注塑模機械鎖模力 噴嘴被迫接觸 機器 。 兩個模具用于研究，錐面上設計固定板與圓錐噴油嘴表面，因為 從圖 5 可以看出這個數字，在這個設計前端 的噴油嘴是分沖水 。 它們 之間的空間噴嘴和移動板 將使前面的噴嘴在熔體注射液進程中形成 一個薄盤形 澆口 。 由于錐面上的固定板模具是擴展到邊緣板，反向圓錐角將形成磁盤形狀 澆口 。 由于扭轉角的 澆口 ， 澆口 將被保存在固定板一側時，模具打開，從而打破了部分 的 臨 界 線。 變性能研究和模具澆注系統(tǒng)設計 微小型成型工藝 和 微型大小 澆口 都需要因為這一進程的目標 分裂成 微觀組成部分。 在流經澆口系統(tǒng) 聚合物熔體受非常高 的 剪切速率。雖然處理條件對功能和長壽的最后部分 如此嚴重的影響 還沒有要解決，粘度和流動性的聚合物熔體將肯定會受到 澆口設計 影響。 作為一個簡單的估算，該剪切速率在一個圓形橫截面通道可 以用 計算公式 ：w = 32Q/1) 體積流率（百萬立方米 /秒）， D（毫米）是半徑的流通渠道。體積流速是一個功能注射速度，方程 1 可以重新寫為： w = 8V D2/2） 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 澆口 是 這樣 一個函數的注射速度， 柱塞直徑的大小 影響 熱流道系統(tǒng)。 圖 6 中提出的估計剪切 澆口 利率 通過 計算系統(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 數字剪切速率非常敏感。對于尺寸用于模具在這方面的工作， 米和 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 注塑成型過程。 流變學特性的聚合物樹脂用于這方面的工作進行了研究用毛細管流變儀。粘度曲線的聚碳酸酯（ 和聚甲醛樹脂在 圖 7a 和 7B 條分別作為一個功能的剪切速率。 可以看出從圖 7 的粘度強烈影響這一過程的溫度，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大 過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力成型。適當選擇和控制的過程溫度變得非常重要的聚碳酸酯樹脂，因為在低剪切率地區(qū)強烈的粘度而受影響的加工溫度。 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 在熔體注射時 短熱流道系統(tǒng)的 10 毫米被用來降低熔體溫度下降。 這 是觀察到的圖 7B 條溫度對熔體粘度對聚甲醛樹脂并非如此顯著。 然而，熔體粘度強烈受 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，這樣才能實現(xiàn)，方便微腔填補。一個“微型”梯形熱流道系統(tǒng)以高度為 米，頂端和底部寬度為 米分別被選定 ,如圖 8所示。 型實驗研究利用實驗設計方法 微注射成型實驗 使用兩個微型工具 進行了研究。微注射成型機器使用了登菲爾微系統(tǒng)公司 50 成型機 9 。通過用螺釘預 緊 ，機器采用柱塞 5 毫米直徑的融化注射劑，以實現(xiàn)精確衡量控 制熔體準確性 ， 聚甲醛樹脂 的 粘度曲線 如 圖 7 中提出的， 分別 是實驗中所用的研究微透鏡陣列和微型齒輪組件。 對 成型 過程中的高分子材料微型工具進行了研究，并對澆口 體重的變化進行了分析職能的工藝條件。 設計的實驗方法（指定經營實體） 是用來研究如何塑造進程受影響的過程參數。研究進程條件 如何 影響了一部分體重， 澆口 重量在透鏡陣列成型， 一個兩層高的一半分數階乘實驗設計和生成進行微透鏡陣列。那 個參數研究包括計量大小，模具溫度，熔體溫度，冷卻時間，注射速度 和保壓時間。表 1 顯示參數值中使用實驗研究 4 結果與討論 型工藝和模具組件 如圖 9 和 圖 10 兩 個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， 彈射和 澆口 下降了 兩個鏡頭，齒輪模具 的照片 如 圖 8表明，聚合物熔體流動以及在流通渠道的設計。 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“大”的熱流道系統(tǒng)有可比數量的透鏡陣列與亞軍重量 /重量比部分約 部分重量型齒輪然而只有 8 毫克，遠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 微型部分成型 是 轉輪系統(tǒng)的一般功能，尤其是當一個大噴射系統(tǒng)使用。