專利名稱：一種型芯可插拔式的微注塑模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種型芯可插拔式的微注塑模具及制造方法，屬于微注塑成型模具技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用在聚合物平板微器件的多品種、小批量生產(chǎn)制造中。
背景技術(shù)：
平板式微器件是一種包含微納結(jié)構(gòu)的平板狀零件，常見(jiàn)的平板微器件有微流控芯片、導(dǎo)光板、平板微透鏡陣列、波導(dǎo)微環(huán)諧振器及微波導(dǎo)光柵等，它們?cè)谏锘蚧瘜W(xué)分析，液晶顯示，光學(xué)成像，光通信等領(lǐng)域都具有應(yīng)用價(jià)值。在平板微器件的生產(chǎn)中，聚合物材料由于具有成本低、光學(xué)特性好、生物兼容性好的優(yōu)點(diǎn)，已成為平板微器件理想的制備材料。聚合物平板微器件的成型技術(shù)有熱壓成型、微注塑成型、擠出成型、納米壓印等，其中，微注塑成型具有周期短、成本低、重復(fù)性好、成型精度高等優(yōu)點(diǎn)，適合平板微器件的批量生產(chǎn)。在微注塑成型中，微模具對(duì)制件的成型質(zhì)量有顯著的影響，微注塑過(guò)程中的模溫控制、排氣控制、塑件頂出等設(shè)計(jì)也與微模具結(jié)構(gòu)密不可分。平板微器件上的微結(jié)構(gòu)的尺寸在微米或納米級(jí)別，并且具有一定的尺寸精度，模具型芯的制造方法，直接影響到微結(jié)構(gòu)的成型精度及后續(xù)的使用性能；型芯的裝配方法，不僅影響模具的閉合精度和制件的成型質(zhì)量，而且是平板微器件批量生產(chǎn)的重要因素。因此，在微注塑過(guò)程中獲得成型質(zhì)量好的平板微器件，需要設(shè)計(jì)制造出精度高、使用方便的微模具。將微模具的型芯部分分離出來(lái)，模具不含要復(fù)制的微細(xì)結(jié)構(gòu)部分，一般采用機(jī)械加工方法就能滿足精度要求。微模具中，用于復(fù)制的微結(jié)構(gòu)部分稱為型芯，微注塑要求型芯尺寸精度高、耐高溫、耐沖擊、耐疲勞、并且能與模具其它機(jī)構(gòu)和特征位置相配合。型芯材料可以是金屬材料，也可為非金屬材料，根據(jù)不同的材料、精度，采用不同的微、精加工方式。 型芯的快速更換，有利于不同精度和材料工藝的兼容，能夠發(fā)揮不同加工方法的優(yōu)勢(shì)，有效降低模具的制作成本，提高生產(chǎn)效率，進(jìn)而滿足多品種小批量、靈活的生產(chǎn)方式。本發(fā)明提供了一種型芯可插拔式的微注塑模具，以插拔方式實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)部分的更換，采用分體式結(jié)構(gòu)，分為定模，動(dòng)模和頂出裝置三部分。模具為一模一腔，設(shè)計(jì)有澆注系統(tǒng)、真空排氣系統(tǒng)和模溫控制系統(tǒng)，利用開(kāi)模力實(shí)現(xiàn)制件脫模，推桿從制件背面頂出，不破壞制件表面微結(jié)構(gòu)，型腔周圍布置有密封圈，在合模后進(jìn)行抽真空排氣。以硅、玻璃等材料， 采用濕法刻蝕等微加工工藝制造模具型芯。提出了一種插拔式型芯裝配方法，首先將型芯與所設(shè)計(jì)的階梯形插板緊密粘貼，然后將插板插入定模的插槽內(nèi)。這種裝配方法簡(jiǎn)單易行， 裝拆型芯時(shí)無(wú)需將定模從注塑機(jī)上取下，不影響模具的閉合精度；型芯與插板配套使用，粘貼后不再取下，可以方便、快速的更換型芯，有利于不同精度和材料工藝的兼容，能夠發(fā)揮不同加工方法的優(yōu)勢(shì)，重復(fù)性高，滿足不同結(jié)構(gòu)平板微器件的生產(chǎn)要求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種插拔式微注塑模具，該模具包括定模，動(dòng)模和頂出裝置三部分。(1)定模包括定模板、階梯型插板、型芯；定模板通過(guò)注塑機(jī)螺釘與注塑機(jī)后座相聯(lián)接；定模板分型面上開(kāi)設(shè)有階梯型插槽，插板橫截面形狀為階梯形，尺寸與定模板的插槽相配合，前端厚度尺寸較小，表面用來(lái)粘貼硅片；末端厚度尺寸較大；定模板插槽為階梯型半通槽，插入定模板插槽后，插板末端表面與定模板分型面平齊，插板與插槽形成一定厚度的定模型腔。