CN103878932B - 一种分体式双螺纹连接的微注塑测试模具 - Google Patents

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Abstract

本发明一种分体式双螺纹连接的微注塑测试模具属于微纳制造与注塑成型领域，涉及到一种可快速装卸由MEMS工艺制造的圆形微型芯并且能够在线监测注塑过程中型腔的压力、温度分布的微注塑测试模具。测试模具由定模部件、动模部件和四爪工具组成。定模部件由型芯组件、定模架、温度传感器组成。模具动模部件由推杆固定板、推杆、固定板、动模架、中空杆、微型压力传感器组成。测试模具采用分体式双螺纹连接，具有密封可靠、拆卸更换型芯方便、型芯压紧力易于调整等优点，模具上集成压力和温度传感器，能实时监测注塑过程中的压力与温度动态变化和分布，对优化新工艺有重要指导作用。

Description

一种分体式双螺纹连接的微注塑测试模具
技术领域
本发明属于微纳制造与注塑成型领域，涉及到一种可快速装卸由MEMS工艺制造的圆形微型芯并且能够在线监测注塑过程中型腔的压力、温度分布的微注塑测试模具。
背景技术
微注塑具有成型制件效率高、尺寸与质量一致性好、成本低等优点，可以用于制造各类聚合物微小器件，在光电通讯和生物医学领域具有市场需求。微注塑模具是赋予塑料制品完整结构和精确尺寸的核心。包含微细结构的微型芯经常设计为独立结构，通过镶嵌等方式与模架装配为一体，形成微模具。
对于中小批量微注塑，要求生产转型速度快、型芯制造成本低、制件结构特征尺寸小，这时可以采用MEMS工艺制造的微型芯进行注塑，利用标准的MEMS制造流水线，可以在圆形基片上制造线宽达到微纳米的复杂结构，具有可控性好、效率高、成本低的优点。然而，利用整体尺寸在厘米量级的MEMS微型芯开展注塑的应用还不多见，其关键是MEMS工艺制造的微型芯与机械加工的模架的连接较为困难，目前公开发表的连接方法主要有胶粘或过盈镶嵌，拆卸繁琐而耗时。而由于MEMS微型芯上的微细结构较易损伤，需要经常拆卸和更换，非生产时间消耗严重，成为制约MEMS硅微型芯在微注塑推广应用的瓶颈。另一方面，模具型腔内压力和温度分布不均，是造成微小制件整体翘曲、外形缺陷、结构尺寸精度不高的主要原因，对注塑过程中的压力和温度进行在线监测，对改进工艺具有重要指导意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，发明一种分体式双螺纹连接的微注塑测试模具，利用双螺纹连接技术解决了微型芯安装和拆卸困难的问题，将MEMS制造与注塑成型优势相结合，形成了直径厘米级以上的圆片微型芯在注塑中的有效实施方法，显著降低了微注塑模具制造难度和成本。此外，通过调整螺纹旋入深度，可以适用于不同厚度的微型芯，微型芯相对于模具型腔浇口的位置和方向可调；利用模具上集成压力和温度传感器，能实时监测注塑过程中的型腔压力与温度动态变化和分布，对优化和改进工艺有重要参考价值。
本发明的技术方案是一种分体式双螺纹连接的微注塑测试模具，测试模具采用分体式双螺纹连接的技术,并集成温度3与微型压力传感器11；测试模具由定模部件、动模部件和四爪工具16组成；
所述的定模部件由型芯组件15、定模架5、温度传感器3组成；型芯组件15安装在定模架5腔室内，温度传感器3安装在定模架5的腔室底面，其引线通过底面引线孔g导出定模架5；型芯组件15由微型芯6、支撑板4、密封框2组成，密封框2为环形，内外均有细牙螺纹，先将微型芯6放置在密封框2内，然后将支撑板4通过外螺纹旋入密封框2内，将微型芯6压紧在密封框2内。定模架5与型芯组件15的连接是通过定模架5腔室内螺纹和型芯组件15中密封框外螺纹配合实现的，密封框2端面均匀布置四个直径2mm左右的盲孔a，在定模架5腔室底面与型芯组件15中的支撑板4底面之间留有2mm的间隙；温度传感器3用高温胶粘接在定模架5腔室底面，其引线通过底面的引线孔g引出。
所述的模具动模部件由推杆固定板7、推杆8、固定板9、动模架12、中空杆10、微型压力传感器11组成；动模架12的腔室底面布置有多个阶梯状的安装孔d，微型压力传感器11安装在安装孔d内，通过调节中空杆10的外螺纹与安装孔d之间的螺纹配合，调整微型压力传感器11的轴向位置，使微型压力传感器11的尖端平面与动模架12型腔底面重合，微型压力传感器11的引线通过中空杆10的孔引出。
所述的四爪工具16由圆盘18、尖头19和手柄17组成；圆盘18上面分布四个尖头安装螺纹孔，其位置与密封框2上的四个盲孔a对应，圆盘18另一面有一个内六角孔；四个尖头19通过螺纹连接安装在圆盘18的螺纹孔中，尖头19突出圆盘18面的高度可通过螺纹调节；手柄17与圆盘18上的内六角孔通过过盈配合来连接。
本发明的有益效果是：1、采用分体式双螺纹连接的技术，将MEMS制造与注塑成型优势相结合，开发了直径厘米级以上尺寸的圆片微型芯在注塑中实施方法，显著降低了微注塑模具制造难度和成本。2、分体式双螺纹连接，具有密封可靠、拆卸更换型芯方便、型芯压紧力易于调整等优点，并且通过调整螺纹旋入深度，可以适用于不同厚度的微型芯，微型芯相对于模具型腔浇口的位置和方向可调。3、模具上集成压力和温度传感器，能实时监测注塑过程中的压力与温度动态变化和分布，对优化新工艺有重要指导作用。
