微注射成型工艺与模具设计.ppt

1、微注射成型工艺与模具设计微注射成型工艺与模具设计好好学习，天天向上好好学习，天天向上 1 小绪论 2 微注射成型工艺过程 3 注射机介绍与其模具加工 4 微注射机的特殊要求与挑战 1.1 微注射成型工艺的起源微注射成型工艺的起源 1.2 微注射成型直观介绍及其特点 1.3 微注射成型工艺现况【优缺点】微注射成型工艺现况【优缺点】1.4 微注射成型工艺的研究热点及发展趋势1小绪论青青衣衣1.1 微注射成型工艺的起源 微注塑成型技术20世纪70年代首次提出，由于当时还没有专门的加工技术，因此注塑机只能将传统的锁紧力为25-50吨注塑机，再配以特殊的装置，改进为液压驱动，来生产具有高深宽比的微型注塑

2、件。到了20世纪80年代，微细加工技术得到飞速发展，这为微注塑成型机的成功研制和微型模具的制造和加工，提供了有力的技术保障和工程实践支持。使工程界人士对微注塑成型技术的研究产生了极大的兴趣，进而使微注塑技术的发展取得了质的突破。1985年，世界上第一台专门用于加工微型塑件的注射装置Mcromelt在德国问世后，其他国家，如美国，日本、西欧等紧随其后，先后开发出了各种不同类型的微型注塑机，其研究成果为微型注塑机投入实际生产提供了强有力的技术和理论支持，激发了世界各国学者对微成型技术的研究热潮。微注射成型（也称微成型）用于生产总体尺寸、或特征功能区、或公差要求以毫米甚至微米计的制品。随着高技术和精

3、密技术的快速发展，在光通信、计算机数据存储、医疗技术、生物技术、传感器和传动装置、微光学器件、电子和消费类产品，以及设备制造和机械工程等领域中，微注射成型制品呈现快速增长的需求。典型例子包括：手表和照相机部件，汽车撞击、加速和距离传感器，硬盘和光盘驱动器读写头，医疗传感器，微型泵，小线轴，高精度齿轮、滑轮和螺旋管，光纤开关和接插件，微电机，外科仪器和通讯制品等。1.2 微注射成型直观介绍微注射成型直观介绍1.2 微注射成型特点一 重几微克到几分之一克，尺寸可能在微米级的微注塑成型制品，如微齿轮、微操纵杆等。本图是用聚醚酰亚胺做的齿轮，齿轮轴孔直径和齿廓宽度均小于1mm。图1 微注射成型制成的微

4、齿轮材料是聚醚酰亚胺料，筒机头温度370 图中标尺单位为厘米 1.2 微注射成型特点二具有微结构区域或特征功能区，例如带有数据点隙的光盘、具有微表面特征的透镜、使用塑料薄片技术制造微齿轮的薄片等。本图是透明小齿轮。注意齿轮表面布有宽度小于1mm的同心圆，用于后续制作计数器的数据区。1.2 微注射成型特点三可具有任意尺度，但尺寸公差在微米级的高精度制品，例如光纤技术用接插件等。本图是一种汽车用微卡子，卡体采用聚甲醛，卡体尾片厚为700um。为减轻运行时卡体振动，采用微注射机注射和旋转模具，在卡体中部共注射一小块弹性体，材料为PE-PA共聚物。1.3 微注塑成型机的研究现状德国的IKV研究所一直从

5、事注塑成型及其模具技术的研究，他们新近研制了一种高技术含量的微注塑成型概念机，获得了比Microsystem50更小的注射量。这种微注塑机技术代表了目前最新的研究进展，它仍采用螺杆预塑化和柱塞注射单元分离式设计，只是注射推杆的直径由Microsystem50型的5mm减小到2mm,其注射量可在5mg-300mg范围内变化。1.3 微注射成型的优点微注射成型的目的是生产微型制品，因此与其它宏观注射成型工艺不存在竞争关系，这是它突出的优点。1.3 微折射成型工艺的缺点 制品小而流道大，流道可能占到总注射重量的90%。对于微型注射应用，流道内的材料大多数情况下不能回收再用，因而材料浪费严重。生产周期

