一种用于金属和陶瓷微型零件成形的微注射成形用模具

摘要

一种用于金属和陶瓷微型零件成形的微注射成形用模具，属于粉末冶金技术领域。该模具包括：动模和静模两部分；动模包括：模具板、支撑板、加热板；静模包括两块静模具板；微注射成形模具带有加热和冷却装置，加热装置固定在动模上，两片加热板固定在模具板上，加热线圈埋在加热板内部，微注射成形模具的冷却装置为循环水冷却方式，在动模和静模上各装配有一套；在单晶硅片上采用深刻蚀技术，形成了微型零件的型腔；单晶硅片固定在动模板上。优点在于：实现在传统的注射机上完成外形尺寸小于1毫米的微型金属和陶瓷零件的注射成形，实现微型金属和陶瓷零件的微注射成形加工的关键一步，保证微型零件的精度，减少投资，降低了微型零件的生产成本。

说明书

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别是涉及一种用于金属和陶瓷微型零件成形的微注射成形用模具。

背景技术

近年来微系统技术的迅猛发展对于应用于微型工程中的三维微型复杂元器件，如微型模具、用于传感器和加速器上的微型机械结构、生物传感器、微型流体元件、微型反应器等在性能和规模化生产上提出日益紧迫的要求。然而，微系统技术的发展受到加工上的制约，传统加工方式已经远远不能胜任，而现有的微型加工技术，如微型切削，激光切削，硅刻蚀技术以及LIGA技术等虽然具有多方面的优点，但往往受加工材料少的局限，同时无法满足技术可行性与高的性价比的双重要求，生产效率低，无法应用于大规模生产。

微注射成形技术将近年来迅速发展起来的粉末注射成形技术，有机地运用到外形尺寸是微米级的器件的制备上，完全满足高性价比的要求，成为大规模生产微型元器件的最具潜力的制备技术，而且将可加工的材料范围扩大到各种纯金属、合金以及陶瓷。但目前尚未有用于金属和陶瓷的微注射成形的与传统注射机相配套的模具，原因主要有：1、国际上对微注射成形技术进行的研究，都是在微型注射机上进行操作的，与传统注射机无法配套使用。2、目前市场上销售的微型注射机都没有配套模具，而微注射成形技术与传统的注射成形技术相比，在很多工序上都具有特殊性，其中模具最具代表性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于金属和陶瓷微型零件成形的微注射成形用模具，实现在传统的注射机上完成外形尺寸小于1毫米的微型金属和陶瓷零件的注射成形，实现微型金属和陶瓷零件的微注射成形加工的关键一步，保证微型零件的精度。

本发明的微注射成形模具包括：动模和静模两部分。动模包括：动模具板1、2、5、6、7，支撑板3、4，以及加热板8和9组成，静模包括两块静模具板11和12。

微注射成形模具带有加热和冷却装置。加热装置固定在动模上，由两片加热板8和9、加热线圈和热电偶组成。加热板8和9固定在动模具板2的两个侧面上，加热线圈埋在加热板内部，由导线引出并连接在一起形成加热回路。加热板的温度由插在加热板测量小孔内的热电偶来测量。

微注射成形模具的冷却装置为循环水冷却方式，在动模和静模上各装配有一套，分别在动模具板1和静模具板11上。循环水通过动模具板1和静模具板11内部的U型通道，与外接水管相连，实现对动模具板1和静模具板11的冷却。动模具板1中的U型通道在镶嵌块10的周围，静模具板11中的U型通道在注射射嘴的周围。U型通道与镶嵌块10和注射射嘴的距离均为6-30mm。U型通道与设置在模具板侧面的空心管相联，以耐高温的塑料管连接上下水。动模具板1和静模具板11的厚度在16-25mm范围内。

动模的动模具板1与静模具板11相接触，交界面为注射坯料的分型面。动模具板1是模腔的支撑板。动模具板1的中心处是圆柱状的冷料槽，直径为5-10mm，深度为5-12mm，冷料槽的体积为150-800mm³。合模状态时冷料槽的位置与静模具板11上的射嘴相对应。由于传统注射机的料桶体积大，位于射嘴前端的喂料的温度较低，冷料槽的作用在于以保证熔胶后停留在射嘴前端的喂料在注射时留在冷料槽中，而不参与流向流道和微型零件的型腔。

