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微注射成型装置总体设计

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微注射成型装置总体设计(毕业设计+CAD图纸+任务书+外文翻译 全套)

摘要
本论文主要涉及的是有关微注射成型装置的设计。微注射成型装置的设计主要包括微注射成型热流道模具的结构设计和控制方案的设计。关于结构设计方面,微注射成型装置设计原理是在传统注射机的基础上,通过注塑模具的创新设计,在热流道模具上加装微量控制注射单元。该微量控制单元不仅可以解决传统注射机的精密计量和注射速度不足的问题,而且使得传统的注射机也能够完成微型塑料制品的生产。微注射成型装置控制部分主要柱塞直线位移控制和热流道模具温度控制两个部分。该微注射成型装置的控制方案是通过微机来实现的,微机完成微注射成型装置的计量控制和热流道模具的温度控制。同时,还对该微注射成型装置各部件的生产加工方法进行了比较详细的分析。在此基础上,还对该微注射成型装置进行了技术经济性分析。

关键词:塑料 注射机模具 微注射成型技术 热流道技术


ABSTRACT

This thesis mainly related to the design about the micro injection molding device. The design about the micro injection molding device is consisted the structure design about the micro injection molding device and the control methods design about the micro injection molding device. About the structure design, the design theorem about the micro injection molding device was: based on the traditional injection molding machine, through creative designed the plastic injection mold, set a micro capacity control and injection molding module on the hot runner mold. the micro capacity control and injection molding module not only resolve the problems of the micro precision metering and the insufficient injection rate, but also made the traditional injection molding machine finish the injection molding production of the micro plastic parts. The control part of the micro injection molding device was consisted of the plunger linear dimension controlled and the temperature of the hot runner mold. The micro injection molding device was controlled by the microcomputer ,the microcomputer controlled the capacity metering of the micro injection molding and the hot runner module temperature .At the same time ,we analyze the production method of the parts of the micro injection molding device. based on these situation ,analyzed the technologies and economies of the micro injection molding device.

Keywords: plastic injection molding machine module micro injection molding technology hot runner technology

目录

中文摘要••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• Ⅰ
ABSTRACT••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• Ⅱ
第1章 绪论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1.1 微机电系统(MEMS)•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1.2 微注射成型技术•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3
1.2.1 微成型与常规注射成型的区别与联系•••••••••••••••••••••••• 3
1.2.2 微型模具与常规模具的区别•••••••••••••••••••••••••••••••• 3
1.2.3 微型模具的制造技术•••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 3
1.2.4 细微加工技术LIGA•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4
1.2.5 热流道技术••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 4
1.3 背景与发展••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5
1.3.1 传统“一模多腔” ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5
1.3.2 专用微注射成型机••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6
1.4 毕业设计项目••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8
1.5 发展前景••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 9
第2章 微注射成型装置定模部分设计•••••••••••••••••••••••••••••••• 11
2.1 模架、模板选用•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 11
2.2 微量控制注射单元设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 13
2.2.1 微量控制注射原理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 13
2.2.2 微量控制单元设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 14
2.2.3 微量注射单元设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 15
2.3 直线电机与定模装配•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16
2.4 浇注系统设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17
2.4.1 浇注系统方案分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
2.4.2 热流道浇注系统设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••19
2.5 温控装置设计布置•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••20
2.5.1 加热装置布置••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21
2.5.2 隔热装置布置••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••21
第3章 微注射成型装置动模部分设计•••••••••••••••••••••••••••••••••23
3.1 成型零部件设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••23
3.1.1 结构设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
3.1.2 加工制造方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••24
3.2 导向机构设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
3.3 顶出机构设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
3.4 排气系统设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
3.4.1 排气系统分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••25
3.4.2 抽真空排气系统••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••26
3.5 冷却系统设计••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••27
第4章 微注射成型装置控制部分总体设计•••••••••••••••••••••••••••••29
4.1 直线电机选型及其控制••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••29
4.1.1 直线电机选型该注意的问题••••••••••••••••••••••••••••••••••29
4.1.2 微注射成型装置所选用的直线电机及其性能参数••••••••••••••••29
4.1.3 有关直线电机的一些计算及电机选型验证••••••••••••••••••••••30
4.1.4 控制驱动电路••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••33
4.2 微注射成型装置温度控制••••••••••••••••••••••••••••••••••••••36
4.2.1 待料室、热流道浇注系统温度控制-•••••••••••••••••••••••••••36
4.2.2 冷却系统温度控制••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••39
第5章 微注射成型装置的技术经济性分析•••••••••••••••••••••••••••••41
5.1 中国模具工业的发展现状••••••••••••••••••••••••••••••••••••••41
5.2 中国模具工业和技术的发展方向前景••••••••••••••••••••••••••••42
5.3 微注射成型装置技术经济性分析••••••••••••••••••••••••••••••••42
5.3.1 模具价格的影响因素及模具价格估算法••••••••••••••••••••••••43
5.3.2 模具价格的计算方法••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••45
5.3.3 直线电机及传感器的价格••••••••••••••••••••••••••••••••••••46
结论•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••48
致谢•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••49
参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••50
附录•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51
1. 图纸••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••51
2.外文翻译原件及翻译稿•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••52

