聚合物微成型模具设计及制造技术分析

    摘 要：文章以聚合物微成型模具设计及制造技术分析为研究对象，首先简单分析微成型技术，随后着重围绕聚合物微成型模具设计与制造技术应用进行了讨论分析，以供参考。

    关键词：聚合物；微成型模具；设计与制造技术

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

    0 前言

    随着微机械电子系统快速兴起，有效推动了微成型模具设计与制造技术的发展，同时聚合物微成型制品生产也逐渐向产业化方向发展，然而针对于聚合物熔体跨尺度流动理论以及加工方法尚未发展完善，对于聚合物微制品的成型质量造成了一定的制约。因此有必要对聚合物微成型模具设计及制造技术进行探讨分析，对于促进微成型制品质量提升具有重要的意义。

    1 微成型技术概述

    微成型技术简单来说是指一种能够生产制造精密构件的一种技术，相对于常规的注塑技术，微成型技术有着更好的应用优势，并且随着各种新型材料的更新发展，极大促进扩展了为成型技术的应用范围。在微成型技术组成中，微型模具制造技术占据着十分重要的地位，它对于模具的尺寸、性能指标、精度等有着非常严苛的要求，在实际应用该技术的过程中，一旦出现在一些参数异常变化，将会对最终成型模具质量造成严重的影响。因此需要结合不同情况，做好模具结构设计参数的调整，并安排针对性的解决方案，才能够有效提升技术应用水平，这更有助于不同成型方法在微成型技术中的应用，实现更加深入的研究。

    2 聚合物微成型模具设计与制造技术分析

    2.1 细胞皿超声振动微注射模设计与制造

    在生物工程研究应用领域中，基于聚合物微成型模具设计与制造技术的细胞皿微型制品应用较为廣泛，该制品结构尺寸较小，单位为微米级，整体呈方形盒状结构，盒内阵列分布有很多方形微槽，在微槽的底部，分布有微圆柱形通孔。基于细胞皿自身性能需要，要求自身熔体结晶应保持均匀的分布，以便提升自身的力学性能，而模具温度直接决定着溶体结晶分布，因此要求模具温度具有较好的均匀性。因此在变模温系统温度调节上，可采取油、水、电相结合方式，通过在靠近型腔两侧对称位置处，设置一个加热棒，在微型腔的周围，做好热油道设置，热油道与加热棒之间，则进行冷却水道设置，这一设置方式的基本工作原理是：在细胞皿注射成型之前，在热油的影响下，促使模具温度保持恒定，模具的温度即是脱模温度，然后利用电热棒，通过对模具进行加热处理，待温度上升至预先设置值时，将会触发温度传感器，由温度传感器切断电源，并进行熔料注射，注射完成后，需要进行熔料冷却，应保持油温不变，断开电热棒电源，开启冷却装置，模具会快速降温。然后进行脱模，关闭冷却水路，在连续成型过程中，需要结合脱模实际，灵活调整加热与冷却开关，就可实现对模具快速加热与冷却的控制。针对于微注射成型而言，有无抽真空，会对制品整体成型质量有着较大的影响，如果在熔体进入型腔前，没有及排除气体，将会对制品质量造成严重的威胁。为避免这一问题，应立足于细胞皿模具型腔两侧，通过进行排气槽设置，并与真空泵相连，在熔体进行填充前，可将型腔抽至真空。与此同时，通过应用耐高温硅胶密封圈，对超声振子、分型面等位置进行密封处理，确保其具备良好的真空度。另一方面。由于微制品尺寸微小，整体强度相对较弱，在制品冷却后，由于型芯间具有较强的包紧力，若直接将制品推出，很容易导致制品受损。基于此，可选择在浇口两侧，进行推杆对称布置，通过利用推杆推动流道凝料，能够将制品平稳带出模具之外，完成脱模。在模具之中，超声外场施加方式较为丰富，第一种方式可以围绕镶块，做好超声振动施加，第二种方式可以直接立足于流道内熔体之上，进行超声振动施加，在振动方向选择上，可采用垂直方向。为确保超声振子有着良好的安装与作用效果，应选择第二种方式。通过借助法兰，在动模板下方实现超声振子的固定，为避免在模具开闭过程中，干扰推杆和换能器，可在法兰盘之上，设置一个推杆孔。

    2.2 五腔异径导管微挤出模具设计与制造

    在医学手术治疗领域中，五腔异径导管应用较为广泛，它能够将不同手术器械、辅助器械等，直接送至病灶部位，在辅助手术治疗过程中发挥着重要的作用。传统的五腔导管壁厚并不均匀，需要以微小复杂截面型材收缩规律为依据，来补偿模具成型段截面。另一方面，若模具成型段截面尺寸过小，那么模具零件的制造与装配难度就会增加，基于此，还要以胀大比和拉伸比为依据，来适当放大模具的成型段截面尺寸，与此同时，根据非规则截面熔体流量与压降之间的关系，采用当量半径法，能够对成型段长度进行设计优化。由于制品本真的型腔较多，因此可以采用直角十字头模具结构，为确保挤出物在离开模具后，不会发生扭曲问题，可采用直角挤出模非对称流动平衡设计方法，实现对转角流道的优化设计，有效缩短流动平衡直段长度。对于模具中大部分零件而言，都可采用传统机械加工的方式进行加工，但由于模具芯棒微细特征比较明显，横跨尺度较大，而局部尺寸较小微小，同时有着比较复杂的形状，精度要求也非常高，因此基于此，可选择采用微细电火花成型电极端面一次性蚀除技术，来对芯棒型段结构进行加工，采用微细电火花阶梯孔渐进式加工技术，来对注气孔进行加工，通过科学合理的设计模具流道结构和成型段截面，成功设计制造了五腔异径导管微挤出模，整体性能得到了有效的提升。

    3 总结

    综上所述，相对于其他材料而言，聚合物材料强度更高，密度更小，生物兼容性更好，因此在微成型模具设计制造中有着广泛的应用。微成型模具设计制造技术制造微制品的重要技术，该技术的实施水平高低，将直接决定了微制品的成品质量。因此需要加强对该技术的应用分析，对于促进我国微成型技术发展具有重要的意义。

    参考文献：

    [1]王敏杰，赵丹阳，宋满仓等.聚合物微成型模具设计与制造技术[J].模具工业，2015（05）：7-16.

    [2]蒋丰泽.微透镜阵列注射压缩工艺与模具技术研究[D].中南大学，

    2014.

    作者简介：徐石交（1967-），男，湖南岳阳人，本科，副教授，研究方向：机械设计与制造。