聚合物微成型模具設計及制造技術分析

摘 要：文章以聚合物微成型模具設計及制造技術分析為研究對象，首先簡單分析微成型技術，隨后著重圍繞聚合物微成型模具設計與制造技術應用進行了討論分析，以供參考。

關鍵詞：聚合物；微成型模具；設計與制造技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.060

0 前言

隨著微機械電子系統(tǒng)快速興起，有效推動了微成型模具設計與制造技術的發(fā)展，同時聚合物微成型制品生產(chǎn)也逐漸向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，然而針對于聚合物熔體跨尺度流動理論以及加工方法尚未發(fā)展完善，對于聚合物微制品的成型質(zhì)量造成了一定的制約。因此有必要對聚合物微成型模具設計及制造技術進行探討分析，對于促進微成型制品質(zhì)量提升具有重要的意義。

1 微成型技術概述

微成型技術簡單來說是指一種能夠生產(chǎn)制造精密構件的一種技術，相對于常規(guī)的注塑技術，微成型技術有著更好的應用優(yōu)勢，并且隨著各種新型材料的更新發(fā)展，極大促進擴展了為成型技術的應用范圍。在微成型技術組成中，微型模具制造技術占據(jù)著十分重要的地位，它對于模具的尺寸、性能指標、精度等有著非常嚴苛的要求，在實際應用該技術的過程中，一旦出現(xiàn)在一些參數(shù)異常變化，將會對最終成型模具質(zhì)量造成嚴重的影響。因此需要結合不同情況，做好模具結構設計參數(shù)的調(diào)整，并安排針對性的解決方案，才能夠有效提升技術應用水平，這更有助于不同成型方法在微成型技術中的應用，實現(xiàn)更加深入的研究。

2 聚合物微成型模具設計與制造技術分析

2.1 細胞皿超聲振動微注射模設計與制造

在生物工程研究應用領域中，基于聚合物微成型模具設計與制造技術的細胞皿微型制品應用較為廣泛，該制品結構尺寸較小，單位為微米級，整體呈方形盒狀結構，盒內(nèi)陣列分布有很多方形微槽，在微槽的底部，分布有微圓柱形通孔。基于細胞皿自身性能需要，要求自身熔體結晶應保持均勻的分布，以便提升自身的力學性能，而模具溫度直接決定著溶體結晶分布，因此要求模具溫度具有較好的均勻性。因此在變模溫系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)上，可采取油、水、電相結合方式，通過在靠近型腔兩側(cè)對稱位置處，設置一個加熱棒，在微型腔的周圍，做好熱油道設置，熱油道與加熱棒之間，則進行冷卻水道設置，這一設置方式的基本工作原理是：在細胞皿注射成型之前，在熱油的影響下，促使模具溫度保持恒定，模具的溫度即是脫模溫度，然后利用電熱棒，通過對模具進行加熱處理，待溫度上升至預先設置值時，將會觸發(fā)溫度傳感器，由溫度傳感器切斷電源，并進行熔料注射，注射完成后，需要進行熔料冷卻，應保持油溫不變，斷開電熱棒電源，開啟冷卻裝置，模具會快速降溫。然后進行脫模，關閉冷卻水路，在連續(xù)成型過程中，需要結合脫模實際，靈活調(diào)整加熱與冷卻開關，就可實現(xiàn)對模具快速加熱與冷卻的控制。針對于微注射成型而言，有無抽真空，會對制品整體成型質(zhì)量有著較大的影響，如果在熔體進入型腔前，沒有及排除氣體，將會對制品質(zhì)量造成嚴重的威脅。為避免這一問題，應立足于細胞皿模具型腔兩側(cè)，通過進行排氣槽設置，并與真空泵相連，在熔體進行填充前，可將型腔抽至真空。與此同時，通過應用耐高溫硅膠密封圈，對超聲振子、分型面等位置進行密封處理，確保其具備良好的真空度。另一方面。由于微制品尺寸微小，整體強度相對較弱，在制品冷卻后，由于型芯間具有較強的包緊力，若直接將制品推出，很容易導致制品受損。基于此，可選擇在澆口兩側(cè)，進行推桿對稱布置，通過利用推桿推動流道凝料，能夠?qū)⒅破菲椒€(wěn)帶出模具之外，完成脫模。在模具之中，超聲外場施加方式較為豐富，第一種方式可以圍繞鑲塊，做好超聲振動施加，第二種方式可以直接立足于流道內(nèi)熔體之上，進行超聲振動施加，在振動方向選擇上，可采用垂直方向。為確保超聲振子有著良好的安裝與作用效果，應選擇第二種方式。通過借助法蘭，在動模板下方實現(xiàn)超聲振子的固定，為避免在模具開閉過程中，干擾推桿和換能器，可在法蘭盤之上，設置一個推桿孔。

2.2 五腔異徑導管微擠出模具設計與制造

在醫(yī)學手術治療領域中，五腔異徑導管應用較為廣泛，它能夠?qū)⒉煌中g器械、輔助器械等，直接送至病灶部位，在輔助手術治療過程中發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的五腔導管壁厚并不均勻，需要以微小復雜截面型材收縮規(guī)律為依據(jù)，來補償模具成型段截面。另一方面，若模具成型段截面尺寸過小，那么模具零件的制造與裝配難度就會增加，基于此，還要以脹大比和拉伸比為依據(jù)，來適當放大模具的成型段截面尺寸，與此同時，根據(jù)非規(guī)則截面熔體流量與壓降之間的關系，采用當量半徑法，能夠?qū)Τ尚投伍L度進行設計優(yōu)化。由于制品本真的型腔較多，因此可以采用直角十字頭模具結構，為確保擠出物在離開模具后，不會發(fā)生扭曲問題，可采用直角擠出模非對稱流動平衡設計方法，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)角流道的優(yōu)化設計，有效縮短流動平衡直段長度。對于模具中大部分零件而言，都可采用傳統(tǒng)機械加工的方式進行加工，但由于模具芯棒微細特征比較明顯，橫跨尺度較大，而局部尺寸較小微小，同時有著比較復雜的形狀，精度要求也非常高，因此基于此，可選擇采用微細電火花成型電極端面一次性蝕除技術，來對芯棒型段結構進行加工，采用微細電火花階梯孔漸進式加工技術，來對注氣孔進行加工，通過科學合理的設計模具流道結構和成型段截面，成功設計制造了五腔異徑導管微擠出模，整體性能得到了有效的提升。

3 總結

綜上所述，相對于其他材料而言，聚合物材料強度更高，密度更小，生物兼容性更好，因此在微成型模具設計制造中有著廣泛的應用。微成型模具設計制造技術制造微制品的重要技術，該技術的實施水平高低，將直接決定了微制品的成品質(zhì)量。因此需要加強對該技術的應用分析，對于促進我國微成型技術發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻：

[1]王敏杰，趙丹陽，宋滿倉等.聚合物微成型模具設計與制造技術[J].模具工業(yè)，2015（05）：7-16.

[2]蔣豐澤.微透鏡陣列注射壓縮工藝與模具技術研究[D].中南大學，

2014.

作者簡介：徐石交（1967-），男，湖南岳陽人，本科，副教授，研究方向：機械設計與制造。