CN102166812A - 一种型芯可插拔式的微注塑模具 - Google Patents
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Abstract
本发明设计制造了一种型芯可插拔式微注塑模具及制造方法,采用分体式结构,分为定模,动模和顶出装置三部分。模具为一模一腔,设计有浇注系统、真空排气系统和模温控制系统,利用开模力实现制件脱模,推杆从制件背面顶出,不破坏制件表面微结构,型腔周围布置有密封圈,在合模后进行抽真空排气。以硅、玻璃等材料,采用干、湿法刻蚀等微加工工艺制造模具型芯。提出了一种插拔式型芯装配方法,首先将型芯与所设计的阶梯形插板紧密粘贴,然后将插板插入定模的插槽内。这种装配方法简单易行,装拆型芯时无需将定模从注塑机上取下,不影响模具的闭合精度;型芯与插板配套使用,可以方便、快速的更换型芯,重复性高,满足不同结构平板微器件的小批量生产要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种型芯可插拔式的微注塑模具及制造方法,属于微注塑成型模具技术领域,主要应用在聚合物平板微器件的多品种、小批量生产制造中。
背景技术
平板式微器件是一种包含微纳结构的平板状零件,常见的平板微器件有微流控芯片、导光板、平板微透镜阵列、波导微环谐振器及微波导光栅等,它们在生物或化学分析,液晶显示,光学成像,光通信等领域都具有应用价值。
在平板微器件的生产中,聚合物材料由于具有成本低、光学特性好、生物兼容性好的优点,已成为平板微器件理想的制备材料。聚合物平板微器件的成型技术有热压成型、微注塑成型、挤出成型、纳米压印等,其中,微注塑成型具有周期短、成本低、重复性好、成型精度高等优点,适合平板微器件的批量生产。
在微注塑成型中,微模具对制件的成型质量有显著的影响,微注塑过程中的模温控制、排气控制、塑件顶出等设计也与微模具结构密不可分。平板微器件上的微结构的尺寸在微米或纳米级别,并且具有一定的尺寸精度,模具型芯的制造方法,直接影响到微结构的成型精度及后续的使用性能;型芯的装配方法,不仅影响模具的闭合精度和制件的成型质量,而且是平板微器件批量生产的重要因素。因此,在微注塑过程中获得成型质量好的平板微器件,需要设计制造出精度高、使用方便的微模具。
将微模具的型芯部分分离出来,模具不含要复制的微细结构部分,一般采用机械加工方法就能满足精度要求。微模具中,用于复制的微结构部分称为型芯,微注塑要求型芯尺寸精度高、耐高温、耐冲击、耐疲劳、并且能与模具其它机构和特征位置相配合。型芯材料可以是金属材料,也可为非金属材料,根据不同的材料、精度,采用不同的微、精加工方式。型芯的快速更换,有利于不同精度和材料工艺的兼容,能够发挥不同加工方法的优势,有效降低模具的制作成本,提高生产效率,进而满足多品种小批量、灵活的生产方式。
本发明提供了一种型芯可插拔式的微注塑模具,以插拔方式实现微结构部分的更换,采用分体式结构,分为定模,动模和顶出装置三部分。模具为一模一腔,设计有浇注系统、真空排气系统和模温控制系统,利用开模力实现制件脱模,推杆从制件背面顶出,不破坏制件表面微结构,型腔周围布置有密封圈,在合模后进行抽真空排气。以硅、玻璃等材料,采用湿法刻蚀等微加工工艺制造模具型芯。提出了一种插拔式型芯装配方法,首先将型芯与所设计的阶梯形插板紧密粘贴,然后将插板插入定模的插槽内。这种装配方法简单易行,装拆型芯时无需将定模从注塑机上取下,不影响模具的闭合精度;型芯与插板配套使用,粘贴后不再取下,可以方便、快速的更换型芯,有利于不同精度和材料工艺的兼容,能够发挥不同加工方法的优势,重复性高,满足不同结构平板微器件的生产要求。
本发明采用的技术方案是:
一种插拔式微注塑模具,该模具包括定模,动模和顶出装置三部分。
(1)定模包括定模板、阶梯型插板、型芯;定模板通过注塑机螺钉与注塑机后座相联接;定模板分型面上开设有阶梯型插槽,插板横截面形状为阶梯形,尺寸与定模板的插槽相配合,前端厚度尺寸较小,表面用来粘贴硅片;末端厚度尺寸较大;定模板插槽为阶梯型半通槽,插入定模板插槽后,插板末端表面与定模板分型面平齐,插板与插槽形成一定厚度的定模型腔。