附图说明
图1是定模部件的右向轴测图；图2是定模部件的左向轴测图；图3是动模部件示意图；图4是动模架示意图；图5是定模架示意图；图6是型芯组件示意图；图7是型芯安装示意图；图8是四爪工具示意图；图中：1定模油管接头；2密封框；3温度传感器；4支撑板；5定模架；6微型芯；7推杆固定板；8推杆；9动模固定板；10中空杆；11微型压力传感器；12动模架；13动模油管接头；14导柱；15型芯组件；16四爪工具；17手柄；18圆盘；19尖头；a盲孔；b导向孔；c导柱安装孔；d安装孔；e推杆安装孔；f安装螺纹；g引线孔。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施，本发明利用双螺纹连接技术解决了微型芯安装、拆卸困难的问题，将MEMS制造与注塑成型优势相结合，形成了直径厘米级以上的微型芯在注塑中的有效实施方法。通过在模具上集成压力和温度传感器，实现注塑过程中的型腔压力与温度动态变化和分布的实时监测。以下结合附图，以利用圆形硅微型芯制作表面具有微结构的PMMA微平板器件为例，阐述本发明的具体实施方法：
模具的定模部件如图1和图2所示，微型芯6安装在密封框2内部，由支撑板4压紧，支撑板4与密封框2的孔肩共同作用使之完全定位，获得型芯组件15。然后在定模架5腔室底部用高温胶贴上DS18B20型温度传感器3，温度传感器3的引线从定模架5的腔室底面的引线孔g引出。在通过型芯组件15上密封框2的外螺纹与定模架5上的螺纹的配合，实现微型芯6在定模架5上的安装。模具的动模部件如图3所示，在动模架12上相应的安装孔d中安装由瑞士Kistler公司的微型压力传感器11，并用中空杆10的螺纹调节、锁紧，微型压力传感器11的引线从中空杆10的孔中穿出。最后，安装好制件顶出单元，将模具安装到注塑机上，并将微型压力传感器11引线、数据采集系统、计算机连接。
具体实施方案步骤一，定模部件的装配：
1、微型芯制作：采用厚度为1毫米的直径1.5寸圆形硅片来制作模具微型芯，经氧化、光刻、干刻等工艺，在硅片上制得具有微细线条的微型芯6。
2、型芯组件的装配：如图7所示，先将微型芯6直接安装于密封框2的内螺纹孔之中微型芯6的直径小于密封框2的内螺纹孔径，使微型芯6的微细线条走向与密封框2上的位置标记点一致。然后将具有外螺纹的支撑板4旋入密封框2的内螺纹孔之中，通过螺纹配合，使微型芯6与密封框2孔肩之间紧密贴合，防止注塑过程中的溢料问题发生，完成后效果如图6所示。
3、将温度传感器安装到定模架：在型芯组件15安装之前，在定模架5的腔室底面用高温胶贴上4个温度传感器3，并使温度传感器3在腔室底面均匀分布，温度传感器3的引线从定模架5腔室底面的引线孔g引出模具。
4、型芯组件的安装：将专用的四爪工具16的四个尖头19置于所得到的型芯组件15上的四个盲孔a之中，利用其中密封框2上的外螺纹与定模架5上对应的安装螺纹f的螺纹配合，通过旋转四爪工具16，将型芯组件15旋入定模架5，最后利用四爪工具16微调螺纹，保证型芯组件15上表面和定模架5的上表面重合，构成合模面。通过以上步骤，完成微型芯6在定模架5上的安装，形成完整的定模部件。
具体实施步骤二，动模部件的装配：
1、微型压力传感器的安装：依据微型压力传感器11的安装尺寸要求，在动模架12上设计了相应的安装孔d，安装孔d限制了微型压力传感器11的径向和一个方向的轴向移动。将微型压力传感器11分别装入动模架12上相应的安装孔d之中，然后通过中空杆10与动模架12的螺纹配合，来调节微型压力传感器11的轴向位置，使微型压力传感器11的尖端平面与动模架12的型腔底面平齐，微型压力传感器11的引线从中空杆10中穿过并引出动模架12之外，完成微型压力传感器11的安装。
2、其他零件的装配：将2根导柱14安装到动模架12合模面上对应的导柱安装孔c之中，并测试动模架12与定模架5的合模情况；在动模架12的背面装入动模固定板9，并紧定，动模架12与动模固定板9之中预留有推杆安装孔e；将4个推杆8装入推杆固定板7之中，然后将推杆8插入到动模架12与动模固定板9的推杆安装孔e中。
具体实施步骤三，测试：
1、将模具安装到注塑机，将动模油管接头13、定模油管接头1分别安装到动模架12、定模架5之上，并接好循环油路；开机测试，检查导柱14是否工作正常。
2、将温度传感器3与微型压力传感器11的引线接好，并用相应引线连接到数据采集装置中。
3、根据测试要求测量不同工艺参数下模具型腔内部的压力温度动态分布。
以上实施方案提供了一种分体式双螺纹连接的微注塑测试模具：模具型芯通过双螺纹连接安装在模架之中，能直接安装圆形微型芯；型芯安装、拆卸方便，型芯相对于型腔的位置可调；模具内部同时集成压力、温度测量模块，能在线监测注塑过程中型腔的动态压力、温度分布。

