随着现代产品追求轻薄短小以及微米、纳米级的应用，传统的注塑成型技术也随之调整。进入21世纪以来，我国虽然在塑料微注射成型技术上有了一定的发展，但是与发达国家相比，国内在这方面的研究还不足。微注射成型技术与传统注射成型技术相比较，具有多项生产优势，但是目前对于塑料在微尺寸流动情况并不完全了解，导致塑料件易出现成型缺陷。塑料齿轮作为重要工程构件之一，其应用范围呈扩大趋势，比如在家用电器、机械仪表、电讯、玩具产品等装置中已广泛使用。
塑料齿轮与金属齿轮相比较，具有加工成本低、传动噪声低、自润滑、质轻、吸振、耐腐蚀等优点，尤其是塑料微齿轮具有的体积小、传动紧凑等独特优点，使其可在许多金属齿轮不宜使用的领域使用0.微注射成型是塑料微齿轮的主要成型方法，微注射成型不用再次滚齿，其相对浇铸和注塑滚齿的加工方式具有明显优势。
笔者利用模流分析软件Moldflow，以微齿轮的注射成型为数值模拟对象，使用微流道进行充填，改变注射速度参数（微流道深度和注塑压力）以观察微齿轮熔融塑料的充填行为，并通过与实际注射实验比较，探讨熔融塑料在微流道内的充填状况，以了解熔融塑料在微尺寸流道里的流动情况，从而避免塑料在微结构件内产生充填不良等问题，提高成型质量，降低生产成本，达到产量化目标，为微齿轮成型模具的结构设计、成型工艺参数的合理化等提供理论。
1有限元分析模型建立以标准渐开线塑料圆柱直齿轮为研究对象，其基本参数为模数m=0.5、齿数z=10、分度圆压力角a=25.、齿厚b=1mm、齿顶高系数ha=1、顶隙系数c=0.25.现阶段用于微注塑成型的聚合物原料主要有聚甲醛（POM），聚甲基丙烯酸甲酯（PM-MA），尼龙（PA）66，聚醚醚酮（PEEK），液晶聚合物（LCP）H，笔者选用了奇美公司的牌号为CM-205的PMMA.PMMA为耐热型塑料，刚度和硬度较高，且具有高透明度，可达92%透光率，可塑性佳，可制成各种形状塑料件，其物性数据如表1所示。
参数为锁模力5t、最大注塑压力197MPa、最大注射速率340cm3/s、螺杆最大行程40mm及螺杆直径表1 PMMA物性数据物性数据物性数据相对密度拉伸强度/MPa熔体流动速率/弯曲强度/MPa断裂伸长率/%成型收缩率/冲击强度硬度热变形温度/吸水率/%维卡软化点/首先运用PRO/E建立塑料齿轮3D模型，由于在将CAD图文件转换为Moldflow模型时，需要进行网格划分等许多复杂的工作，而且建模质量不高，因此若通过使用CADDoctor塑料件分析前处理软件，自动对CAD图文件进行模型的修复与简化，然后将导出的UDM文件再导入MPI模块进行分析，就能较易获得高质量的划分网格，保证分析结果的正确性与准确度。最后转化完添加浇注系统和冷却系统，有限元分析模型如所示。中浇注系统的主流道为圆锥体，其高度为30mm、上下圆直径为2和5mm；分流道为矩型体，其长、宽、深分别为20、5、mm.圆形微流道参数视研究项目而定，冷却水路为05mm的圆柱体。
有限元分析模型2工艺参数分析及优化微齿轮最终的质量表现很大程度上取决于生产中成型工艺参数的选取。微齿轮注射成型加工工艺参数主要包括：熔融温度、模具温度、注塑压力、注射速度、保压压力、转换保压方式、保压时间、冷却时间等。笔者为了观察塑料在微流道里的流动情形，需制造短射的情况，因此保压压力及保压时间两项均设定为，采用充填压力达到设定值即转保压的方式，而其它参数则视研究项目给定。试验采用的精密注塑机的注射速度和注塑压力控制方式为注射速度优先的闭环控制。在这种情况下，注射速度起决定性作用，注塑压力则是被动调节，即注塑压力的大小受注射速度的设定变化而变化，因此注塑压力和注射速度之间存在相关性。所以笔者研究的影响因素可以不包括注塑压力，其对微齿轮最终精度的影响将在注射速度的调节中得到体现H.综上所述，选取熔体温度、模具温度、注射速度和冷却时间作为熔融塑料在微流道内的充填状况的主要影响因素。为找出注射成型最优成型条件，以提高塑料件的精度和质量，笔者运用正交试验设计方法对这些工艺参数进行优化。试验中以微齿轮的充填率为指标，以熔体温度A、模具温度B、注射速度C、冷却时间D为因素。此外虽然在多因素试验中，各因素不仅可能独立地在起作用，而且还可能交互作用，但实际经验表明，各因素之间存在的交互作用对指标的影响甚微，因此可不考虑4.