錐齒輪的注塑模具設計【一模四腔】【說明書+CAD】

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錐齒輪的注塑模設計 緒 論 慕具是制造業(yè)的重要工藝基礎，在我國，模具制造屬于專用設備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到20世紀80年代后期，中國模具工業(yè)才駛入發(fā)展的快車道。近年，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當迅速。雖然中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應求，其主要缺口集中于精密、大型、復雜、長壽命模具領域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進口模具。 近年，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在，大型、精密、復雜、長壽命、中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。 1．存在問題和主要差距 雖然我國模具總量目前已達到相當規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家許多。當前存在的問題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面： ①總量供不應求 國內模具自配率只有70%左右。其中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率只有50%左右。 ②企業(yè)組織結構、產(chǎn)品結構、技術結構和進出口結構均不合理 我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、“小而全”的組織形式，而國外大多是“小而?！?、“小而精”。國內大型、精密、復雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進出口之比為3.7﹕1，進出口相抵后的凈進口額達13.2億美元，為世界模具凈進口量最大的國家。 ③模具產(chǎn)品水平大大低于國際水平，生產(chǎn)周期卻高于國際水平 產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在模具的精度、型腔表面粗糙度、壽命及結構等方面。 ④開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳 我國模具企業(yè)技術人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達國家大多是15～20萬美元，有的高達25～30萬美元，與之相對的是我國相當一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。 2．造成上述差距的原因很多，除了歷史上模具作為產(chǎn)品長期未得到應有的重視，以及多數(shù)國有企業(yè)機制不能適應市場經(jīng)濟之外，還有下列幾個原因： ⑴國家對模具工業(yè)的政策支持力度還不夠 雖然國家已經(jīng)明確頒布了模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。目前享受模具產(chǎn)品增值稅的企業(yè)全國只有185家，大多數(shù)企業(yè)仍舊稅負過重。模具企業(yè)進行技術改造引進設備要繳納相當數(shù)量的稅金，影響技術進步，而且民營企業(yè)貸款十分困難。 ⑵人才嚴重不足，科研開發(fā)及技術攻關投入太少 模具行業(yè)是技術、資金、勞動密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時代的進步和技術的發(fā)展，掌握并且熟練運用新技術的人才異常短缺，高級模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊張。由于模具企業(yè)效益欠佳及對科研開發(fā)和技術攻關重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術攻關方面投入太少，致使模具技術發(fā)展步伐不大，進展不快 ⑶工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低 近年來我國機床行業(yè)進步較快，已能提供比較成套的高精度加工設備，但與國外裝備相比，仍有較大差距。雖然國內許多企業(yè)已引進許多國外先進設備，但總體的裝備水平比國外許多企業(yè)低很多。由于體制和資金等方面的原因，引進設備不配套，設備與附件不配套現(xiàn)象十分普遍，設備利用率低的問題長期得不到較妥善的解決。 ⑷專業(yè)化、標準化、商品化程度低，協(xié)作能力差 由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細致，商品化程度低。目前國內每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占40﹪左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務。模具標準化水平低，模具標準件使用覆蓋率低也對模具質量、成本有較大影響，特別是對模具制造周期有很大影響。 ⑸模具材料及模具相關技術落后 模具材料性能、質量和品種問題往往會影響模具質量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進口鋼材相比有較大差距。塑料、板材、設備性能差，也直接影響模具水平的提高。 3．發(fā)展展望 目前，我國經(jīng)濟仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面，國內模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉移以及跨國集團到我國進行模具采購趨向也十分明顯。因此，放眼未來，國際、國內的模具市場總體發(fā)展趨勢前景看好，預計中國模具將在良好的市場環(huán)境下得到高速發(fā)展，我國不但會成為模具大國，而且一定逐步向模具制造強國的行列邁進?！笆晃濉逼陂g，中國模具工業(yè)水平不僅在量和質的方面有很大提高，而且行業(yè)結構、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機制以及技術進步的方面也會取得較大發(fā)展。 模具技術集合了機械、電子、化學、光學、材料、計算機、精密監(jiān)測和信息網(wǎng)絡等諸多學科，是一個綜合性多學科的系統(tǒng)工程。模具技術的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術集成化、設備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。我國模具行業(yè)今后仍需提高的共性技術有： (1)建立在CAD/CAE平臺上的先進模具設計技術，提高模具設計的現(xiàn)代化、信息化、智能化、標準化水平 (2)建立在CAM/CAPP基礎上的先進模具加工技術與先進制造技術相結合，提高模具加工的自動化水平與生產(chǎn)效率。 (3)模具生產(chǎn)企業(yè)的信息化管理技術。例如PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）、ERP（企業(yè)資源管理）、MIS（模具制造管理信息系統(tǒng)）及INTERMET平臺等信息網(wǎng)絡技術的應用、推廣及發(fā)展。 (4)高速、高精、復合模具加工技術的研究與應用。例如超精沖壓模具制造技術、精密塑料和壓鑄模具制造技術等。 (5)提高模具生產(chǎn)效率、降低成本和縮短模具生產(chǎn)周期的各種快速經(jīng)濟模具制造技術。 (6)先進制造技術的應用。例如熱流道技術、氣輔技術、虛擬技術、納米技術、高速掃描技術、逆向工程、并行工程等技術在模具研究、開發(fā)、加工過程中的應用。 (7)原材料在模具中成形的仿真技術。 (8)先進的模具加工和專有設備的研究與開發(fā)。 (9)模具及模具標準件、重要輔件的標準化技術。 (10)模具及其制品的檢測技術。 (11)優(yōu)質、新型模具材料的研究與開發(fā)及其正確應用。 (12)模具生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)代化管理技術。 第1章． 模塑工藝規(guī)程的編制 1.1 塑件的工藝性分析 塑件的工藝性分析包括塑件的原材料分析，塑件的尺寸精度分析，塑件的表面質量和塑件的結構工藝性分析，其具體分析如下。 