為了微注塑機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，這是其中一個最小的市場。微齒輪模具， 雖然 澆口 部分的比例是 5： 12，總熔化量注入每個成型周期僅 150 立方毫米。 這是只有 15 的注射機能力。雖然可以使用小 澆口 和比例較低的機器的能力，還有其他考慮，例如熔體停留時間和材料退化。 分重量和 澆口 重量 微注射成型工藝采用柱塞噴射系統(tǒng)， 熔體計量設置是一個 影響 零件質量的關鍵因素 。 這是因為 在這個過程中 聚合物熔體倒流是不可能的， 無 論是根據或以上的 要求 ，將注入熱流道系統(tǒng)和模具腔。 圖 11 中提出的實驗結果的重量模壓零件和獲得 澆口 的美國能源部工藝條件。這是觀察到這一數字的曲線的 澆口 ，總重量 澆口 和部分按照類似的格局在回應改變工藝條件。而對于體重的一部分，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事實，即當超過所需的聚合物熔體供應注塑桶，很容易包到熱流道系統(tǒng)。 藝參數的影響零件質量 為了探討注射液速度快，實驗進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。那個重量 澆口 和部分所得在圖 12 。 這是觀察到的數字，雖然總重量的 澆口 和部分保持在一個恒定值， 澆口 和部分重量各不相同 且 注射速度 大大不同 。 在低注射速度非常低的部分體重獲得，這表明模腔沒有完全填補。論另一方面， 澆口 重量非常高 等 這些條件。這是因為熔體在熱流道系統(tǒng)冷卻很快，由于 澆口和門控系統(tǒng) 規(guī)模較小。在低注射液速度，熔體動作慢 澆口 的和門控系統(tǒng)，并成為更粘稠，甚至固化前模腔完全填補。 微型齒輪成型，試驗進行了不同計量大小設置的研究計量尺寸和重量上的一部分轉輪重量。圖 13 中顯示的結 果的一部分和 澆口 測量作為一個功能的計量大小。它可以必須指出，低熔體計量這兩個部分的重量和亞軍線性增加體重的計量大小。但是，在計量規(guī)模達到約 210 立方毫米， 幾乎沒有增加觀察到齒輪部分體重。另一方面， 澆口 被發(fā)現(xiàn)體重進一步增加甚至在穩(wěn)態(tài)部分重實現(xiàn)。這是因為任何回流聚合物熔體是不可能的柱塞噴射過程。一旦 型 腔充滿，任何進一步的計量增加將造成更大的 澆口。理想計量大小，因此 應提供足夠的聚合物熔體填補腔。 5 結論 微成型過程中，為不同的產品設計和聚合物材料，不同的模具系統(tǒng)可用于更好地融化流和空腔填補。材料與剪切敏感 粘度，一個小熱流道系統(tǒng)可以產生高剪切，以減少熔融粘度，方便微腔填補。溫度敏感材料，短期熱流道系統(tǒng)應使用，以盡量減少熱損失。 微注射系統(tǒng)， 螺絲桶和柱塞噴射系統(tǒng)，模具分型線可設計在噴嘴的秘訣更好的熔體注射和壓力控制。與常規(guī)注塑成型過程使用螺桿注射，這是一個很好的做法 。柱塞噴射系統(tǒng)保留模壓塑料亞軍固定一半以上的模具。這可能是實現(xiàn)了設計一個磁盤形空間的前端的噴嘴扭轉錐度。前進運動能力的注射柱塞可以用來退出 澆口 的塑造。 工藝參數，具有最顯著的影響，同時轉輪重量和體重的一部分計量大小。影響的 澆口 體重更為明 顯對部分重量，尤其是當超過計量設置使用。 控制體重更是復雜和涉及其他工藝參數，如注射速度及模具溫度 . 6 工業(yè)意義 小型化的趨勢已帶來的需求越來越多小型精密成型塑料組成部分，特別是在醫(yī)療和信息技術。印第安納州為了迎接挑戰(zhàn)走向小型化，新的一代注塑機使用一個單獨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。 微型模具設計與制造是一個挑戰(zhàn)生產微型元件符合嚴格的三維和功能要求。新模具設計概念和方法都必須通過以滿足需求的新機。開發(fā)的技術為微型模具的設計和微成型進程將使成型行業(yè)迅速拿起微 成型技術 件。 參考資料 1. 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