6、长。由于制品通常的表面/体积比很高，模具在注射过程中必须加热到熔融温度以上以防止早期凝固，因此使得周期时间延长。1.4 研究热点 当微注射成型机、微注射成型模具及 成型材料确定后，微注射成型工艺就成为保证微型塑件成型质量的重要因素。与传统的注射成型工艺类似，目前国内外对微注塑成型工艺的研究也包括注射压力、注射速度、成型温度和时间等工艺参数，但是传统注射成型的工艺条件并不完全适合于微注射成型，各工艺参数及其交互作用对成型的影响规律是目前微注射成型技术研究中的一大热点。1.4 展望，微注射成型工艺微注射成型机的发展建立在机电技术和注射成型技术的发展基础上，以微注射成型产品的需求为驱动力。从目前微注

7、射成型机研究状态看，未来一段时间关于微注射成型的研究发展趋势可能体现在以下方面：(1)对设备的驱动方式进行进一步研究，开发高精度、高灵敏度和高推力、低成本的驱动设备和方式；(2)探索新的材料塑化方式，解决现有塑化方式带来的诸多问题，达到整洁、高效塑化注射材料的目的；(3)进一步完善新材料的微注射成型工艺研究，发展适用于多种成型材料的微注射成型机；(4)微注射成型机的高精度、高效率产品检测单元的探索，为微注射成型机提供可靠的性能测试和评价标准；(5)智能化和网络化微注射成型要的开发应用研究，使微注射成型机在计算机和网络的帮助下实现多元控制和远程在线控制生产。综上所述，微注射成型机的研制发展历史并

8、不长，但它是一个极具发展潜力的技术领域，开展这一领域的研究不仅可以带动传统注射成型技术的发展，同时也可以促进精细微结构制品的制造和应用。随着各国致力于微机电系统(MEMS)及精细CAD/CAE/CAM制品开发的力度不断加强，精细微结构制品的市场将持续增长，对精密微注射成型机的需求也会相应逐年增加，微注射成型机在先进制造领域必将发挥日益重要的作用。2.1微注射成型工艺过程2.2影响成品质量的参数2.32 微注射成型工艺过程微注射成型工艺过程微注塑成型材料微注射成型工艺定义微注射成型工艺定义微注射成型(也叫微成型)用于生产总体尺寸、功能特征或公差要求以毫米甚至微米计的制品。由于成型制品的微型特征，

9、需要特殊的成型机械和辅助设备来完成各种生产操作。如：注射量控制、模具排空(真空)、注射制品的顶出、检验、分离、操作、存放、定位和包装。模具嵌件和模腔的制造也需要特殊的技术。2.1 微注射成型工艺过程成型工艺为保证能够正确充模，需要高注射速度和高注射压力、熔体温度应为允许范围内的较高温度、模具壁温需精确的控制。需要使用大流道和浇道来获得足够大的注射量，以便在熔体流动过程中可靠地控制和切换，避免材料降解。此外，采用改进的模具传感器，高精度模具导向装置，模具抽空系统，集成流道采集器和用于制品取出的机械手，自动的浇口切除系统，和在每个周期都激活的模具清洗系统，对于控制生产工艺以及有效处理和包装微注射成

10、型制品都是至关重要的。2.2 影响成品质量的参数影响成品质量的参数原材料的性能成型装置模具制造技术成型工艺的温度注射速度压缩速度及切换时间 2.3 微注塑成型材料由于微注塑成型中流道及型腔尺寸非常微小，因此用于微注塑成型加工的材料要求具有粘度低、机械性能高、快速固化、流动性好、固化温度差值小、尺寸稳定性好等性能,现阶段常用的微注射成型聚合物原料主要有PMMA、PC、PA、POM、PSU、PEEK、LCP、PE及PA12-C 等。但现有的聚合物材料很少能同时兼顾所有的成型与使用性能的要求,因此用具有微小尺寸的填料填充基体,通过加入特殊助剂的方法使物料更适合微注射成型。当填料为同样数量的超细氧化锆

11、粉,并在较好的充模能力与高生坯稳定性。LOGO 3 微注射机的分类及其优缺点微注射机的分类及其优缺点塑化和注射单元的机构设计分类3.2驱动方式分类33.13.1 驱动方式分类及其与缺点按驱动方式分类，可分为液压/气压式驱动、全电式驱动和电液复合式驱动。液压/气压式驱动即塑化单元和注射单元的旋转/往复运动均靠液压/气压系统来驱动，其优点是所能达到的注射压力和注射速度高，可以满足微注射成型工艺的要求；缺点是控制精度较差。全电式驱动即设备所有单元均采用伺服电机驱动，其优点是控制精度高，反应速度快，对环境污染小；缺点是伺服电机输出的推力有限，所能达到的注射压力和速度不高。电液复合式驱动即将液压式驱动的

