微注射成形研究：实验与数值模拟分析

本文主要探讨了微注射成形技术的实验研究和数值模拟，重点关注注射料的流动特性和微结构复制精度。通过加工含有微流道的模具并在微注射系统上进行实验，作者分析了不同的壁面边界条件对微注射过程的影响。实验结果表明，在特定的工艺参数下（如注射料温度220℃、模具温度40℃、注射流量20mm³/s、注射时间1s、保压时间10s），聚丙烯能够成功复制出尺寸为5mm x 1.5mm x 0.8mm的微流道。数值模拟采用基于矢量化显式算法的程序，并且采用滑移边界条件，其模拟结果与实验结果吻合，证实了微注射过程中存在边界滑移现象。 微注射成形是一种精密的制造技术，常用于生产微型零部件，如微电子设备、医疗设备和光学器件等。该技术的关键在于理解和控制注射料在微尺度下的流动行为以及与模具表面的相互作用。在本研究中，作者通过实验和模拟相结合的方法，深入研究了这些关键因素。 在实验部分，设计并加工了含有微流道的模具，这些微流道是评估注射料复制能力的理想测试结构。在微注射系统上进行的实验中，研究人员调整了多个工艺参数，以找到最佳的成形条件。这些条件包括注射温度、模具温度、注射流量和保压时间，它们对注射料的流动性、填充效率和产品精度有着显著影响。 数值模拟部分采用了基于矢量化显式算法的程序，这种算法能够高效地处理复杂的流动问题。通过改变壁面边界条件，研究了它们如何影响注射料的流动和形状复制。滑移边界条件的引入揭示了在微注射过程中，注射料与模具表面之间存在非零的相对速度，这在宏观注射成型中可能并不明显，但在微尺度下则成为重要因素。 结论指出，聚丙烯在所选工艺条件下表现出良好的微流道复制性能，而滑移边界条件的模拟结果与实验结果的一致性进一步证实了微注射过程中边界滑移的现实性。这一发现对于优化微注射成形工艺、提高微结构复制精度以及理解微尺度下的材料流动特性具有重要意义。 关键词：微注射成形、实验、数值模拟、壁面边界条件 本研究对于微制造领域的工程师和技术人员来说具有很高的参考价值，它提供了关于微注射成形工艺优化和微结构复制的新见解，有助于推动微制造技术的发展。