微结构注塑制品成型工艺及充填行为研究

摘要

微注塑成型工艺是微注塑成型技术的核心内容之一，它不仅为成型制品的质量提供了技术保障而且为验证成型理论及微模具的设计加工提供了技术依据。然而，由于微注塑成型制品结构和尺寸的微型化，成型过程中熔体在微流道中表现出的流动特性不同于宏观尺寸下的充模流动，这使得传统注射成型中的工艺参数设置也不再完全适用于微注塑成型，因此，进一步研究微注塑成型工艺特性，探讨微型腔中熔体的流动状态及充填规律，将对微注塑制品的加工与应用具有非常重要的意义。
　　本文采用等规聚丙烯(iPP)为原料，以微结构制品为研究对象，在综合考虑微结构注塑制品尺寸、结构以及成型工艺特点的基础上设计了微注塑成型模具，系统研究了模具温度、注射速度、熔体温度三个工艺参数对微结构注塑制品充填质量的影响规律，并对其成型工艺进行了优化，另外探究了不同注射速度下微结构制品充填过程中微圆柱流动前沿的形态演化规律及其充填性能。主要工作及结论如下:
　　1.设计了微结构制品的成型模具。模具采用主体结构和镶块结构相结合的模式，镶块的微圆柱区域采用“三明治”镶拼结构设计，不但增加了微圆柱型腔的排气能力，而且提高了塑件的充填性能。基于CAE技术优化了模具的浇口位置及尺寸。
　　2.基于正交试验设计方法深入研究了模具温度、注射速度和熔体温度三个工艺参数对不同特征尺寸微结构制品成型质量的影响规律。其极差分析、方差分析结果基本一致。工艺参数对距浇口最远排微圆柱的平均充填高度指标的影响规律为:注射速度＞熔体温度＞模具温度;对微圆柱周边是否产生飞边指标的影响规律为:模具温度＞注射速度和熔体温度。最佳的工艺水平组合为:模具温度80℃，注射速度400mm/s，熔体温度280℃。
　　3.采用单因素实验深入探究了不同注射速度下微结构制品的充填行为，实验结果发现:距浇口最近一排微圆柱的充填呈现“中间高、两侧低，一侧高于另一侧”的变化趋势，熔体由宏观尺寸型腔进入微圆柱型腔时，熔体流动前沿出现“偏心”现象，并随注射速度的增加而加剧。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 微注塑成型的定义、原理及应用

1．1．1 微注塑成型的定义

1．1．2 微注塑成型原理

1．1．3 微注塑成型的应用

1．2 微注塑成型技术的国内外研究现状

1．2．1 微注塑成型机的研制

1．2．2 微型模具的设计与制造

1．2．3 微注塑成型材料

1．2．4 微注塑成型工艺

1．2．5 微注塑成型过程的数值模拟

1．3 课题的研究意义

1．4 本文主要工作

2 基于CAE数值分析的微注塑成型模具设计

2．1 引言

2．2 微结构制品模型及结构尺寸

2．3 微结构制品浇口位置及尺寸优化

2．3．1 微结构制品有限元模型的建立及网格前处理

2．3．2 最佳浇口位置优化

2．3．3 最佳浇口尺寸优化

2．4 微注塑成型模具设计

2．4．1 微模具整体结构设计

2．4．2 模具镶块及排气系统设计

2．4．3 浇注系统设计

2．4．4 脱模机构设计

2．5 本章小结

3 基于正交试验设计的微注塑成型工艺研究

3．1 引言

3．2 正交试验设计方法

3．2．1 正交表

3．2．2 正交实验设计步骤

3．2．3 多指标正交实验的分析方法

3．3 正交实验数据分析方法

3．3．1 极差分析

3．3．2 方差分析

3．4 微注塑成型实验

3．4．1 实验材料

3．4．2 实验设备

3．5 成型微圆柱阵列制品实验设计

3．6 实验结果分析

3．6．1 500μm微结构制品成型工艺研究

3．6．2 250μm微结构制品成型工艺研究

3．7 本章小结

4 微结构制品注塑成型充填行为研究

4．1 引言

4．2 注塑成型实验

4．2．1 实验工艺参数设置

4．2．2 试样制备

4．3 500μm微结构制品实验结果讨论与分析

4．3．1 注射速度对微圆柱充填高度的影响

4．3．2 螺杆行程对微圆柱充填高度的影响

4．3．3 注射速度对微圆柱充填前沿形状的影响

4．4 250μm微结构制品实验结果讨论与分析

4．4．1 注射速度对微圆柱充填高度的影响

4．4．2 螺杆行程对微圆柱充填高度的影响

4．4．3 注射速度对微圆柱充填前沿形状的影响

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