基于硅鑲塊的微注塑模具設計與鑲塊斷裂研究.pdf

1、微注塑成型具有生產(chǎn)效率高、制造成本低，能實現(xiàn)批量化生產(chǎn)的特點。微注塑模具鑲塊是賦予制件微細結(jié)構(gòu)的核心，其制造精度將直接影響制件上微結(jié)構(gòu)的好壞。微注塑模具硅鑲塊可由金屬、非金屬材料制成。然而采用非金屬材質(zhì)的模具鑲塊，如硅鑲塊，與金屬模具鑲塊相比，具有更突出的優(yōu)勢:具有優(yōu)良的物理、化學性能;能適用于微注塑成型生產(chǎn)轉(zhuǎn)型速度快的特點;且能充分利用標準的MEMS生產(chǎn)流水線;硅鑲塊用作微注塑模具鑲塊時還存在以下問題:1）硅鑲塊與金屬模架安裝困難;2

2、）硅鑲塊在微注塑過程中容易發(fā)生斷裂。因此研究硅鑲塊在微注塑過程中的模具設計及鑲塊斷裂問題具有重要意義。
　　本文針對上述問題開展了相關研究，主要研究內(nèi)容主要有以下幾點:
　　針對硅鑲塊與金屬模架安裝困難的問題，設計了一套分體式雙螺紋連接的微注塑模具。硅鑲塊通過密封框與支撐板的螺紋配合壓緊于密封框之中，然后通過密封框的外螺紋與定模架上的螺紋配合將整個鑲塊部件安裝在定模架之中;同時完成了模具的澆注系統(tǒng)、項出機構(gòu)、模溫循環(huán)水路系統(tǒng)

3、設計;所設計的分體式雙螺紋連接的微注塑模具有效地解決了硅鑲塊的安裝問題，并使硅鑲塊的使用壽命提高到了60次/片左右。
　　為了研究硅鑲塊的斷裂機理，采用ANSYS軟件對一定注塑工藝參數(shù)下的硅鑲塊，在不同溫度、壓力載下的裂紋擴展進行了有限元分析。對壓力載荷，固定模具溫度為70℃，注塑壓力變化范圍為60MPa～80MPa;對溫度載荷，固定注射壓力為70MPa，模具溫度變化范圍為60℃～80℃;結(jié)果表明:注射壓力是硅鑲塊上裂紋擴展的主要

4、因素，更容易引起硅鑲塊的斷裂。
　　為了進一步探索注射壓力如何引起硅鑲塊斷裂，搭建了微注塑模具型腔壓力動態(tài)測試平臺。設計了專用的測試模具、微型壓力傳感器的安裝方案;將支撐板與定模架設計為小間隙的軸孔配合，以實現(xiàn)利用單一傳感器測量一個圓周上所有測點的方案。結(jié)果表明:型腔中的壓強峰是非均勻分布的，并且壓強峰最大值并不在理想的居中位置，而在型腔左上部位。進一步研究表明:型腔內(nèi)的壓強分布不均可能是由型腔中的空氣壓縮現(xiàn)象引起的。