各因素分别取三个水平，确定为四因素三水平试验，通过CAE模拟正交试验的结果见表2.由于微流道深度尺寸在200pm以下时，微齿轮塑料件Moldflow软件模拟时会存在收敛不好的问题，且经过模拟试验测试当微流道深度太小时，注塑压力要很大才能实现充模，这对注射机参数、模具结构、模具材料、材料性能都要求比较高，且实际注射过程中还容易发生模板变形、熔体溢出等注射成型问题，从而导致试验精度降低和成本提高，因此试验中初定微流道深度为表2工艺参数正交试验设计及结果项目因素充填率/%微流道充填结果数据，如所示。其中充填面积测量采用Moldflow自带的测量工具，沿圆周测量充填直径10次，并剔除测量值中随机误差和粗大误差的影响，再取平均充填直径值来作为充填面积的指标值。
围2坩流道深度和注费压力对充填效梁的影响注压力/MPa 103不丨1微浼道深和注压力下的充填直径从可以看出，塑料熔体在各微流道内充填时，其充填面积在不同进口注塑压力下皆呈增加趋势，尤其以深度为550的微流道充填面积增加的幅度较其它两个明显，深度为350pm的微流道充填面积增加的幅度不明显，几乎固定在直径为0.8mm左右的区域内，深度为450pm的微流道充填面积增加的幅度在两者之间。由此可知，造成各微流道充填面积大小与其趋势的不同主要是因为各微流道的深度不同所致，提高注塑压力对较小尺寸微流道充填影响及趋势从模拟分析结果来看并不明显。
4微齿轮实际注射试验劫果为了验证模拟分析对微流道内塑料熔体的充填结果数据的可靠性，进行了实际的注射成型试验，并将。
微流道实际充填结果从可以发现，塑料熔体在各微流道内充填时，其充填面积的幅度随着进口注塑压力的增加而明显增加，其中深度为550pm的微流道充填面积增加的幅度最为明显（曲线斜率最大，与模拟试验结果一致）。另外，还可以发现三个微流道的模拟分析数据与实际注射成型试验数据有一些误差，从和可以看出，实验数据普遍都比模拟数据大，尤其是350pm微流道的误差最为明显，通过对实际注射成型塑料件的尺寸测量，可以发现每个塑料件的厚度都比原先设计的尺寸多约20pm左右。
虽然试验中一般会存在误差，但该误差特点是方向明确，大小也较稳定，可以排除粗大误差和随机误差的可能性，确定应该是存在的系统误差。
可能造成模拟和实际试验尺寸误差的原因一般为测量误差、冷却凝固收缩、缺少保压、浇口尺寸变大、模板微变形等。其中，在测量方面，笔者采取严谨的取样措施和精密的测量仪器来保证测量精度，测量误差会存在但不会带来明显的差别，因而不是主要原因。在冷却收缩方面，根据塑料件原料的物性数据和实际注射工作经验可知，微型产品上冷却收缩比例较低，且收缩只会导致塑料件尺寸缩小而不是膨胀，因此冷却凝固收缩也不是主要原因。针对试验中不采取保压措施，更不会因为压力太大而使塑料件尺寸变大，因而缺少保压也可排除。另外，由于试验用模具较小，对模具板材刚度和硬度都没有特别要求，而试验测量的是微型尺寸，只要模具模板或者模具成型零件在高注塑压力下发生一点微变形就会给实际试验的塑料件尺寸测量带来误差，且误差会较大，因此浇口尺寸的变化和模具模板的微变形应该是造成试验塑料件系统误差较大的原因。
对于350pm的微流道而言，其浇口尺寸最小，微小的变化对其影响最大，所以其误差最为明显。其它方面，比如PRO/E建立塑料齿轮3D模型与实际塑料件可能存在形状特征误差、Moldflow软件模拟计算存在误差问题、模拟分析工艺假设问题也都会给试验带来误差，这些误差都是不可能避免的，要深究其规律还必须提高CAD建模质量，需在聚合物的流变学、弹性力学、计算机技术等方面深入分析探讨。
5结论熔体温度、注射速度、模具温度为影响PM-MA微齿轮微流道充填率的关键工艺参数，冷却时间对其影响不明显。
随着注塑压力的提高，微流道深度尺寸越大，微齿轮充填面积的增加幅度越大，且基本呈线性关系增加；而较小深度尺寸的微流道对充填面积增长幅度的影响较平缓，提高注塑压力对较小深度尺寸微流道充填结果的影响及趋势不明显。
实际注射成型试验结果显示，实际试验结果与模拟结果在微流道对微齿轮的充填行为的影响趋势基本一致，只是在数值上存在一些误差，该误差的根源主要来自模具结构。