定模板上加工有主流道，動(dòng)模板上加工有分流道和澆口，主流道、分流道和澆口構(gòu)成了模具的澆注系統(tǒng)；定模板和動(dòng)模板內(nèi)部均開(kāi)設(shè)有U型水道，通過(guò)熱水道接頭和耐高溫軟管與模溫機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)模具的溫度控制；動(dòng)模板內(nèi)部開(kāi)有排氣通道，通過(guò)真空接頭與軟管和真空泵相連，動(dòng)模型腔周圍布置有0型密封圈，在合模后進(jìn)行抽真空排氣。(2)動(dòng)模包括動(dòng)模固定板、動(dòng)模墊板和動(dòng)模板；動(dòng)模板、動(dòng)模墊板和動(dòng)模固定板通過(guò)4個(gè)螺釘和2個(gè)定位銷聯(lián)接；動(dòng)模通過(guò)注塑機(jī)螺釘與注塑機(jī)前座聯(lián)接；動(dòng)模板分型面上開(kāi)有型腔，用來(lái)成型塑件；動(dòng)模固定板、動(dòng)模墊板和動(dòng)模板上均開(kāi)設(shè)有推桿孔和拉料桿孔， 與頂出裝置中的推桿和拉料桿配合。(3)頂出裝置包括頂針、頂針圓盤(pán)、推桿固定板、推桿和拉料桿；推桿和拉料桿裝配在推桿固定板上，頂針裝配在頂針圓盤(pán)上，頂針圓盤(pán)和推桿固定板通過(guò)4個(gè)螺釘12聯(lián)接； 推桿和拉料桿利用頂針和注塑機(jī)聯(lián)接，在注塑機(jī)動(dòng)力裝置的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)頂出運(yùn)動(dòng)。模具(不包含型芯部分)采用車削、銑削、電火花、線切割等機(jī)械加工方法進(jìn)行制造，加工后進(jìn)行熱處理；模具材料選用普通模具鋼，階梯型插板選用具有高硬度和耐磨性的材料制造而成。型芯部分根據(jù)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結(jié)構(gòu)。如選用金屬材料型芯，適用的加工方法分為去除材料成形(激光切割、微細(xì)銑削、微細(xì)電火花加工等方法)和堆積材料成形(UV-LIGA和LIGA加工方法)；選用非金屬材料型芯如硅、玻璃、陶瓷等材料，則利用干法刻蝕或濕法刻蝕等技術(shù)實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)制造。裝配型芯時(shí)，首先用高溫膠將制作完成的型芯粘貼在階梯型插板上，然后將插板連同型芯插入定模板的插槽內(nèi)。本發(fā)明的有益效果是模具的分體式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，便于零部件的調(diào)整和更換； 頂出時(shí)，推桿與制件上無(wú)微結(jié)構(gòu)面接觸，避免了結(jié)構(gòu)破壞；模具型腔周圍布置有0型密封圈，利用真空泵連接動(dòng)模板上的真空接頭，在注塑過(guò)程中實(shí)現(xiàn)抽真空排氣；型芯裝配簡(jiǎn)單易行，解決了型芯拆卸困難的問(wèn)題，而且操作過(guò)程不影響模具的閉合精度，多個(gè)插板與不同結(jié)構(gòu)的型芯配套使用，實(shí)現(xiàn)了型芯的快速更換。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在注塑過(guò)程中可以獲得滿意的成型制件。


圖1是一種型芯可插拔式的微注塑模具的主視圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是圖1的B-B剖視圖。圖4是圖1的C向視圖。圖5是圖1的D向視圖。圖6是圖1的E向視圖。圖7是圖1的F向視圖。
圖8是一種階梯型插板的零件圖。圖9是加工后的模具型芯圖。圖10是型芯裝配流程圖。圖中1注塑機(jī)螺釘；2定模板；3熱水道接頭；4真空接頭；5動(dòng)模板；6動(dòng)模墊板； 7定位銷；8動(dòng)模固定板；9推桿固定板；10頂針圓盤(pán)；11頂針；12頂針圓盤(pán)螺釘；13推桿； 14拉料桿；15動(dòng)模固定板螺釘；16拉料桿0型密封圈；17動(dòng)模板0型密封圈；18階梯型插板；19模具型芯；a動(dòng)模板型腔；b插槽。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施。