第1章 绪论

1.1微机电系统(MEMS)及微型化革命
微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命,以加工微米/纳米结构和系统为目的的微米/纳米技术(Micro / Nano Technology)在此背景下应运而生。一方面人们利用物理化学方法将原子和分子组装起来,形成具有一定功能的微米/纳米结构;另一方面人们利用精细加工手段加工出微米/纳米级结构。前者导致了纳米生物学、纳米化学等边缘学科的产生,后者则在小型机械制造领域开始了一场新的革命,导致了微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)的诞生。
  微电子机械系统是微电子技术的拓宽和延伸,它将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,实现了微电子与机械融为一体的系统。
  MEMS技术的发展开辟了的技术一个全新的领域和产业。它们具有许多传统传感器无法比拟的优点,因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
  MEMS技术及其产品正在迅速增长,预计到2000年,全世界MEMS的市场将达到120至140亿美元,而带来的与之相关的市场将达到1000亿美元。
  MEMS将电子系统和外部世界有机地联系起来,它不仅可以感受运动、光、声、热、磁等自然界信号,并将这些信号转换成电子系统可以认识的电信号,而且还可以通过电子系统控制这些信号,进而发出指令,控制执行部件完成所需要的操作。
  从广义上讲,MEMS是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。
  作为输入信号的自然界各种信息首先通过传感器转换成电信号,经过信号处理以后(模拟/数字)再通过微执行器对外部世界发生作用。传感器可以把能量从一种形式转化为另一种形式,从而将现实世界的信号(如热、运动等信号)转化为系统可以处理的信号(如电信号)。执行器根据信号处理电路发出的指令完成人们所需要的操作。信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。Analog公司已研制成集成微加速度传感器和处理电路的芯片。
  MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS技术开辟了一个全新的领域和产业。它们不仅可以降低机电系统的成本,而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞,3mm大小的能够开动的小汽车,可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。
微机电系统(MEMS)技术经过十几年的发展,现在已取得了长足的进步,并在流体、医疗、光学和电信等领域得到了广泛的应用。为了进一步拓展微机电系统的应用领域,微型部件或构件的批量生产具有重要的意义。虽然现有的生产方法可以生产三维的单晶硅、纯金属和一些二元合金等微型部件,然而多数情况下生产成本是非常高的,且难以做到批量生产。
随着科学技术的进步,产品不断向微型化方向发展,因而产生了新世纪产业需求的微机电系统技术。2002年全世界在这一领域创造出400亿美元的价值,其主要产品在光电通讯、摄像传输、生化医疗、信息存储、精密机械等应用领域扮演重要的角色。为了能够生产具有实用价值的微小组件,许多新兴制造技术随之产生,包括LIGA、UV、EDM、微注射成型、精密磨削和精密切削等。其中,微注射成型技术以容易实现低成本大规模生产的优点而成为世界制造技术的研究热点之一。
目前,常用的制作MEMS器件的技术主要有三种。第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段,即利用大机器制造小机器,再利用小机器制造微机器的方法;第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工,形成硅基MEMS器件;第三种是以德国为代表的LIGA(LIGA是德文Lithograpie-光刻、Galvanoformung-电铸和Abformung-铸塑三个词的缩写)技术,它是利用X射线光刻技术,通过电铸成型和铸塑形成深层微结构的方法。其中第二种方法与传统IC工艺兼容,可以实现微机械和微电子的系统集成,而且该方法适合于批量生产,已经成为目前MEMS的主流技术。由于利用LIGA技术可以加工各种金属、塑料和陶瓷等材料,而且利用该技术可以得到高深宽比的精细结构,它的加工深度可以达到几百微米,因此LIGA技术也是一种比较重要的MEMS加工技术。LIGA技术自八十年代中期由德国开发出来以后得到了迅速发展,利用该技术已经开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。第一种加工方法,则可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置,如微型机器人、微型手术台等。
与其他工业领域一样,塑料在微机电系统中也是一种不可否缺的原料,因为其可以通过注射成型技术进行批量生产,于是微成型技术应运而生。微成型技术是一种可以进行重复的批量生产复杂而精密微细结构塑件的制造技术。
微注射成型通常是指成品重量以毫克(mg)为计量单位,或成品几何尺寸以微米(um)为度量单位的成型方法,其技术的发展始于20世纪80年代 末,是一门新兴先进的制造技术。
微成型技术是一种仅有十几年历史的新兴技术,与传统的、常规的注塑技术相比在方方面面都存在着差异,不能简单地将现有的、常规的注射成型技术应用到微成型中去,有许多理论上和实践中的问题尚待解决。

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