1.1.1 塑件的原材料分析 表1 塑件的原材料分析[5] 塑料品種 結構特點 使用溫度 化學穩(wěn)定性 性能特點 成型特點 聚碳酸酯(pc)，屬于熱塑性塑料 線型結構非結晶型材料，透明 小于130℃，耐寒性好，脆化溫度位-100℃ 有一定的化學穩(wěn)定性，不耐堿、酮、酯等 透光率較高，介電性能好，吸水性小，但水敏性強(含水量不得超過0.2%)，且吸水后會降解 力學性能很好，抗沖擊抗蠕變性能突出，但耐磨性較差 熔融溫度高(超過330℃才嚴重分解)，但熔體黏度大；流動性差(溢邊值為0.06mm)；流動性對溫度變化敏感，冷卻速度快；成型收縮率?。灰桩a(chǎn)生應力集中 結論 ① 熔融溫度高且熔體黏度大，應嚴格控制模具溫度，一般在70~120℃為宜，模具應用耐磨剛，并淬火。 ② 水敏性強，加工前必須干燥處理，否則會出現(xiàn)銀絲、氣泡及強度顯著下降 ③ 易產(chǎn)生應力集中，嚴格控制成型條件；塑件壁不宜厚，避免有尖角、缺口和金屬嵌件造成應力集中，脫模斜度宜取2° 1.1.2 塑件的尺寸精度分析 該塑件的主要尺寸有其特定的要求，其余尺寸都為自由尺寸，按MT5查取公差，所以其精度不是很高，易成型，其主要尺寸公差標注如下（單位均為mm）： 塑件的外形尺寸：，，， 塑件的內形尺寸：，，， 1.1.3 塑件表面質量分析 與金屬零件一樣，塑件的表面質量對它的使用性能是有影響的。塑件強度與它的表面粗糙度有直接關系。表面顯微不平的凹陷正是應力集中處，且凹陷愈深，它的半徑愈小，則應力集中就愈大，因此強度就愈差。另外粗糙度大的塑件表面的耐腐蝕就差些。由于錐齒輪在傳動過程中防止過早失效，所以該塑件的外形粗糙度取Ra=0.4 ，而塑件內部沒有較高的表面粗糙度要求。 1.1.4 塑件的結構工藝性分析 從圖紙上分析：該塑件整體外形為回轉體，且符合最小壁厚要求，壁厚也較均勻。 綜上所述，該塑件可采用注射成型加工。 1.2 計算塑件體積和質量 1.2.1計算塑件的體積 V=2026.61mm3（經(jīng)估算所得，過程略） 1.2.2 計算塑件的質量 計算塑件的質量是為了選擇注塑機及確定模具型腔數(shù)，根據(jù)有關手冊查得：ρ=1.2kg/dm3－PC的密度，所以塑件的質量 M=ρv=1.2×10ˉ3×2026.61 =2.43 g 根據(jù)塑件形狀及尺寸采用“一出四”，即一模四腔?？紤]外形尺寸，對塑件原材料的分析以及注射所需的壓力情況，參考模具設計手冊初選螺桿式注射機：XS-ZY-250。 1.3 塑件模塑成型工藝參數(shù)的確定 聚碳酸酯注射成型工藝參數(shù)見表 2 ，試模時，可根據(jù)實際情況做適當?shù)恼{整 表2 聚碳酸酯注射成型工藝參數(shù) 工藝參數(shù) 規(guī)格 工藝參數(shù) 規(guī)格 預熱和干燥 溫度：110～120℃ 成型時間/s 注射時間 20～90 時間：8～12 h 保壓時間 0～5 料筒溫度t/℃ 后段 210～240 冷卻時間 20～90 中段 230～280 總周期 40～190 前段 240～285 模具溫度t/℃ 70～120 噴嘴溫度t/℃ 240～250 注射壓力P/MPa 80～110 第2章． 注塑模的結構設計 注射模結構設計主要包括：分型面的選擇，模具型腔數(shù)目的確定及型腔的排列，澆注系統(tǒng)的設計，型芯、型腔結構的確定，推件方式的確定。 2.1 分型面的選擇 該塑件為錐齒輪，由于其使用性能要求，其外觀要求美觀，無斑點和熔接痕，表面質量要求較高，并且齒輪的齒廓與孔的同軸度要求也比較高。根據(jù)分型面的選擇原則，分型面選在齒輪的最大截面A-A處，如圖2所示： 圖1 分型面的選擇 這樣也有利于澆注系統(tǒng)的排列和模具的平衡。 2.2 確定模具型腔數(shù)目及排列方式 由于該塑件采用的是一模四件成型，所以考慮到模具成型零件和出模方式的設計，模具的型腔排列方式如下圖3所示： 圖2型腔的排列 2.3 確定澆注系統(tǒng) 2.3.1 主流道設計 根據(jù)手冊查得XS-ZY-125型注射機噴嘴的有關尺寸： 噴嘴球半徑：R0=12mm 噴嘴孔直徑：d0=4mm 根據(jù)模具主流道與噴嘴的關系：R=R0+（1～2）mm，d=d0+0.5mm 取主流道球面半徑：R=14mm 取主流道的小端直徑：d=4.5mm 為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設計成圓錐形，其斜度為1°～3°。經(jīng)換算得主流道大端直徑D=12mm。同時為了使熔料順利進入分流道，在主流道出料端設計r=5mm的圓弧過渡。 主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和沖模時間。由于主流道要與高溫塑料熔體及主注射機噴嘴反復接觸，所以在注射模中主流道部分常設計成可拆卸更換的澆口套形式。 主流道的長度L一般按模板的厚度確定，一般控制在60mm以下。 2.3.2 分流道的設計 分流道的形狀及尺寸與塑件的體積，壁厚，形狀的復雜程度，注射速率等因素有關。該塑件的體積不是很大，形狀不算太復雜，且壁厚較均勻。為了便于加工方面的考慮，采用截面形狀為半圓形的分流道。查有關手冊得R=6mm 2.3.3 澆口設計 A． 澆口形式的選擇 由于該塑件外觀質量要求較高，澆口的位置和大小應以不影響塑件的外觀質量為前提。同時，也應盡量使模具結構更簡單，所以成型該塑件的模具采用點澆口的形式 B． 進料位置的確定 根據(jù)塑件外觀質量的要求以及型腔的安放方式，進料位置設計在塑件的底部。 2.3.4 冷料穴的設計 冷料穴位于主流道政對面的動模板上或者處于分流道的末端，其作用是收集熔體前鋒 的料，防止冷料進入模具型腔而影響制品的質量。 冷料穴的長度通常為流道直徑d的1.5～2.0倍。所以冷料穴長度L=9mm。設置在熔體流動方向的轉折位置，并迎著上游的熔體流向。其結構如下圖4所示： 圖3 冷料穴 2.4 成型零件的結構設計 2.4.1 凹模的結構設計 由于塑件的形狀比較復雜，所以采用熱處理變形小的40Cr ，采用整體式。這樣便于加工和制造。 2.4.2 凸模的結構設計 考慮模具溫度調節(jié)系統(tǒng)的設置，型芯采用整體式結構，采用熱處理變形小的CrWMn。 2.5 頂出機構的設計 2.5.1 推件方式的選擇 根據(jù)塑件的形狀特點，模具型腔在定模部分。開模后，由于塑料的收縮，塑件包在型芯上留在動模一側，其推出機構可采用推管推出或頂桿頂出。其中，推管推出結構可靠，頂出力均勻，不影響塑件的外觀質量，而由于錐齒輪的結構所限，采用頂桿頂出，其頂桿無法放置。 從以上分析得出：該塑件采用推管推出機構。并且從塑件圖上可知，其脫模行程不大，所以采用長型芯的方式，即型芯緊固在模具底板上。而推管壁厚與塑件的壁厚一樣，由前面的可知其壁厚為3.5mm，在1.5mm以上。推管的材料與推桿一樣采用45#鋼，其滑動長度的淬火硬度為50HRC左右，表面粗糙度達Ra0.63～1.25μm。其具體結構及尺寸如附圖所示。 2.5.2 復位裝置的選擇 由于該模采用的是推管脫模，在將塑件頂出后，必須返回其原始位置，才能合模進行下一次的注塑成型。該模采用回程桿的方式來進行推管的回復?；爻桃彩菢藴始Ｖ恍栀I來即能使用。 2.5.3 導向裝置的選擇 由于塑件的要求不是很高，所以不需設置設置導向裝置，用回程桿來進行導向既可滿足要求。 2.6 對合導向機構的設計 對合導向機構的功能三保證動定模部分能夠準確對合，使分別加工在動模和定模上的成型表面在模具閉合后形成形狀和尺寸準確的腔體，從而保證塑件形狀，壁厚和尺寸的準確，該模具采用導柱對合導向機構。導柱和型芯一起安裝在動模一側，這樣在合模時可起保護作用。 導柱，導套的結構形式的選擇： 導柱的結構形式采用階梯形導柱，這樣當導柱工作部分翹曲時，容易從模板中卸下更換，采用4根直徑相同的導柱不對稱的方式來進行布置。而導套則采用有肩導套。 導柱和導套都是標準件，從外面買進就可直接使用。 2.7 點澆口凝料的脫出 由前面可知該模具采用點澆口，為了將澆注系統(tǒng)凝料取出，需要增加一個分型面。這種結構的澆注系統(tǒng)凝料一般是人 工取出的，因此模具結構簡單，但是生產(chǎn)率低，勞動強度大，只用于小批量生產(chǎn)，為適應自動化的要求該模具采用側凹拉斷點澆口凝料的方法來取出澆注系統(tǒng)的凝料。其主要方法是在分流道盡頭鉆一斜孔（側凹8），開模時由于斜孔內冷凝塑料的限制，澆注系統(tǒng)凝料在澆口處與塑件拉斷，容后由于主流道冷料井的拉料桿(6)的作用，鉤住澆注系統(tǒng)凝料脫離澆口套，當主流道完全退出澆口套后，在限位拉桿的作用下，拉動定模板將澆注系統(tǒng)凝料從拉了桿中脫出。他們的結構關如下圖5所示。 拉料桿采用帶?10的圓形側凹的拉料桿，并且為了便于凝料的脫出，其與冷料穴的結構如下圖4所示： 圖4 澆注系統(tǒng)凝料的脫出 1—澆口套；2—拉料桿；3—上模座；4—定模板；5—動模板；6—型芯；7—推管；8—側凹 2.8 確定排氣系統(tǒng)的形式： 當塑料填充型腔時，必須排出澆注系統(tǒng)內的空氣及塑料受熱產(chǎn)生的氣體，以保證塑件不會由于填充不足而出現(xiàn)氣泡、接縫或表面輪廓不清等缺點；甚至氣體受壓力形成高溫使塑料焦化。但是此制件比較小采用分型面間隙排氣即可。 第3章 模具設計的有關計算 3.1 成型零件的尺寸計算 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算。