定模板上加工有主流道,动模板上加工有分流道和浇口,主流道、分流道和浇口构成了模具的浇注系统;定模板和动模板内部均开设有U型水道,通过热水道接头和耐高温软管与模温机相连,实现模具的温度控制;动模板内部开有排气通道,通过真空接头与软管和真空泵相连,动模型腔周围布置有O型密封圈,在合模后进行抽真空排气。
(2)动模包括动模固定板、动模垫板和动模板;动模板、动模垫板和动模固定板通过4个螺钉和2个定位销联接;动模通过注塑机螺钉与注塑机前座联接;动模板分型面上开有型腔,用来成型塑件;动模固定板、动模垫板和动模板上均开设有推杆孔和拉料杆孔,与顶出装置中的推杆和拉料杆配合。
(3)顶出装置包括顶针、顶针圆盘、推杆固定板、推杆和拉料杆;推杆和拉料杆装配在推杆固定板上,顶针装配在顶针圆盘上,顶针圆盘和推杆固定板通过4个螺钉12联接;推杆和拉料杆利用顶针和注塑机联接,在注塑机动力装置的驱动下实现顶出运动。
模具(不包含型芯部分)采用车削、铣削、电火花、线切割等机械加工方法进行制造,加工后进行热处理;模具材料选用普通模具钢,阶梯型插板选用具有高硬度和耐磨性的材料制造而成。
型芯部分根据其材料不同、要求的加工精度不同,采用不同的微加工方式制造微结构。如选用金属材料型芯,适用的加工方法分为去除材料成形(激光切割、微细铣削、微细电火花加工等方法)和堆积材料成形(UV-LIGA和LIGA加工方法);选用非金属材料型芯如硅、玻璃、陶瓷等材料,则利用干法刻蚀或湿法刻蚀等技术实现微纳结构制造。
装配型芯时,首先用高温胶将制作完成的型芯粘贴在阶梯型插板上,然后将插板连同型芯插入定模板的插槽内。
本发明的有益效果是:模具的分体式结构简单可靠,便于零部件的调整和更换;顶出时,推杆与制件上无微结构面接触,避免了结构破坏;模具型腔周围布置有O型密封圈,利用真空泵连接动模板上的真空接头,在注塑过程中实现抽真空排气;型芯装配简单易行,解决了型芯拆卸困难的问题,而且操作过程不影响模具的闭合精度,多个插板与不同结构的型芯配套使用,实现了型芯的快速更换。经实验验证,在注塑过程中可以获得满意的成型制件。
附图说明
图1是一种型芯可插拔式的微注塑模具的主视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图1的B-B剖视图。
图4是图1的C向视图。
图5是图1的D向视图。
图6是图1的E向视图。
图7是图1的F向视图。
图8是一种阶梯型插板的零件图。
图9是加工后的模具型芯图。
图10是型芯装配流程图。
图中:1注塑机螺钉;2定模板;3热水道接头;4真空接头;5动模板;6动模垫板;7定位销;8动模固定板;9推杆固定板;10顶针圆盘;11顶针;12顶针圆盘螺钉;13推杆;14拉料杆;15动模固定板螺钉;16拉料杆O型密封圈;17动模板O型密封圈;18阶梯型插板;19模具型芯;a动模板型腔;b插槽。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的实施。
如图1-图10所示,本发明设计制造了一种型芯可插拔式微注塑模具,模具采用分体式结构,包括顶出装置,定模和动模三部分,设计了浇注系统、模温控制系统和真空排气系统,选择玻璃、硅等材料,利用湿法刻蚀等微加工工艺制造带有微结构的模具型芯,设计了插拔式型芯装配方法,将型芯与阶梯形插板粘贴后,再插入模具的插槽内。
推杆固定板9上开有推杆孔和拉料杆孔,将推杆13和拉料杆14装入后,通过顶针圆盘螺钉12与装有顶针11的顶针圆盘10联接,顶针11末端开有通孔,通过螺钉与注塑机的驱动单元联接,在注塑机的驱动下,顶针圆盘10和推杆固定板9前后移动,从而实现了推杆13和拉料杆14的顶出运动,由于型芯21装配在定模板2上,因此推杆13与制件无微结构的一面接触,避免了结构破坏;动模固定板8,动模垫板6和动模板2上均开有位置对应的销孔和螺纹孔,通过定位销7和动模固定板螺钉15联接后,安装在注塑机的前座上,使推杆13和拉料杆14从对应的推杆孔和拉料杆孔中穿过,动模通过注塑机螺钉1与前座联接,在注塑机的驱动下实现合模运动;定模板2安装在注塑机后座上,通过注塑机螺钉1联接;动模板5和定模板2内均加工有U形热水道,通过顶部的热水接头3与模温机连接,通过水循环加热实现对模具的温度控制;动模型腔a周围布置有动模板O形密封圈17,在合模后防止空气进入型腔,动模板5内部加工有真空排气通道,通过真空接头4与真空泵连接,合模后抽出型腔内残余气体。
