基于微注塑成型的微塑件数值模拟与工艺实验研究

摘要

随着微机电系统的发展，对微制品的需求越来越多，微注塑成型是一种新的成型微制品的生产方式。本文以无阀微泵、微连接器为研究对象，结合相关绘图软件和有限元分析软件，完成了无阀微泵、结构设计与数值模拟。利用微注塑机，对微连接器进行微注塑成型实验。利用正交实验设计方法，得到微泵、微连接器的最优工艺方案组合，用于指导实际生产。
　　 本文研究了无阀微泵的工作机理，并利用有限元分析软件ANSYS对微泵进行模态分析和静力分析。建立28个不同尺寸的扩散管/收缩管，利用限元分析软件FLUENT对其内部流体流动特性进行数值模拟，通过对大量的模拟数据的分析，得出无阀微泵的关键部位(扩散管/收缩管)最佳尺寸结构。根据所模拟所得的微泵的关键尺寸参数，利用绘图软件AUTOCAD和PRO/E分别设计了微泵的二维和三维结构图，为无阀微泵的微注塑成型工艺参数模拟提供合理的理论模型。结合正交实验设计方法，利用有限元分析软件MOLDFLOW，对无阀微泵的微注塑成型工艺参数进行数值模拟，得到无阀微泵的最优工艺方案组合，为后续微泵的微注射实际成型实验提供参考依据。
　　 基于正交实验设计方法，对微连接器塑件进行微注塑成型工艺实验进行研究；利用正交分析方法中的方差分析和极差分析，获得各组工艺条件对微塑件实验指标的影响程度，绘出因素水平变化趋势图，得到微连接器的最佳工艺参数方案组合，为后续微连接器的实际生产提供可靠的参考依据。
　　 本文创新之处主要有以下两点：
　　 (1)提出利用微注塑成型方式成型无阀微泵，与目前利用MEMS工艺加工方式相比，微注塑成型具有成本低、制品重复性好、更易实现批量化生产等优势。
　　 (2)利用正交实验设计方法对微泵的数值模拟结果和微连接器的实验结果进行分析，这种方法能满足利用较少的实验次数，获得较优的实验结果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章绪论

1.1微注塑成型技术的研究概况

1.1.1微注塑成型技术的内涵

1.1.2微注塑成型材料

1.1.3微型注塑机的发展

1.1.4微注塑成型工艺的研究概况

1.1.5微注塑成型技术的发展趋势

1.2微型泵的研究概况及发展趋势

1.2.1微型泵的研究概况

1.2.2微型泵应用前景展望

1.3论文选题的目的和意义

1.4课题研究的主要内容

第二章无阀微泵及其驱动方式的机理研究

2.1无阀微泵工作机理研究

2.1.1流体在无阀泵内流动特性分析

2.1.2无阀微泵工作原理

2.1.3无阀微泵的流量计算公式

2.2致动方式的工作机理分析

2.2.1压电效应

2.2.2谐振频率

2.2.3压电双晶片的工作机理

2.3泵膜的理论模型分析

2.3.1矩形板的变形分析

2.3.2圆板的变形分析

2.3.3泵膜材料的选择

2.4本章小结

第三章无阀微泵的数值模拟及优化设计

3.1 PDMS泵膜的数值模拟

3.1.1 PDMS泵膜的模态分析

3.1.2 PDMS泵膜的静态分析

3.2 PZT压电双晶片驱动器的模态分析

3.2.1 PZT压电双晶片尺寸与端部输出位移的关系

3.2.2 PZT薄膜压电双晶片的模态分析

3.3无阀泵腔内流体流动特性数值模拟

3.3.1模拟软件和模拟条件的确定

3.3.2流体的雷诺数及模型选择

3.3.3模拟结果及分析

3.4无阀微泵的设计

3.5本章小结

第四章基于无阀微泵的微注塑成型数值模拟

4.1 MOLDFLOW软件简介及作用

4.2模型的建立及网格划分

4.2.1建立微泵三维模型

4.2.2网格划分

4.3一模一腔的数值模拟

4.3.1最佳浇口位置的模拟

4.3.2充填分析

4.3.3流动分析

4.3.4翘曲分析

4.4一模四腔的数值模拟

4.4.1充填分析

4.4.2流动分析

4.4.3翘曲分析

4.5基于正交实验的工艺参数优化分析

4.5.1 MOLDFLOW分析及正交实验

4.5.2模拟结果分析

4.5.3.优化结果检验

4.5.4结论

4.6本章小结

第五章基于微连接器的微注塑成型工艺实验研究

5.1实验材料、设备、仪器

5.1.1实验材料

5.1.2微连接器模具

5.1.3微型注塑机

5.1.4成型机附属系统及设备

5.2实验设计方法

5.2.1确定实验设计方法

5.2.2正交实验设计步骤

5.2.3实验指标及因素的确定

5.2.4正交表的选择

5.3 LCP材料微连接器注塑成型实验

5.4实验结果与分析

5.4.1实验制品

5.4.2实验数据的极差分析

5.4.3方差分析与贡献率的计算

5.4.4最佳工艺条件及实验验证

5.4.5实验结果分析

5.4.6实验结论

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1本课题完成的工作

6.2存在的不足及有待继续研究的方向

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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