查有關手冊可知PC的收縮率為0.5%～0.7%。故平均收縮率為SCP=（0.5+0.7）%/2=0.6%=0.006。根據(jù)塑件尺寸工差要求，模具的制造公差取δ=△/4 3.1.1 型芯主要工作尺寸的計算 根據(jù)塑件圖可知型芯主要成型2個軸孔。其尺寸計算見表3 表3型芯主要工作尺寸的計算 已知條件：平均收縮率SCP=0.006mm；δ=△/4；X-系數(shù)，按表4.4-6查取[1]；△為塑件公差 類別 塑件尺寸(mm) 計算公式 型芯的工作尺寸（mm） 型芯的計算 ? ? ? ? 3.1.2 型腔主要工作尺寸的計算 根據(jù)塑件圖，型腔主要成型錐齒輪的齒廓以及齒輪的高度，型腔不僅要考慮在直徑方向上的收縮，還應考慮在切向方向上齒厚上的收縮，但從上塑件圖上可知該齒輪較小，加工較困難，所以可以不考慮齒厚上的收縮。 型腔的主要工作尺寸以齒頂圓錐為計算基準。其主要工作尺寸見下表4： 表4 型腔的主要工作尺寸的計算 類別 塑件尺寸(mm) 計算公式 型芯的工作尺寸（mm） 型腔的計算 23±0.14 22.97±0.04 3.2 型腔側壁厚度及底板厚度的計算 3.2.1 型腔側壁厚度的計算 該模具型腔為整體式的圓形型腔，根據(jù)整體式圓形型腔側壁厚度計算公式 進行計算。 =6.09mm 式中：---材料的許用應力，=300N/mm2 ---模腔壓力；=60MPa r----型腔內孔的半徑 考慮到該型腔為整體式，為了便于制造取型腔側壁厚度為15mm。 3.2.2 型腔底板厚度計算 根據(jù)整體式型腔地板厚度計算公式進行計算。 =8.13mm 考慮模具的整體結構的協(xié)調取,H=32mm。 第4章 模具加熱與冷卻系統(tǒng)的計算 注射模不僅是塑料熔體的成型設備，而且還是熱交換器，模溫調節(jié)系統(tǒng)直接關系塑件的質量和生產(chǎn)效率，是注射模設計的核心內容之一。在注射成型過程中，塑料熔體所釋放的熱量約有5%～30%由模具傳導，對流和輻射的方式散發(fā)到大氣中，熱量大部分由冷卻水帶走，模具的冷卻時間約占整個注射循環(huán)周期的2/3。 由于聚碳酸酯的熔融粘度高，流動性差，所以需要較高的模溫，若模溫過低，則會影響塑料的流動性，產(chǎn)生較大的流動剪切力，使塑件的內應力較大，甚至會出現(xiàn)冷流痕，銀絲，注不滿等缺陷。所以需要對模具進行加熱。該模具采用加熱中插入電加熱棒的加熱方法進行對模具的加熱。 4.1 加熱功率的計算 根據(jù)電加熱功率計算的經(jīng)驗公式：=89.3×25 =2232.5（W） 式中：G-模具的重量，經(jīng)估算得G=89.3㎏； q-為加熱單位重量模具至所需溫度的電功率，查表得q=25(w/㎏) 4.2 電加熱棒根數(shù)的計算及在模具上的布置 考慮模板的尺寸，在該模具上布置4根電加熱棒，所以其功率的計算如下： =2232.5/4=558.125 （W） 所以選用4根25×300mm的加熱棒。其位置見附圖。 第5章 模具閉合高度的確定 本塑件采用點澆口注射成型，根據(jù)結構形式，選擇P1型。根據(jù)前面的計算，模架的周邊尺寸為315mm×315mm 導柱:32mm×100mm×40mm(Ⅰ)GB/T 4196.5-1984 導套：32mm×32mmGB/T 4169.2-7984 復位桿： 在支撐與固定零件的設計中，根據(jù)經(jīng)驗確定： 定模座板：=40mm 定模板：=32mm 動模板：=25mm 墊 塊：=80mm 凸模固定板：=20mm 動模座板：=25mm 所以模具的閉合高度： 第6章 注塑機有關參數(shù)校核 6.1 模具安裝部分的校核 該模具的外形尺寸為400mm×355mm，XS-ZY-250型注射機模板最大安裝尺寸為598×520，故能滿足模具安裝要求。 由于XS-ZY-250型注射機所允許模具的最小厚度為=165mm,最大厚度=350mm。所以也滿足模具安裝要求。 6.2 模具開模行程的校核 經(jīng)查資料注射機XS-ZY-250型的最大開模行程S=350mm,滿足下式計算所需的出件要求： 所以，XS-ZY-250型注射機能滿足使用要求，故可以采用。 第7章 繪制模具總裝圖和非標準零件工作圖 本模具的總裝圖見裝配圖所示。非標準件圖見零件圖。 本模具的工作原理：模具安裝在注塑機上，定模部分固定在注塑機的定模板上，動模固定在注塑機的動模板上。合模后，注塑機通過噴嘴將熔料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓、冷卻后塑件成型。開模時動模部分隨動模板一起運動漸漸將分型面打開，型芯隨動模一起運動，塑件依附在型芯上。型芯隨型芯固定板5運動一定距離后停止運動，此時推件板20在注射機頂桿的驅動下向前運動使塑件漸漸脫離型芯。合模時，隨著分型面的逐漸閉合推動復位桿恢復原位。 第8章 模具的安裝與調試 8.1模具的安裝 裝配順序如下： (1) 裝配前按圖檢驗主要工作零件及其他零件的尺寸。 (2) 鏜導柱孔，將定模板7，動模板5，定模座板8合在一起，使分模面緊密接觸并夾緊。鏜導柱孔，型孔，在空內壓入工藝定位銷后，加工側面的垂直基準。 (3) 加工定模，用定模側面的垂直基準確定定模7上型腔中心的實際位置，并以此作為加工基準，對其進行電火花穿孔加工，將錐齒輪的四個型腔成型出來，然后加工出澆口套孔以及四個拉料桿孔。 (4) 加工動模，按定模實際加工中心位置在動模板5上加工出四個推管孔以及型腔，然后加工出四個復位桿孔。 (5) 壓入導柱。在定模座板8，定模板7以及動模板5上分別壓入導柱，并檢查其垂直度，使導向可靠，滑動靈活。 (6) 裝配型芯。先將型芯固定板2，動模板5，推桿固定板21以及推板22合攏，把型芯10放入推管9孔內，然后把推管9放入動模板5的型控內，用螺孔復印法和壓銷釘套法使推管以及型芯緊固在型芯固定板2上。 (7) 通過動模板5引鉆推桿固定板上21的復位桿孔。 (8) 組裝動模座板1，型芯固定板2，墊塊以及動模板5。 (9) 在推桿固定板21和動模板5上加工限位螺釘孔。 (10) 定模和定模座板的裝配。用平行夾頭把它們夾緊，通過定模板7的孔引鉆在定模上，拆開后，再定模上鉆，拉料桿孔，然后將定模7和定模座板8緊固。 (11) 裝配動模部分，修正推桿和復位桿長度。 (12) 完成裝配后進行試模，并校驗入庫。 8.2 模具的調試： 注射模裝配成以后。也要按正常的生產(chǎn)條件進行試模，以了解模具的實際使用性能是否滿足生產(chǎn)要求、有無不完善的地方進行改進或作調整。 通過試模塑件上常會出現(xiàn)各種弊病，為此必須進行原因分析，排除故障。造成次廢品的原因很多，有時是單一的，但經(jīng)常是多個方面綜合的原因。需按成型條件，成型設備，模具結構及制造精度，塑件結構及形狀等因素逐個分析找出其中主要矛盾，然后再采取調節(jié)成型條件，修整模具等方法加以解決。首先，在初次試模中我們最常遇到的問題是根本得不到完整的樣件。常因塑件被粘附于模腔內，或型芯上，甚至因流道粘著制品被損壞。這是試模首先應當解決的問題。 在試模過程中，應做詳細記錄，并將結果填入試模記錄卡，注明模具是否合格。如需返修，則應提出返修意見。在記錄卡中應摘錄成型工藝條件及操作注意要點，最好能附加上加工出的制件，以供參考。 試模后，將模具清理干凈，涂上防銹漆，然后分別入庫和返修。 設計總結 畢業(yè)設計是一項非常繁雜的工作，它涉及的知識比較廣泛，很多都是我們所學課本上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設計計算，這些都要靠自己運用自己的思維能力去解決，可以說，完成這樣復雜的工作需要一定的毅力和耐心。 在學校中，我們主要學的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設計就相當于實戰(zhàn)前的一次演練。通過畢業(yè)設計可是把我們以前學的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，使我們在溫習舊知識的同時也可以學習到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎。 本設計設計內容為錐齒輪塑料模設計，通過對錐齒輪的設計，基本掌握了對塑料模設計的方法及步驟，對塑料模有了更進一步的了解和認識，對模具的制造方法和制造途徑積累了一定的經(jīng)驗。 由于水平有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設計中難免要遇到很多難題，由于有了課程設計老師的不吝指導和同學的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設計日趨完善。本設計中模板等尺寸也不代表一種最佳的選擇，例如模板的厚度，可以根據(jù)能取得的原料的厚度按最小的加工量選擇（要滿足最小厚度要求，同時也不能太厚太重）。同一塑件由不同的人設計有多種多樣的方案，最終都有可能很好的使用，通過這次設計，我認識到了除了正確掌握和應用書本知識外，吸取他人的設計經(jīng)驗也是非常重要的。 致謝 本設計在設計過程中得到了楊占堯、翟德梅、趙常海、原紅玲、于智宏等幾位指導老師的大力支持和幫助，再此表示誠摯的感謝，由于本人水平有限，收集資料困難，如果有不盡人意的地方，懇請導師不吝賜教，提出寶貴改進意見。 