如圖1-圖10所示，本發(fā)明設(shè)計(jì)制造了一種型芯可插拔式微注塑模具，模具采用分體式結(jié)構(gòu)，包括頂出裝置，定模和動(dòng)模三部分，設(shè)計(jì)了澆注系統(tǒng)、模溫控制系統(tǒng)和真空排氣系統(tǒng)，選擇玻璃、硅等材料，利用濕法刻蝕等微加工工藝制造帶有微結(jié)構(gòu)的模具型芯，設(shè)計(jì)了插拔式型芯裝配方法，將型芯與階梯形插板粘貼后，再插入模具的插槽內(nèi)。推桿固定板9上開(kāi)有推桿孔和拉料桿孔，將推桿13和拉料桿14裝入后，通過(guò)頂針圓盤(pán)螺釘12與裝有頂針11的頂針圓盤(pán)10聯(lián)接，頂針11末端開(kāi)有通孔，通過(guò)螺釘與注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元聯(lián)接，在注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，頂針圓盤(pán)10和推桿固定板9前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了推桿13和拉料桿14的頂出運(yùn)動(dòng)，由于型芯21裝配在定模板2上，因此推桿13與制件無(wú)微結(jié)構(gòu)的一面接觸，避免了結(jié)構(gòu)破壞；動(dòng)模固定板8，動(dòng)模墊板6和動(dòng)模板2上均開(kāi)有位置對(duì)應(yīng)的銷孔和螺紋孔，通過(guò)定位銷7和動(dòng)模固定板螺釘15聯(lián)接后，安裝在注塑機(jī)的前座上，使推桿13和拉料桿14從對(duì)應(yīng)的推桿孔和拉料桿孔中穿過(guò)，動(dòng)模通過(guò)注塑機(jī)螺釘1與前座聯(lián)接， 在注塑機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)合模運(yùn)動(dòng)；定模板2安裝在注塑機(jī)后座上，通過(guò)注塑機(jī)螺釘1聯(lián)接； 動(dòng)模板5和定模板2內(nèi)均加工有U形熱水道，通過(guò)頂部的熱水接頭3與模溫機(jī)連接，通過(guò)水循環(huán)加熱實(shí)現(xiàn)對(duì)模具的溫度控制；動(dòng)模型腔a周圍布置有動(dòng)模板0形密封圈17，在合模后防止空氣進(jìn)入型腔，動(dòng)模板5內(nèi)部加工有真空排氣通道，通過(guò)真空接頭4與真空泵連接，合模后抽出型腔內(nèi)殘余氣體。型芯19的制作過(guò)程為；首先將一定厚度的硅、玻璃材料切割成所需的尺寸，然后清洗、氧化，利用光刻技術(shù)在氧化后的材料上加工出所需的圖案，再以堅(jiān)膜后的光刻膠為掩膜，用濕法刻蝕或干法刻蝕技術(shù)加工出所需尺寸的微結(jié)構(gòu)。型芯19的裝配過(guò)程為設(shè)計(jì)了一種階梯形插板18，其形狀和尺寸與定模板插槽b 相一致，插板18 —端鉆有沉孔，插入后與定模板階梯形插槽b的螺紋孔位置對(duì)應(yīng)；裝配時(shí)， 首先用高溫膠將已加工的型芯19粘貼在插板18上，然后，將插板19連同型芯21插入定模板階梯形插槽b內(nèi)，此時(shí)，型芯19已填滿定模型腔；拆卸型芯19時(shí)，只需將插板18連同型芯19從定模板2上卸下，無(wú)需將定模板2從注塑機(jī)上卸下；為了實(shí)現(xiàn)不同型芯19的快速更換，加工出多個(gè)階梯形插板18，與不同結(jié)構(gòu)的模具型芯19配套使用，型芯19與插板18粘貼后不再取下，使用時(shí)只需將帶有型芯19的插板18插入定模階梯形插槽b即可。本發(fā)明設(shè)計(jì)制造的插拔式微注塑模具，采用分體式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)有澆注系統(tǒng)、真空排氣系統(tǒng)和模溫控制系統(tǒng)；型芯的制造方法為型芯部分根據(jù)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結(jié)構(gòu)。如選用金屬材料型芯，適用的加工方法分為去除材料成形(激光切割、微細(xì)銑削、微細(xì)電火花加工等方法)和堆積材料成形(UV-LIGA和 LIGA加工方法)；選用非金屬材料型芯如硅、玻璃、陶瓷等材料，則利用干法刻蝕或濕法刻蝕等技術(shù)實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)制造。在材料上加工出與平板微器件對(duì)應(yīng)的微結(jié)構(gòu)，將其切割成所需的尺寸，插入定模安裝，實(shí)現(xiàn)了型芯的快速、無(wú)損裝配。
