微注塑成型充模流動(dòng)理論與工藝試驗(yàn)研究.pdf

1、采用微注塑成型技術(shù)成型的微塑件具有質(zhì)量輕、體積小、抗腐蝕及絕緣性能好、尺寸一致性好、成型效率高等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、精密儀器、生物與基因工程、醫(yī)藥工程、信息通訊、環(huán)境工程和軍事等領(lǐng)域，有著廣闊的應(yīng)用前景。微注塑成型中聚合物熔體充模過程直接影響著微塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，是成型中最重要的階段。因此，對(duì)微尺度下熔體充模流動(dòng)行為尤其對(duì)微尺度效應(yīng)進(jìn)行深入研究，獲得微小型腔內(nèi)熔體的溫度、壓力及速度場，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)值模擬與成型工藝試驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)

2、化微注塑模具、合理設(shè)置成型工藝參數(shù)和提高微塑件質(zhì)量都具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 本文依據(jù)粘性流體力學(xué)和聚合物流變學(xué)的基礎(chǔ)理論，借鑒傳統(tǒng)注塑成型中熔體充模流動(dòng)的研究方法，構(gòu)建了微注塑成型熔體充模流動(dòng)的基本方程；采用非線性擬合數(shù)學(xué)建模方法，建立了表征熔體粘度與微通道特征尺寸關(guān)系的微尺度粘度模型；通過引入Navier 滑移模型研究了微尺度下壁面滑移對(duì)熔體速度場和溫度場的影響規(guī)律；通過對(duì)熔體與通道壁面間熱量傳遞機(jī)制的分析，獲得采用瞬

3、態(tài)對(duì)流換熱系數(shù)模型時(shí)微通道中熔體的溫度分布規(guī)律；得到了粘性耗散對(duì)于微尺度下熔體充模流動(dòng)的影響規(guī)律。 基于微注塑成型理論的研究結(jié)果，采用有限元數(shù)值分析方法，通過對(duì)熔體流變方程和熱力學(xué)邊界條件的修正，系統(tǒng)研究了采用微尺度粘度模型和瞬態(tài)對(duì)流換熱系數(shù)模型時(shí)熔體的速度場和溫度場分布，獲得了考慮微尺度效應(yīng)條件下選用不同成型材料時(shí)模具溫度、熔體溫度、注射壓力、注射速度及注射行程等工藝參數(shù)對(duì)啞鈴形微結(jié)構(gòu)塑件填充率的影響規(guī)律。 設(shè)計(jì)和制造

4、了用于微注塑成型熔體充模理論研究及成型工藝試驗(yàn)的啞鈴形微結(jié)構(gòu)塑件注塑模具，結(jié)合微結(jié)構(gòu)塑件結(jié)構(gòu)及微注塑成型的特點(diǎn)，完成了電熱水冷式微注塑模具變溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分別采用UV-LIGA技術(shù)和微細(xì)電火花技術(shù)，加工出具有通道寬度分別為10μm 和 50μm的微注塑模具型腔。 基于狹縫流變儀原理，研制了熔體壓力在線測量裝置，測量了熔體在微通道入口處的壓力值，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的修正及計(jì)算，驗(yàn)證了所建熔體微尺度粘度模型的正確性。采用Taguchi試