參考文獻 [1] 楊占堯主編. 《塑料注塑模結構與設計》. 清華大學出版社, 20004 [2] 翟德梅主編. 《模具制造技術》. 2001 [3] 許發(fā)樾主編. 《實用模具設計與制造手冊》. 機械工業(yè)出版社, 2000 [4] 陳錫棟 周小玉主編. 《實用模具技術手冊》. 機械工業(yè)出版社, 2001 [5] 黃銳主編. 《塑料工程手冊》. 機械工業(yè)出版社, 2000 [6] 賈潤禮，程志遠主編. 《實用注塑模設計手冊》. 中國輕工業(yè)出版社， 2000 [7] 屈華昌主編. 《塑料成型工藝與模具設計》. 北京高等教育出版社， 2001 [8] 陳萬林主編. 《實用注塑模設計與制造》. 北京機械工業(yè)出版社， 2000 [9] 張克慧主編. 《注塑模設計》. 西北工業(yè)大學出版社， 2001 [10] 馬金俊主編. 《注塑模具設計》. 中國科學技術出版社， 1994 第 23 頁 共 23 頁 Microsystem Technologies 10 (2004) 531–535 _ Springer-Verlag 2004 DOI 10.1007/s00542-004-0387-2 Replication of microlens arrays by injection molding B.-K. Lee, D. S. Kim, T. H. Kwon B.-K. Lee, D. S. Kim, T. H. Kwon (&) Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), San 31, Hyoja-Dong, Nam-Gu, Pohang, 790-784, Korea e-mail: thkwon@postech.ac.kr Abstract Injection molding could be used as a mass production technology for microlens arrays. It is of importance, and thus of our concern in the present study, to understand the injection molding processing condition effects on the replicability of microlens array profile. Extensive experiments were performed by varyingprocessing conditions such as flow rate, packing pressure and packing time for three different polymeric materials (PS, PMMA and PC). The nickel mold insert of microlens arrays was made by electroplating a microstructure master fabricated by a modified LIGA process. Effects of processing conditions on the replicability were investigated with the help of the surface profile measurements. Experimental results showed that a packing pressure and a flow rate significantly affects a final surface profile of the injection molded product. Atomic force microscope measurement indicated that the averaged surface roughness value of injection molded microlens arrays is smaller than that of mold insert and is comparable with that of fine optical components in practical use. 1 Introduction Microoptical products such as microlenses or microlens arrays have been used widely in various fields of microoptics, optical data storages, bio-medical applications, display devices and so on. Microlenses and microlens arrays are essential elements not only for the practical applications but also for the fundamental studies in the microoptics. There have been several fabrication methods for microlenses or microlens arryas such as a modified LIGA process [1], photoresist reflow process [2], UV laser illumination [3], etc. And the replication techniques, such as injection molding, compression molding [4] and hot embossing [5], are getting more important for a mass production of microoptical products due to the cost-effectiveness. As long as the injection molding can replicate subtle microstructures well, it is surely the most cost-effective method in the mass production stage due to its excellent reproducibility and productivity. In this regard, it is of utmost importance to check the injection moldability and to determine the molding processing condition window for proper injection molding of microstructures. In this study, we investigated the effects of processing conditions on the replication of microlens arrays by the injection molding. The microlens arrays were fabricated by a modified LIGA process, which was previously reported in [6, 7]. Injection molding experiments were performed with an electroplated nickel mold insert so as to investigate the effects of some processing conditions. The surface profiles of molded microlens arrays were measured, and were used to analyze effects of processing conditions. Finally, a surface roughness of microlens arrays was measured by an atomic force microscope (AFM). 