静模的静模具板12与注射机的射嘴相连，静模具板11中在注射射嘴的周围布置循环水的通道，以便在注射后对模具进行冷却，使熔融喂料迅速冷却，以保证脱模时足够的强度。

冷料槽与注射流道相连，注射流道的横截面的形状为长方形、正方形或U形，边长1-6mm，注射流道的长度为1-4mm。

注射流道的另一端与动模具板1上一个通孔的侧面相通，通孔内镶嵌一个与通孔相同截面的镶嵌块10，镶嵌块10为Cr12MoV经淬火加高温回火制造。上述镶嵌块的底面与该模具板的底面保持一致，而镶嵌块的表面比动模具板1的分型面低1-3mm，从而形成一个凹槽。

镶嵌块10的表面上，一片单晶硅片置于其中心部位。

单晶硅片是以微注射成形技术实现微型零件的生产的关键部件。上述单晶硅片上，采用深刻蚀技术，加工出具有微型零件形状的凹模，凹模的尺寸较零部件最终尺寸大18-32％，这样就形成了微型零件的型腔。

单晶硅片是通过E51环氧树脂与凹槽的底部牢固粘结在一起。

镶嵌块10上，靠近四个侧面对称地分布四个通孔，通孔位于单晶硅片的侧面与镶嵌块形成的凹槽的内表面的间隙之间。四个相同的顶针14插入上述通孔中，顶针与通孔间为过盈配合。

本发明的优点在于：实现在传统的注射机上完成外形尺寸小于1毫米的微型金属和陶瓷零件的注射成形，实现微型金属和陶瓷零件的微注射成形加工的关键一步，保证微型零件的精度，同时减少在微注射成形机上的投资，大大降低了微型零件的生产成本。

附图说明

图1为本发明微注射成形模具的装配主视图。其中，动模具板1、2、5、6、7，支撑板3、4，加热板8、9，镶嵌块10、静模具板11、12，顶杆13，顶针14、导柱15、导套16。

图2为本发明模具的动模的动模具板1的俯视图。

具体实施方式

图1、图2为本发明的一种实施方式，微注射成形模具包括动模和静模。上述动模具板1上的冷料槽为8×6mm，注射流道的横截面为长方形，流道为2×1.5×2mm。动模具板1中的镶嵌块的横截面为12×12mm的正方形，表面比动模具板1的分型面低2mm，从而形成一个12×12×2mm的凹槽。对应于12×12×2mm的凹槽，单晶硅片的尺寸为8×8×0.6mm，顶针14的直径为1.5。

其中，8×8mm的单晶硅片的尺寸可以根据需要进行调整，同时12×12×2mm的凹槽和截面积为1.5的四个顶杆的横截面的尺寸也要做相应的调整。

为了保证注射喂料的良好的均匀性，冷料槽与注射流道之间通过过渡槽相连，为了过渡槽的加工的方便，过渡槽的形状为月牙形，尺寸为8×2mm。

在实施注射工艺前，将动模上的加热系统启动，对动模的动模具板1进行加热。动模和静模合模后，将熔融的含有金属或陶瓷微细颗粒的喂料经静模的射嘴注射到冷料槽中，喂料的前端的温度较低部分滞留在冷料槽中，其余部分经与冷料槽相连的主流道进入12×12×2mm的凹槽中，迅速填充，并覆盖在单晶硅材料的型腔中。待注射结束后，停止加热，启动动模具板1和静模具板11的冷却系统，保持一段时间后，注射坯料温度降低，强度提高，开模。注射机的顶出机构通过动模具板7上的孔洞将动模具板6向前推进，同时将四根顶杆14向前顶出，完成注射坯与型腔的分离。

为了使本实施例具有更佳的操作性，在动模的动模具板1和静模的静模具板11上分别安装导柱15和导套16，依靠该导柱和导套的导向配合，提高定位与合模精度。