1、前言
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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(jī)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(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)品的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。
`o295eiY(b : S_]!'H 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(jī)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(jī)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。
c$71~|-[ 1O NkmVtL 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。
3^~J;U!3 _"L6mcI6 2、微型齒輪注塑成型的模擬分析
p /VVb% |g)>6+?]W 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(jī)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。
$*iovam>^] vno/V#e$WX 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。
?z&% VU" S7Ty}?E@ 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(jī)選用Arburg公司的Allrounder 220 S 17 tons 1.3 oz型注射機(jī)。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。
~"#HHaBO# ;%^=V# 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℃。
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PU1lDw 4fC:8 \A 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℃。
|?2fq& 2 m 0vW< 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。
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