2 Mold insert fabrication Microlens arrays having several different diameters were fabricated on a PMMA sheet by a modified LIGA process [6]. This modified LIGA process is composed of an X-ray irradiation on the PMMA sheet and a subsequent thermal treatment. The X-ray irradiation causes the decrease of molecular weight of PMMA, which in turn decreases the glass transition temperature and consequently causes a net volume increase during the thermal cycle resulting in a swollen microlens [7]. The shapes of microlenses fabricated by the modified LIGA process can be predicted by a method suggested in [7]. The microlens arrays used in the experiments were composed of 500μm -(a 2 × 2 array), 300μm -(2 × 2) and 200μm (5 × 5) diameter arrays, and their heights were 20.81, 17.21 and 8.06 μm, respectively. Using the microlens arrays fabricated by the modified LIGA process as a master, a metallic mold insert was fabricated by a nickel electroplating for the injection molding. Typical materials used in a microfabrication process, such as silicon, photoresists or polymeric materials, cannot be directly used as the mold or the mold insert due to their weak strength or thermal properties. It is desirable to use metallic materials which have appropriate mechanical and thermal properties to endure both a high pressure and a large temperature variation during the replication process. Therefore, a metallic mold insert is being used rather than the PMMA master on silicon wafer for mass production with such replication techniques. Otherwise special techniques should be adopted as a replication method, e.g. a low pressure injection molding [8]. The size of final electroplated mold insert was 30 × 30 × 3 mm. The electroplated nickel mold insert having microlens arrays is shown in Fig. 1. Fig.1.Moldinsert fabricated by a nickel electroplating (a) Real view of the mold insert (b) SEM image of 200 μm diameter microlens array (c) SEM image of 300 μmdiameter microlens array 3 Injection molding experiments A conventional injection molding machine (Allrounders 220 M, Arburg) was used in the experiments. A mold base for the injection molding was designed to fix the electroplated nickel mold insert firmly with the help of a frametype bolster plate (Fig. 2). Shape of aperture of the bolster plate (in this study, a rectangular one) defines the outer geometry of the molded part on which the profiles of microlens arrays are to be transcribed. The mold base itself has delivery systems such as sprue, runner and gate which lead the molten polymer to the cavity formed by the bolster plate, the mold insert and amoving mold surface. The mold base was designed such that mold insert replacement is simple and easy. Of course, one may introduce an appropriate bolster plate with a specific aperture shape. Fig. 2. Mold base and mold insert used in the injection molding experiment The injection molding experiments were carried out with three general polymeric materials – PS (615APR, Dow Chemical), PMMA (IF870, LG MMA) and PC (Lexan 141R, GE Plastics). These materials are quite commonly used for optical applications. They have different refractive indices (1.600, 1.490 and 1.586 for PS, PMMA and PC, respectively), giving rise to different optical properties in final products, e.g. different foci with the same geometry. The injectionmolding experiments were performed for seven processing conditions by changing flow rate, packing pressure and packing time for each polymeric material. Furthermore, same experiments were repeated three times for checking the reproducibility. It may be mentioned that the mold temperature effect was not considered in this study since the temperature effect is relatively less important for these microlens arrays due to their large radius of curvature than other microstructures of high aspect ratio. For high aspect ratio microstructures, we are currently investigating the temperature effect more closely and plan to report separately in the future. Therefore, flow rate, packing pressure and packing time were varied to investigate their effects more thoroughly with the mold temperature unchanged in this study. Table 1 shows the detailed processing conditions for three polymeric materials. Other processing conditions were kept unchanged during the experiment. The