1、前言
q9_OGd|P M }D}K\) 隨著微／納米科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，微型塑件在各種微型機械系統(tǒng)產(chǎn)品中的應(yīng)用需求越來越大。微注塑成型技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)地快速地大批量制造微型塑件的方法，對于滿足日益增長的微型機械系統(tǒng)產(chǎn)品的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
eMsd3 7J FZlWs p= 目前，關(guān)于微注塑成型技術(shù)的研究還處于起步階段。由于微型塑件其結(jié)構(gòu)尺寸與體積極其微小，并且微注塑成型技術(shù)的研究涉及到許多相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，如微流變學(xué)、微傳熱學(xué)、微流體力學(xué)、聚合物的微觀形態(tài)學(xué)等，加之各相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的理論與技術(shù)本身的研究也不夠成熟，因此還沒有形成能夠指導(dǎo)微注塑成型的理論與方法，更不能簡單地將傳統(tǒng)的、宏觀上的注塑成型理論與方法應(yīng)用到微注塑成型中去。而隨著微機械技術(shù)的迅猛發(fā)展，又迫切需要微型塑件或微注塑封裝技術(shù)能在微機械系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，因此對微注塑成型技術(shù)的研究至關(guān)重要。
GVn!O1jio I J"q~r$ 本模擬分析與實驗研究將選用微型齒輪結(jié)構(gòu)作為研究對象，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計制造出一套具有一模四／腔的微注塑模具。微型齒輪結(jié)構(gòu)具體尺寸參數(shù)如下：模數(shù)0.25,齒數(shù)10,分度圓直徑2.5mm,齒輪厚度0.lmm。之所以選用微型齒輪結(jié)構(gòu)是由于不僅其尺寸微小而且其形狀復(fù)雜，對于微注塑成型技術(shù)的研究具有典型的代表性和深度性。
NLq zi%s TJRCH>E [a 2、微型齒輪注塑成型的模擬分析
0h_|t-9j zF<R'XP 注塑成型模擬分析技術(shù)是根據(jù)流變學(xué)、傳熱學(xué)、計算力學(xué)及計算機圖形學(xué)等基礎(chǔ)理論建立注塑成型過程的數(shù)學(xué)和物理模型，構(gòu)造有效的數(shù)值計算方法，實現(xiàn)注塑成型過程的動態(tài)仿真分析，形象的模擬出實際注塑成型過程中熔體的動態(tài)流動、冷卻及保壓過程的一門技術(shù)，進(jìn)而計算出制品的應(yīng)力分布，預(yù)測出制品的翹曲變形，并由此分析工藝條件、材料參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)對制品質(zhì)量的影響，達(dá)到優(yōu)化制品和模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)化成型工藝參數(shù)的目的。
K%oG,-wdg TeM|:o 本研究利用MoldFlow軟件3D(實體流）分析技術(shù)模擬微注塑成型填充過程中熔體流經(jīng)流道、澆口以及填充模具型腔的過程，計算澆注系統(tǒng)及模具型腔的壓力場、溫度場、速度場、剪切應(yīng)變速率場和剪切應(yīng)力場的分布，并將分析結(jié)果以圖表、等值線圖和真實感圖形的方式直觀地反映出來。
fZF @k5* \ e z$(c 首先在Pro/E中建立幾何模型，將其保存為STL文件格式然后導(dǎo)入MoldFlow中，使用實體流技術(shù)對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，通過網(wǎng)格信息統(tǒng)計對網(wǎng)格進(jìn)行診斷，并利用網(wǎng)格工具對網(wǎng)格缺陷進(jìn)行修改和完善。劃分完網(wǎng)格的幾何模型見圖1。
模擬分析中，注塑材料選用Advanced .Compos-ites Inc的CO 0447,屬于PP結(jié)晶材料；注射機選用Arburg公司的Allrounder 220 S 17 tons 1.3 oz型注射機。將分別對模具溫度、熔體溫度、注射速率、注射壓力這4個工藝參數(shù)的變化對微注塑成型的影響進(jìn)行模擬研究。每個工藝參數(shù)分別選擇5個不同的水平，具體模擬工藝條件和結(jié)果見表1~表4和圖2~圖5。
%h@EP[\ :o3N;*o>)0 2.1 模具溫度的模擬分析
從模擬結(jié)果可以看出，隨著模具溫度的提高，填充率顯著的增加，尤其是模具溫度從60℃到80℃，填充率增加最為明顯。由此可知，對于微型齒輪注塑成型，模具溫度不應(yīng)低于60℃。
y)@wjH{6 ,z jv7$L 2.2 熔體溫度的模擬分析
從模擬結(jié)果可以看出，隨著熔體溫度的提高，填充率顯著的增加，尤其是熔體溫度從220℃到240℃，填充率增加最為明顯。由此可知，對于微型齒輪注塑成型，熔體溫度不應(yīng)低于220℃。
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x7_Q 2.3 注射速率的模擬分析
從模擬結(jié)果可以看出，隨著注射速率的提高，填充率顯著的增加，尤其是注射速率從10 mrn/s到12mm/s，填充率增加最為明顯。由此可知，對于微型齒輪注塑成型，注射速率不應(yīng)低于l0mm/s，而注射速率為lomm/s時注射時間為0.0985s，即注射時間不應(yīng)高于0.1S。
?caSb =f y6a3t G 3.4 注射壓力的模擬分析
從模擬結(jié)果可以看出，隨著注射壓力的提高，填充率顯著的增加，尤其是注射壓力從60MPa到80MPa，填充率增加最為明顯。由此可知，對于微型齒輪注塑成型，注射壓力不應(yīng)低于60MPa.
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E@C}u 7@Qcc t4A 3、微型齒輪注塑成型的實驗研究
g 7H(PF? ktIFI`@ w) 微注塑成型實驗研究對微注塑成型理論的驗證和微注塑理論模型的建立提供了實驗依據(jù)。本實驗研究通過參考模擬分析結(jié)果來對微注塑成型試驗的工藝參數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)性的設(shè)置。實驗設(shè)備選用專門生產(chǎn)微小制品的BOY 12A微型注射機，其為完全閉環(huán)電路控制，具有相當(dāng)高的精度及穩(wěn)定性、可靠性。注塑材料選用Mitsui Advanced Composites的F227型PP材料。
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