CN102166812A - 一种型芯可插拔式的微注塑模具 - Google Patents

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

一种型芯可插拔式的微注塑模具

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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