mold temperatures were set to 80, 70 and 60 _C for PC, PMMA and PS, respectively. It might be mentioned that we carried out the experiments without a vacuum condition in the mold cavity considering that the large radius of curvature of the microlens arrays in the present study will not entrap air in the microlens cavity during the filling stage. Table 1. Detailed processing conditions used in the injection molding experiments Case Flow rate (cc/sec) Packing time (sec) Packing pressure(MPa) 1 12.0 5.0 10.0 2 12.0 5.0 15.0 3 12.0 5.0 20.0 PS 4 12.0 2.0 10.0 5 12.0 10.0 10.0 6 18.0 5.0 10.0 7 24.0 5.0 10.0 PMMA 1 6.0 10.0 10.0 2 6.0 10.0 15.0 3 6.0 10.0 20.0 4 6.0 5.0 10.0 5 6 7 6.0 9.0 12.0 15.0 10.0 10.0 10.0 10.0 10.0 PC 1 6.0 5.0 5.0 2 6.0 5.0 10.0 3 5 6.0 6.0 9.0 5.0 10.0 15.0 5.0 6 5.0 5.0 7 12.0 5.0 5.0 4 Results and discussion Before detailed discussion of the experimental results, it might be helpful to summarize why flow rate, packing pressure and packing time (which were chosen as processing conditions to be varied in this study) affect thereplication quality. As far as the flow rate is concerned, there may exist an optimal flow rate in the sense that too small flow rate makes too much cooling before a complete filling and thus possibly results in so-called short shot phenomena whereas too high flow rate increases pressure fields which is undesirable. The packing stage is generally required to compensate for the volume shrinkage of hot molten polymer when cooled down, so that enough material should flow into a mold cavity during this stage to control the dimensional accuracy. The higher the packing pressure, the longer the packing time, more material tends to flow in. However, too much packing pressure sometimes may cause uneven distribution of density, thereby resulting in poor optical quality. And too long packing time does not help at all since gate will be frozen and prevent material from flowing into the cavity. In this regard, one needs to investigate the effects of packing pressure and packing time. 4.1 Surface profiles Figure 3 shows typical scanning electron microscope (SEM) images of the injection molded microlens arrays for different diameters for PMMA (a) and different materials (b). Cross-sectional surface profiles of the mold insert and all the injection molded microlens arrays were measured by a 3D profile measuring system (NH-3N, Mitaka). Fig. 3. SEM images of the injection molded microlens arrays and microlenses (a) Injection molded microlens arrays (PMMA) (b) Injection molded microlenses of 300 μmdiameter for different materials As a measure of replicability, we have defined a relative deviation of profile as the height difference between the molded one and the corresponding mold insert for each microlens divided by the mold insert one. The computed relative deviations for all the microlenses are listed in Table 2. Diameter ( μm) Relative deviation (%) 1 2 3 4 5 6 7 PS 200 300 500 -7.62 5.86 2.38 -7.59 2.03 -0.38 2.08 2.86 0.51 - 5.61 1.47 -8.66 6016 1.47 -11.44 4.29 1.47 - 5.73 1.95 PMMA 200 300 500 7.20 5.77 -0.66 1.31 5.60 -1.62 -3.88 6.45 3.98 -5.80 5.95 2.80 -0.97 5.95 -0.72 -8.53 6.68 -0.90 4.86 -2.62 -0.72 PC 200 300 500 23.02 6.20 -0.93 16.05 4.96 5.09 16.87 2.66 -1.86 19.66 4.53 1.88 33.97 4.78 6.96 18.67 1.79 2.43 -2.94 4.15 -1.55 It may be mentioned that the moldability of polymeric materials affects the replicability. Therefore, the overall relative deviation differs for three polymeric materials used in this study. It may be noted that PC is the most difficult material for injection molding amongst the three polymers. The largest relative deviation can be found in PC for the smallest diameter case, as expected. In that specific case, the largest value is corresponding to the low flow rate and low packing pressure. Packing time in this case does not significantly affect the deviation. The relative deviation for PS and PMMA with the smallest diameter is far better than PC