微结构塑件注射成型模拟与试验研究

论文摘要

随着MEMS技术的成熟,以微小塑件和微结构塑件为代表的微注射制品得到日益广泛的应用。作为注塑成型技术一个新的分支,微注射成型进入了快速发展的阶段,但是其注射成型理论尚需进一步完善和发展。本课题利用一种典型的微结构塑件—微流控芯片对微注射成型进行研究。通过试验发现,微流控芯片产生的缺陷种类主要有:表面波纹、飞边、整体缩痕、微结构缩痕、微沟道复制度不高等。其中微结构缩痕与微沟道复制度不完整是微流控芯片较难解决的两种缺陷,也是本文研究的重点。首先用Moldflow软件对微流控芯片的填充行为做了数值模拟。在模拟的基础上做了单因素试验,分析了各工艺参数对芯片微沟道复制度的影响。最后用正交试验法确定了最佳工艺参数。单因素试验结果表明:随着模具温度、注射速度、注射压力、熔体温度的提高,微沟道的开口宽度会逐渐减小,即复制度越来越高;保压压力对复制度影响较为复杂,复制度随着保压压力的增加呈先提高后降低趋势;保压时间对微沟道复制度的影响很小,但却是塑件发生整体翘曲变形的主要原因;影响芯片缩痕的主要因素是模具温度、熔体温度和保压压力,模具温度、熔体温度太高或者保压压力太大或太小,都会产生缩痕现象。正交试验结果表明:模具温度是影响微沟道复制度的最主要因素,模具温度越高,复制度越高;注射速度相对于模具温度仅起次要作用,注射压力影响作用最小;最后得出成型微流控芯片的最佳工艺参数,成型出了高质量的芯片。本文工作对深入研究微结构塑件成型缺陷,以及建立微注射制品质量预测理论模型提供了可借鉴资料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 微注射成型技术的含义
• 1.3 微注射成型与传统注射成型的区别
• 1.4 微注射成型国内外研究现状
• 1.4.1 工艺参数的影响
• 1.4.2 模具结构的影响
• 1.4.3 材料特性的影响
• 1.4.4 微尺度效应的影响
• 1.5 微流控芯片的介绍
• 1.6 课题的研究内容和方法
• 2 注射成型基本理论及常见缺陷分析
• 2.1 注射成型过程
• 2.1.1 塑化
• 2.1.2 注射填充
• 2.1.3 保压
• 2.1.4 冷却开模
• 2.2 常规塑件常见成型缺陷
• 2.2.1 短射
• 2.2.2 气穴
• 2.2.3 熔接痕
• 2.2.4 飞边
• 2.2.5 凹陷及缩痕
• 2.3 微流控芯片常见成型缺陷
• 2.3.1 表面波纹
• 2.3.2 飞边
• 2.3.3 整体缩痕
• 2.3.4 微结构缩痕
• 2.3.5 复制不完整
• 3 模拟分析
• 3.1 Moldflow软件简介
• 3.1.1 Moldflow功能介绍
• 3.1.2 Moldflow中模型类型的介绍
• 3.2 微流控芯片的模拟分析流程
• 3.2.1 产品模型及网格划分
• 3.2.2 注塑机参数的设置
• 3.2.3 工艺参数的设定
• 3.2.4 模拟结果的分析
• 3.2.5 短射对比
• 3.2.6 模拟结论
• 4 试验及结果分析
• 4.1 试验设备及模具
• 4.1.1 试验设备
• 4.1.2 模具的设计及修改
• 4.2 试验结果处理方法
• 4.2.1 切片及拍照
• 4.2.2 轮廓的提取
• 4.2.3 测量方法
• 4.3 单因素试验
• 4.3.1 注射速度的影响
• 4.3.2 模具温度的影响
• 4.3.3 注射压力的影响
• 4.3.4 保压压力的影响
• 4.3.5 保压时间的影响
• 4.3.6 熔体温度的影响
• 4.4 正交试验
• 4.4.1 正交试验设计方法概述
• 4.4.2 正交试验的设计
• 4.4.3 正交试验的结果分析
• 4.4.4 最佳工艺参数的确定
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