12、高注射压力、注射速度与全电工驱动的精确控制和快速反应相结合，作为系统的驱源。3.2 塑化和注射单元的机构设计分类螺杆式 微注射成型机的塑化、计量和注射均由一组螺杆完成，各单元旋转和往复运动均在一条轴线上，构造简单，容易控制。但是由于螺杆前端的止逆环结构，设备对一次注射量的控制精度较差。柱塞式 微注射成型机包括单一柱塞型和柱塞-柱塞型两种，单一柱塞型将粒状或粉状的塑料向前推送，绕经一鱼雷状分流梭，经由喷嘴注入模腔，分流梭的功能是将塑料分散于管内部表层，使塑料更容易塑化；而柱塞-柱塞型是由两组柱塞分别完成塑化和计量注射功能。该型微注射成型机通常塑化量较小，塑化的品质不高，混料性能也较差。螺杆柱塞混

13、合式 微注射成型机以螺杆作为塑化单元，完成混料与塑化，以小直径柱塞配合伺服马达与控制器作为微注射单元，完成精密计量与注射。3.33.3微注塑成型模具微注塑成型模具微注塑成型模具微注塑成型模具加工方法【了解加工方法【了解加工方法【了解加工方法【了解 LIGA技术技术 微铣削加工技术 微细放电加工技术微细放电加工技术(EDM)3.3.43.3.13.3.23.3,3激光加工技术3.3.1 LIGA技术技术 LIGA技术起源于德国，它是1986年由德国卡鲁塞尔（Karlsruhe）核技术研究中心微结构研究所的W.Ehrfeld教授及其同事为了分离铀同位素而首先开发出来的。LIGA技术以三个主要工艺为

14、基础:射线蚀刻、电铸成型、注塑复制。由于LIGA技术可加工任意复杂的图形结构，制造出具有高深宽比的超微细元件，加工精度高，可达亚微米级，因此它己经成为微型模具制造中的一种常用方法。3.3.2 微铣削加工技术微铣削加工技术 为了提高其加工精度，研究者们在不断地改进传统的铣削加工技术。德国亚深的Fraunhofer产品技术研究所(IPT)和美国Fraunhofer机械制造技术改造中心设计了一种特殊的微型铣削加工机床，该机床带有气动轴承和主轴，在切削加工中，气动轴承和主轴传送切削刀具的运动更加稳定，每次传送切削刀具的步距在30纳米以内。3.3.3 激光加工技术激光加工是一种既快捷又精密的微机械加工技

15、术，它是一种脉冲工艺，在该工艺中光波脉冲可调至10ns-100ns.激光加工精度可达士um，制品尺寸可小至10um。激光加工技术可加工任何金属，甚至碳钨化合物，并能获得很高的表面精度。3.3.4 3.3.4 微细放电加工技术微细放电加工技术(EDM)(EDM)美国的微型工业模具公司(MTD)功是应用EDM技术进行微型模具制造的先驱，该公司的数控EDM机床可以提供小至1.5um的步距进给，使用直径从0.25mm到25um的黄铜和镀锌的金属丝。MTD曾成功地制造出一种用于生产的大小为1.52X0.038mm、重量只有0.13mg塑件的微型模具，该模具的浇口尺寸小至0.05mm，型芯直径只有0.11

16、mm。德国亚深的IPT与瑞士的Agie合作开发了直径只有20um的金属丝。日本东京大学开发的微细电火花加工机床可以加工5um左右的细轴和微孔。Page 284 微注射机面对的挑战微注射机面对的挑战（1）驱动方式：目前，大多数微注塑成型机采用高频高扭矩伺服电机配合高精度机械传动装置的方式，来实现微注塑成型技术要求的精密计量和高速高压注塑。这种方式由于采用了机械传动装置，存在传动间隙误差和机构累计变形误差，影响了设备的精密控制和快速反应性。而采用直线电机驱动侧存在推力较小和成本较高的问题。（2）塑化方式：微注塑成型机的塑化单元均采用螺杆式或柱塞式，由于柱塞式塑化效果欠佳，未能成为当前发展的主流，而螺杆式虽然塑化效果好，但是仍然存在着螺杆加工难度大，使用寿命有限和塑化时间较长等问题。因此，新的快速高效的塑化方式还有待进一步探索，如超声波塑化、微波塑化及激光塑化等。目前德国IKV研究中心对超声波塑化方式进行了研究并取得了可喜的进展。Page 2920002008世界塑料产量表世界塑料产量表微注射成型设备与模具Thanks!王群飞 吴燕鹏2010年4月24日