case. Table 2 indicates that the larger the diameter, the smaller the relative deviation. The larger diameter microlens is, of course, easier to be filled than smaller diameter during the filling stage and packing stage. Microlenses of larger diameters were generally replicated well regardless of processing conditions and regardless of materials. The best replicability is found for the case of PS with 500 μm diameter. Generally, PS has a good moldability in comparison with PMMA and PC. It may be mentioned that some negative values of relative deviation were observed mostly in the smallest diameter case for PS and PMMA according to Table 2. In these cases, however, the absolute deviation is an order of 0.1 μm in height, which is within the measurement error of the system. Therefore, the negative values could be ignored in interpreting the experimental data of replicability. Surface profiles of microlens of 300 μm diameter are shown in Figs. 4 and 5 for PC and PMMA, respectively. As shown in Fig. 4, the higher packing pressure or the higher flow rate results in the better replication of microlens for the case of PC, as mentioned above. Packing time has little effect on the replication for these cases. For the case of PMMA, the packing pressure and packing time have insignificant effect as shown in Fig. 5; however, flow rate has the similar effect to PC. It might be reminded that packing time does not affect the replicability if a gate is frozen since frozen gate prevents material from flowing into the cavity. Therefore, the effect of packing time disappears after a certain time depending on the processing conditions. Fig.4a–c(leftside).Surface profiles of microlens (PC with diameter (/) of 300 μm). a effect of packing pressure, b effect of flow rate, c effectof packing time Fig.5a–c.(rightside)Surface profiles of microlens (PMMA with diameter(/) of 300 μm). a effect of packing pressure, b effect of flow rate,c effect of packing time 4.2 Surface roughness Averaged surface roughness, Ra, values of 300 μm diameter microlenses and the mold insert were measured by an atomic force microscope (Bioscope AFM, Digital Instruments). The measurements were performed around the top of each microlens and the measuring area was 5 μm · 5 μm. Figure 6 shows AFM images and measured Ra values of microlenses. PMMA replicas of microlens have the lowest Ra value, 1.606 nm. It may be noted that AFM measurement indicated that Ra value of injection molded microlens arrays is smaller than the corresponding one of the mold insert. The reason for the improved surface roughness in the replicated microlens arrays is not clear at this moment, but might be attributed to the reflow caused by surface tension during a cooling process. It may be further noted that the Ra value of injection molded microlens arrays is comparable with that of fine optical components in practical use. Fig. 6. AFM images and averaged surface roughness, Ra, values of the mold insert and injection molded 300 μm diameter microlenses. a Nickel mold insert, b PS, c PMMA, d PC 4.3 Focal length The focal length of lenses can be calculated by a wellknown equation as follows: where f, nl, R1 and R2 are focal length, refractive index of lens material, two principal radii of curvature, respectively.For instance, focal lengths of the molded microlenses were approximately calculated as 1.065 mm (with R1 0.624 mm and R2 11 ￥) for 200 μm diameter microlens, 1.130 mm (with R1= 0.662 mm and R2=∞) for 300 μm microlens and 2.580 mm (with R1=1.512 mm and R2=∞) for 500 μm microlens according to Eq. (1). These calculations were based on an assumption that microlenses are replicated with PC (nl= 1.586) and have the identical shape of the mold insert. It might be mentioned that the geometry of the molded microlens might be inversely deduced from an experimental measurement of the focal length. 