粉末微注射成形脱模过程的研究

摘要

粉末微注射成形技术是目前发展最快、最具应用潜力的先进微成形技术之一，因其具有高精度、低成本、高效率、良好的材料适应性以及可成形复杂形状的微型零件等特点，能够很好的满足制备微型元器件高性价比的要求。但是在制备微零件的整个过程中，脱模过程极易造成微零件的破坏和模具的磨损，因此本文针对粉末微注射成形脱模过程造成微零件缺陷和模具磨损的现象，运用摩擦学理论和数值模拟方法，深入分析并揭示出了造成脱模缺陷和模具磨损的内在原因及其作用机制。
　　本研究主要内容包括：⑴通过测试了316L不锈钢喂料的热学行为和生坯的力学性能，确定了熔化温度、热分解温度以及生坯的热膨胀系数、拉伸强度等性能，为后续的实验和数值模拟提供了必要参数。⑵研究了脱模过程中生坯与单晶硅模具材料间的摩擦磨损行为，得出了脱模温度和应力对脱模过程中摩擦学性能的影响规律；另外从界面粘着的角度入手，通过对单晶硅模具材料表面的改性来减小生坯与模具材料间的粘着力，从而提高生坯的脱模质量和模具的耐磨程度。具体结论如下：生坯与模具材料间的摩擦系数随着脱模温度的升高而减小、随着热应力的增大而不断增大，对单晶硅模具材料表面镀DLC薄膜，能够极大地降低生坯与模具材料间的摩擦剪切行为，提高模具材料的耐磨程度。⑶选取圆柱状微结构的截面作为研究对象，分析了粉末微注射成形脱模过程的脱模阻力的构成。在特定实验条件下，利用ABAQUS有限元软件，模拟了微结构脱模过程不同位置的应力分布状态及变化趋势。结果显示：在脱模刚开始时，脱模阻力最大，微结构应力集中区的应力值最大，最容易造成微结构破坏。在脱模温度低于临界平衡温度（Tcr）时，脱模温度越低，微结构承受的应力越大，微结构距离生坯几何中心越远，其承受的应力越大，越容易造成微结构的破坏；在脱模温度高于Tcr时，在整个脱模过程中，生坯中的各个微结构处于相同的应力状态。

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第1章 绪论

1.1粉末微注射成形

1.2粉末微注射成形中的脱模行为

1.3本课题的研究目标及主要内容

第2章 实验材料及研究方法

2.1实验材料

2.2实验技术路线

2.3研究方法

2.4实验仪器设备

第3章 粉末微注射成形喂料及生坯性能的研究

3.1喂料的性能

3.2生坯的性能

第四章 粉末微注射成形脱模过程中摩擦学性能的研究

4.1实验设备及原理

4.2 生坯试样及下试样的制备

4.3 摩擦实验部分及结果

4.4本章小结

第五章 粉末微注射成形脱模过程的受力分析及有限元模拟

5.1粉末微注射成形脱模形式

5.2粉末微注射成形脱模力的组成

5.3临界温度Tcr

5.4有限元模型

5.5粉末微注射成形脱模过程的有限元模拟结果及讨论

5.6本章小结

总结与展望

参考文献

致谢