微型注塑工艺参数调整

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1、微型注塑工艺参数调整MichaelPackianathera*,ChristianGriffithsb,WanKadiraaSchoolofEngineering,CardiffUniversity,CardiffCF243AA,UKbSchoolofMechanical,AerospaceandCivilEngineering,UniversityofManchester,Manchester,M601QD,UK摘要：本文重点介绍微型注塑工艺参数的调整。在本研究中有四个工艺参数，即料桶温度，模具温度，保压压力和注射速率。为了获得每个参数的变化，对每个参数采用两个

2、水平的L16正交矩阵，使用常见的聚合物环烯烃共聚物（COC）来生产尺寸为15mmx20mmx1mm微流体平台。在微注塑过程中测量脱模力，十六次试验重复十次，以纳入实验过程中的过程变化，系统噪声和随机噪声。使用Taguchi方法分析结果，以确定脱模力对工艺参数的影响及其对噪声的敏感性。此外，结果还能验证这些过程参数之间是否存在两者的相互作用。这项研究有助于了解这些工艺参数的主要影响，相互作用和噪声敏感性的特征，并调整它们的最佳性能。关键词：微型注塑，实验设计，正交阵列，Taguchi分析1.引言微型工程技术的快速发展，导致产品小型化的趋势越来越大，微/中尺度的部件和

3、产品在通信，IT，医疗保健，汽车行业和消费品行业等各个领域都得到重视。此外，包括医学和生物技术在内的新型小型化产品的开发使微型技术在面对宏观和纳米世界方面发挥重要作用[1,2]。微注射成型（MIM）是一种可靠并且经济的复制技术，可以大量生产微型组件，如微泵，微型元件和光栅元件。在所有这些应用中，建立在复制部件上的微特征的质量是影响所选复制过程的可靠性的因素。这很大程度上取决于它们的尺寸，纵横比和整体几何结构[3]。复制的微观特征的表面质量和纵横比突显了所有微观制造工艺的重要特征，并确定了给定工艺或材料组合的制造限制[4]。例如，表面质量和边缘定义必须系统地进行。此

4、外，实现高纵横比以模拟微观特征仍然是困难的[5]。因此，在微注射成型过程中，了解影响复制能力的因素是非常重要的[4]。为了提高微注射成型复制过程的质量，许多研究团队对工艺，工具创新，材料和插件制造等不同领域进行了研究。虽然熔体温度，模具温度和注射速度的高设置被认为是生产质量零件的最佳结果，但是对高模具温度的影响引入了用于加热和冷却工具的工具创新[6]。因此，过程输出减少，并且成型部件的成本增加。脱模是影响复制质量的微注射过程之一。当复制部件在模具内部达到稳定的固体形式时，一系列顶针将强制将部件从模具中排出，需要适当的力以克服由于摩擦和粘附而在模具表面和制品上积聚的

5、阻滞力。在注塑模具开发过程中，设计师努力优化模具，以最大限度地减少脱模力和复制部件产生的应力。现有的对微注射成型的研究表明，在实现良好的复制部件质量方面，高模具温度是最重要的，但会增加成本和时间。因此，适当确定模具温度对于提高质量和产量以及降低成本至关重要。在本文中，实验设计用于确定影响微型注塑成型复制能力的参数水平。在本研究中，考虑了以下工艺参数，即料桶的温度，模具温度，保压压力和注射速率。使用脱模力作为设定工艺参数水平的测量输出。这项研究的两个目标是：探讨影响脱模力的主要工艺参数的水平，以实现零件复制的良好质量，并了解工艺参数对微注塑工艺的影响。本文的组织结构

6、如下，在第2节中对微注射成型工艺进行了描述，在第3节中对实验步骤进行了说明，在第4节对结果进行了分析，本文在第5节得出结论。1.微型注塑研究人员将微注射成型定义为制造结构尺寸在微米或亚微米范围内的聚合物部件的制备方法[7]。已经通过微注射成型制造的组件部件分为以下两个类别，其总体尺寸小于1mm的的为A型，而在整体尺寸上具有较大尺寸，但是其微型特征的尺寸通常小于200μm为B型[5]。微注塑与常规注射成型具有相似的基本步骤。通常，常规的注塑阶段由填充，包装，保持和冷却阶段组成。微注射成型从合模开始，随后将聚合物注入模具中，之后进行保压和冷却直到聚合物固化，最后模具打

7、开并将制件从模具中排出。当聚合物熔化并填充模腔时，注射阶段需要聚合物材料的增塑。在保压阶段，保压压力确保熔体从模腔中逸出并允许熔体进一步收缩。冷却阶段从保压结束开始，直到模具打开[8]。冷却过程对于制件在脱模之前的固化是至关重要的。微注塑和常规注射成型的参数即模具温度，保压压力，注射速度，保持时间和冷却时间是相同的。2.1．过程参数的复制能力微注射成型过程中有许多因素会影响它的复制能力。因此，许多研究人员已经研究了熔体和模具温度，模具注射速度和保压压力等工艺参数的重要性。微型注塑机的最新发展使得能够引入特别设计的用于制造具有微观特征的微型零件的系统。同时为了提高过

8、程性能，已