5 Conclusion The replication of microlens arrays was carried out by the injection molding process with the nickel mold insert which was electroplated from the microlens arrays master fabricated via a modified LIGA process. The effects of processing conditions were investigated through extensive experiments conducted with various processing conditions. The results showed that the higher packing pressure or the higher flow rate is, the better replicability is achieved. In comparison, the packing time was found to have little effect on the replication of microlens arrays. The injection molded microlens arrays had a smaller averaged surface roughness values than the mold insert, which might be attributed to the reflow induced by surface tension during the cooling stage. And PMMA replicas of microlens arrays had the best surface quality (i.e. the lowest roughness value of Ra =1.606 nm). The surface roughness of injection molded microlens arrays is comparable with that of fine optical components in practical use. In this regard, injection molding might be a useful manufacturing tool for mass production of microlensarrays. References 1. Ruther P; Gerlach B; Go¨ttert J; Ilie M; Mu¨ller A; O?mann C (1997) Fabrication and characterization of microlenses realized by a modified LIGA process. Pure Appl Opt 6: 643–653 2. Popovic ZD; Sprague RA; Neville Connell GA (1988) Technique for monolithic fabrication of microlens array. Appl Opt27: 1281–1284 3. Beinhorn F; Ihlemann J; Luther K; Troe J (1999) Micro-lens arrays generated by UV laser irradiation of doped PMMA. Appl Phys A68: 709–713 4. Moon S; Lee N; Kang S (2003) Fabrication of a microlens array using micro-compression molding with an electroformed mold insert. J Micromech Microeng 13: 98–103 5. Ong NS; Koh YH; Fu YQ (2002) Microlens array produced using hot embossing process. Microelectron Eng 60: 365–379 6. Lee S-K; Lee K-C; Lee SS (2002) A simple method for microlens fabrication by the modified LIGA process. J Micromech Microeng 12: 334–340 7. Kim DS; Yang SS; Lee S-K; Kwon TH; Lee SS (2003) Physical modeling and analysis of microlens formation fabricated by a modified LIGA process. J Micromech Microeng 13: 523–531 8. Bauer W; Knitter R; Emde A; Bartelt G; Go¨hring D; Hansjosten E (2002) Replication techniques for ceramic microcomponents with high aspect ratio. Microsyst Technol 7: 85– 90 微透鏡陣列注塑成型的復制 B.-K. Lee, D. S. Kim, T. H. Kwon 樸航科技大學(POSTECH) 機械工程學院 San 31, Hyoja-Dong, Nam-Gu, Pohang, 790-784, Korea 電子郵箱l: thkwon@postech.ac.kr 摘要 微透鏡陣列注塑成型，可作為一種非常重要的大量生產(chǎn)技術。因此我們在近來的研究中非常關注， 為了進一步了解注塑成型在不同的加工條件下對可復制的微透鏡陣列剖面的影響，如流量、填料壓力和填料時間，對3種不同的高分子材料(PS，PMMA和PC)進行了大量的試驗。 鎳金屬模具嵌件微陣列就是利用改良的LIGA技術電鍍主裝配的顯微結構制造的。在表面輪廓得到測量的前提下，研究工藝條件對可復制的微透鏡陣列的影響。實驗結果表明， 填料壓力和流速對注射模塑的終產(chǎn)品的表面輪廓有重要的影響。 原子力顯微鏡測量表明， 微透鏡陣列注塑成型的平均表面粗糙度值小于模具嵌件成型， 并在實際運用中，能與精細的光學元件相媲美。 1 說明 微型光學產(chǎn)品，如微透鏡或微透鏡陣列已廣泛應用于光學數(shù)據(jù)存儲、生物醫(yī)學、顯示裝置等各個光學領域。微透鏡和微透鏡陣列不僅在實踐應用上，而且在微型光學的基礎研究上都是非常重要的。有幾種微透鏡或微透鏡陣列的制作方法，如改良的LIGA技術[1] ，光阻回流進程[2]，紫外激光照射[3]等。還有復制技術，如注塑模壓成型[4]和熱壓[5]技術 ，這種方法對于減少大規(guī)模生產(chǎn)的微型光學產(chǎn)品的成本尤為重要。由于其優(yōu)越的生產(chǎn)和再生產(chǎn)能力，只要注塑成型過程中能很好的復制微觀結構，那么肯定是最適合于降低大量生產(chǎn)成本的方法。 基于這點，檢查注塑成型能力并確定成型加工條件是注塑成型微觀結構過程中最重要的步驟。在本次研究中，我們考察了工藝條件對可復制的微透鏡陣列的注射成型的影響。微透鏡陣列是用之前介紹過[6，7]的改良的LIGA技術來編制的。注塑成型實驗采用的是一種鍍鎳金屬模具，來探討了幾種不同工藝條件對成型的影響。通過對微透鏡陣列的表面輪廓測量，用來分析工藝條件產(chǎn)生的影響。最后，利用原子力顯微鏡(AFM)測量微透鏡的表面粗糙度值的大小。 2 模具嵌件的制造 利用改良的LIGA技術[6]，在一個有機玻璃板上制造出具有幾種不同直徑微透鏡陣列。此種技術是先用X光照射有機玻璃板，然后再進行熱處理兩部分構成的。X-射線照射引起有機玻璃分子質量的減少，同時降低了玻璃化轉變溫度，并因此導致凈含量的增加，在熱循環(huán)的作用下，微透鏡發(fā)生微膨脹[7]。利用[7]中提出的方法，結合改良的LIGA技術可以預測微透鏡形狀的變化過程。 在試驗中使用的微透鏡陣列，有500μm (2×2陣列)，300μm (2×2)和200μm (5×5)的直徑陣列，高分別是20.81μm，17.21μm和8.06μm。采用改良的LIGA技術制造微透鏡陣列作為一個主要的技術，用來制作鍍鎳的金屬模具的注塑成型。另一些特殊材料，因為它們的強度不夠或熱性能差而不能直接進行微細加工，當作模具或金屬模具使用，如硅、光阻劑或高分子材料。盡量使用具有良好機械性能和熱性能的金屬材料，因為它們能在可復型加工過程中經(jīng)受高壓力和不斷變化的溫度。因此，為了利用這種復制技術進行大批量生產(chǎn)，我們選擇使用金屬模具材料而不是有機玻璃硅晶體。一些特殊技術，如低壓注塑成型[8]技術，應該作為良好的復制加工方法被采納。 電鍍模具的最終大小為30 mm×30 mm×3mm。鍍鎳金屬模具所具有的微透鏡陣列如圖1所示。 圖1 鍍鎳模具嵌件的制造 （a）直接觀察；（b）直徑為200μm 的微透鏡陣列電子顯微鏡圖像；（c）直徑為300μm的微透鏡陣列電子顯微鏡圖像 3 注塑成型實驗 傳統(tǒng)注塑機(Allrounders 220 M，Arburg)多用做實驗機。注塑模具設計的模架就是利用一塊框形支撐板固定鍍鎳模具(如圖2所示)。