微型机械运动副模内微组装成型热流固耦合变形模拟

提出了一种新型规模化高效低成本聚合物微型机械系统模内微组装成型加工技术，并针对其成型过程特点，建立了描述模内微组装成型过程成型热-流-固耦合变形机理的理论模型。通过有限元数值模拟，研究了模壁温度对模内微组装成型过程的影响规律。结果表明，模内微组装成型的微装配加工精度受控于热-流-固耦合压力场和不均匀温度场，且其热-流-固耦合变形随着模壁温度的升高而增大；减小模壁温度有利于提高其微装配加工精度。

模内微装配成型微装配界面熔接黏附脱黏剥离特性

如何准确预测和调控微装配界面熔接黏附脱黏剥离特性是聚合物模内微装配成型制备高性能微型机械运动的关键科学与技术问题。针对这一关键科学与技术问题,构建了模内微装配成型微型机械运动副界面熔接黏附脱黏剥离行为的模拟仿真平台和注射温度-材料副界面脱黏剥离断裂韧性参数-界面熔接黏附脱黏剥离特性的关联关系。研究表明,运动副微装配界面的启裂应力、临界应变能释放率和完全脱黏剥离驱动力与二次成型熔体注射温度呈正相关关系,降低二次成型注射温度,可以明显减小界面的启裂应力和临界应变能释放率,抑制微装配界面的熔接黏附,有利于降低微装配界面熔接黏附脱黏剥离的驱动力,提高微装配界面的可运动性能。

模内微装配成型预成型微型部件颈缩熔断的失效机理

基于聚合物微型机械模内微装配成型加工面临的共性关键科学问题——在二次成型高温熔体充填流动环境下,如何避免预成型微型部件产生颈缩熔断失效问题,研究建立了高温熔体充填流动诱发颈缩熔断失效过程的机理模型。研究表明,预成型微型轴颈缩熔断损伤的直接驱动力是应变软化,一旦预成型微型轴出现应变软化,就必然会诱导颈缩熔断损伤。而应变软化现象的形成受控于其材料的初始屈服应力,初始屈服应力与二次成型注射温度呈负关联关系。当熔体注射温度由200℃增至240℃时,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微型轴的初始屈服应力由16.5 MPa降至9.89 MPa,降幅高达40.1%,而其颈缩断面的颈缩率由44.5%增至70%。二次熔体注射温度越高,微型轴越易诱发应变软化和颈缩熔断损伤。

黏弹特性对模内微装配成型热流固耦合变形的影响

建立了综合考虑二次成型黏弹性熔体充填流动约束环境影响的模内微装配成型过程黏弹性热流固耦合变形机理的理论模型,并通过有限元数值模拟,研究了二次成型熔体黏度对模内微装配成型过程黏弹性热流固耦合变形的影响规律。结果表明,黏弹性热流固耦合作用诱导的预成型微型轴变形的驱动力来源于微装配界面形成的热流固耦合压力和黏性拖曳剪应力,而二次成型熔体流动的弹性正应力对耦合变形具有抑制作用,微装配界面的热流固耦合载荷和微型轴的变形均随着二次充填熔体的黏度增大而增大,减小二次成型熔体黏度有利于提高其微装配加工精度。