權(quán)利要求
1.一種型芯可插拔式的微注塑模具，包括定模，動(dòng)模和頂出裝置三部分，其特征在于，(1)定模包括定模板、階梯型插板、型芯和密封框；定模板通過(guò)注塑機(jī)螺釘與注塑機(jī)后座相聯(lián)接；定模板分型面上開(kāi)設(shè)有階梯型插槽，插板橫截面形狀為階梯形，尺寸與定模板的插槽相配合，前端厚度尺寸較小，表面用來(lái)粘貼硅片；末端厚度尺寸較大；定模板插槽為階梯型半通槽，插入定模板插槽后，插板末端表面與定模板分型面平齊，插板與插槽形成定模型腔。定模板上加工有主流道，動(dòng)模板上加工有分流道和澆口，主流道、分流道和澆口構(gòu)成了模具的澆注系統(tǒng)；定模板和動(dòng)模板內(nèi)部均開(kāi)設(shè)有U型水道，通過(guò)熱水道接頭和耐高溫軟管與模溫機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)模具的溫度控制；動(dòng)模板內(nèi)部開(kāi)有排氣通道，通過(guò)真空接頭與軟管和真空泵相連，動(dòng)模型腔周圍布置有0型密封圈，在合模后進(jìn)行抽真空排氣；(2)動(dòng)模包括動(dòng)模固定板、動(dòng)模墊板和動(dòng)模板；動(dòng)模板、動(dòng)模墊板和動(dòng)模固定板通過(guò)4 個(gè)螺釘和2個(gè)定位銷聯(lián)接；動(dòng)模通過(guò)注塑機(jī)螺釘與注塑機(jī)前座聯(lián)接；動(dòng)模板分型面上開(kāi)有型腔，用來(lái)成型塑件；動(dòng)模固定板、動(dòng)模墊板和動(dòng)模板上均開(kāi)設(shè)有推桿孔和拉料桿孔，與頂出裝置中的推桿和拉料桿配合；(3)頂出裝置包括頂針、頂針圓盤(pán)、推桿固定板、推桿和拉料桿；推桿和拉料桿裝配在推桿固定板上，頂針裝配在頂針圓盤(pán)上，頂針圓盤(pán)和推桿固定板通過(guò)4個(gè)螺釘聯(lián)接；推桿和拉料桿利用頂針和注塑機(jī)聯(lián)接，在注塑機(jī)動(dòng)力裝置的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)頂出運(yùn)動(dòng)。
2.權(quán)利要求1所述裝置的制造裝配方法，其特征在于，非型芯部分模具采用機(jī)械加工方法進(jìn)行制造，加工后進(jìn)行熱處理；模具材料選用普通模具鋼，階梯型插板選用具有高硬度和耐磨性的材料制造而成；型芯部分根據(jù)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結(jié)構(gòu)； 選用金屬材料型芯，適用的加工方法分為去除材料成形和堆積材料成形；選用非金屬材料型芯，則利用干法刻蝕或濕法刻蝕等技術(shù)實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)制造；裝配型芯時(shí)，首先用高溫膠將制作完成的型芯粘貼在階梯型插板上，然后將插板連同型芯插入定模板的插槽內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)制造了一種型芯可插拔式微注塑模具及制造方法，采用分體式結(jié)構(gòu)，分為定模，動(dòng)模和頂出裝置三部分。模具為一模一腔，設(shè)計(jì)有澆注系統(tǒng)、真空排氣系統(tǒng)和模溫控制系統(tǒng)，利用開(kāi)模力實(shí)現(xiàn)制件脫模，推桿從制件背面頂出，不破壞制件表面微結(jié)構(gòu)，型腔周圍布置有密封圈，在合模后進(jìn)行抽真空排氣。以硅、玻璃等材料，采用干、濕法刻蝕等微加工工藝制造模具型芯。提出了一種插拔式型芯裝配方法，首先將型芯與所設(shè)計(jì)的階梯形插板緊密粘貼，然后將插板插入定模的插槽內(nèi)。這種裝配方法簡(jiǎn)單易行，裝拆型芯時(shí)無(wú)需將定模從注塑機(jī)上取下，不影響模具的閉合精度；型芯與插板配套使用，可以方便、快速的更換型芯，重復(fù)性高，滿足不同結(jié)構(gòu)平板微器件的小批量生產(chǎn)要求。
文檔編號(hào)B29C45/73GK102166812SQ20111002213
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者劉沖, 徐征, 楊鐸, 王繼章 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)