型芯19的制作过程为;首先将一定厚度的硅、玻璃材料切割成所需的尺寸,然后清洗、氧化,利用光刻技术在氧化后的材料上加工出所需的图案,再以坚膜后的光刻胶为掩膜,用湿法刻蚀或干法刻蚀技术加工出所需尺寸的微结构。
型芯19的装配过程为:设计了一种阶梯形插板18,其形状和尺寸与定模板插槽b相一致,插板18一端钻有沉孔,插入后与定模板阶梯形插槽b的螺纹孔位置对应;装配时,首先用高温胶将已加工的型芯19粘贴在插板18上,然后,将插板19连同型芯21插入定模板阶梯形插槽b内,此时,型芯19已填满定模型腔;拆卸型芯19时,只需将插板18连同型芯19从定模板2上卸下,无需将定模板2从注塑机上卸下;为了实现不同型芯19的快速更换,加工出多个阶梯形插板18,与不同结构的模具型芯19配套使用,型芯19与插板18粘贴后不再取下,使用时只需将带有型芯19的插板18插入定模阶梯形插槽b即可。
本发明设计制造的插拔式微注塑模具,采用分体式结构,设计有浇注系统、真空排气系统和模温控制系统;型芯的制造方法为:型芯部分根据其材料不同、要求的加工精度不同,采用不同的微加工方式制造微结构。如选用金属材料型芯,适用的加工方法分为去除材料成形(激光切割、微细铣削、微细电火花加工等方法)和堆积材料成形(UV-LIGA和LIGA加工方法);选用非金属材料型芯如硅、玻璃、陶瓷等材料,则利用干法刻蚀或湿法刻蚀等技术实现微纳结构制造。在材料上加工出与平板微器件对应的微结构,将其切割成所需的尺寸,插入定模安装,实现了型芯的快速、无损装配。
Claims (2)
1.一种型芯可插拔式的微注塑模具,包括定模,动模和顶出装置三部分,其特征在于,
(1)定模包括定模板、阶梯型插板、型芯和密封框;定模板通过注塑机螺钉与注塑机后座相联接;定模板分型面上开设有阶梯型插槽,插板横截面形状为阶梯形,尺寸与定模板的插槽相配合,前端厚度尺寸较小,表面用来粘贴硅片;末端厚度尺寸较大;定模板插槽为阶梯型半通槽,插入定模板插槽后,插板末端表面与定模板分型面平齐,插板与插槽形成定模型腔。
定模板上加工有主流道,动模板上加工有分流道和浇口,主流道、分流道和浇口构成了模具的浇注系统;定模板和动模板内部均开设有U型水道,通过热水道接头和耐高温软管与模温机相连,实现模具的温度控制;动模板内部开有排气通道,通过真空接头与软管和真空泵相连,动模型腔周围布置有O型密封圈,在合模后进行抽真空排气;
(2)动模包括动模固定板、动模垫板和动模板;动模板、动模垫板和动模固定板通过4个螺钉和2个定位销联接;动模通过注塑机螺钉与注塑机前座联接;动模板分型面上开有型腔,用来成型塑件;动模固定板、动模垫板和动模板上均开设有推杆孔和拉料杆孔,与顶出装置中的推杆和拉料杆配合;
(3)顶出装置包括顶针、顶针圆盘、推杆固定板、推杆和拉料杆;推杆和拉料杆装配在推杆固定板上,顶针装配在顶针圆盘上,顶针圆盘和推杆固定板通过4个螺钉联接;推杆和拉料杆利用顶针和注塑机联接,在注塑机动力装置的驱动下实现顶出运动。
2.权利要求1所述装置的制造装配方法,其特征在于,
非型芯部分模具采用机械加工方法进行制造,加工后进行热处理;模具材料选用普通模具钢,阶梯型插板选用具有高硬度和耐磨性的材料制造而成;
型芯部分根据其材料不同、要求的加工精度不同,采用不同的微加工方式制造微结构;选用金属材料型芯,适用的加工方法分为去除材料成形和堆积材料成形;选用非金属材料型芯,则利用干法刻蚀或湿法刻蚀等技术实现微纳结构制造;
装配型芯时,首先用高温胶将制作完成的型芯粘贴在阶梯型插板上,然后将插板连同型芯插入定模板的插槽内。
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