Claims (1)

1.一种分体式双螺纹连接的微注塑测试模具，其特征在于，测试模具采用分体式双螺纹连接的技术,并集成温度传感器(3)与微型压力传感器(11)；测试模具由定模部件、动模部件和四爪工具(16)组成；
所述的定模部件由型芯组件(15)、定模架(5)、温度传感器（3）组成；型芯组件(15)安装在定模架(5)腔室内，温度传感器(3)安装在定模架(5)的腔室底面，其引线通过底面引线孔(g)导出定模架(5）；型芯组件(15)由微型芯(6)、支撑板(4)、密封框(2)组成，密封框(2)为环形，内外均有细牙螺纹，先将微型芯(6)放置在密封框(2)内，然后将支撑板(4)通过外螺纹旋入密封框(2)内，将微型芯(6)压紧在密封框(2)内；定模架(5)与型芯组件(15)的连接是通过定模架(5)腔室内螺纹和型芯组件(15)中密封框(2)外螺纹配合实现的，密封框(2)端面均匀布置四个直径2mm左右的盲孔(a)，在定模架(5)腔室底面与型芯组件(15)中的支撑板底面之间留有2mm的间隙；温度传感器(3)用高温胶粘接在定模架(5)腔室底面，其引线通过底面的引线孔(g)引出；
所述的模具动模部件由推杆固定板(7)、推杆(8)、动模固定板(9)、动模架(12)、中空杆(10)、微型压力传感器(11)组成；动模架(12)的腔室底面布置有多个阶梯状的安装孔(d)，微型压力传感器(11)安装在安装孔(d)内，通过调节中空杆(10)的外螺纹与安装孔(d)之间的螺纹配合，调整微型压力传感器(11)的轴向位置，使微型压力传感器(11)的尖端平面与动模架(12)型腔底面重合，微型压力传感器(11)的引线通过中空杆(10)的孔引出；
所述的四爪工具(16)由圆盘(18)、尖头(19)和手柄(17)组成；圆盘(18)上面分布四个尖头安装螺纹孔，其位置与密封框(2)上的四个盲孔(a)对应，圆盘(18)另一面有一个内六角孔；四个尖头(19)通过螺纹连接安装在圆盘(18)的螺纹孔中，尖头(19)突出圆盘(18)面的高度通过螺纹调节；手柄(17)与圆盘(18)上的内六角孔通过过盈配合来连接。
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