微结构注塑机是一种新技术，具有成本低、效率高、规模大等诸多优点，广泛应用于微机电系统和微系统中。如今，由于微电子、微机械、微光学等行业的快速发展，对微注塑产品的需求越来越大，微结构注射机的效率和质量必须不断提高。

1.微结构注塑机注射单元

（1）微结构注塑产品的特点

微结构注塑产品的规格一般为微米级，其结构特点有四个：一是微注塑产品质量为毫克级，主体不超过1mm。其次，微结构几何注塑产品的质量和规格是常规产品，规格为微米级。第三，微精密产品的质量和规格为微米级。最后，微精密产品的质量为毫克级，规格精度为微米级。

（2）微结构注塑机注射单元的要求

微结构注塑机对材料、工艺、设备等方面有很大的要求。对于设备，主要有四个要求:一是注射速度快。由于微结构塑料件的结构非常细，熔体材料容易凝固，无法形成完整的细结构，因此注射要求较高，必须快速注射。一般注射速度应大于800mm/s。二是注射压力大。由于注射压力对成型收缩率影响很大，如果注射压力大于392MPa，成型收缩率为零，因此精度仅受模具和环境的影响。同时，增强注射压力还可以提高微结构注塑产品的机械性能、抗冲击性、弯曲应力和屈服强度。第三，注射量。微结构注塑机的注射单元非常精确，精度必须控制好，一般为毫克级，螺杆精度为微米级。第四，反应能力。由于注射时间很短，需要微结构注塑机的注射单元快速反应，最好立即达到注射压力。

（3）单曲肘机构的优点

单曲肘机构能有效放大力，不仅结构简单，而且制造方便，一般放大6-8倍，通常用于注塑机合模设备，合模力小于1000kn。微结构注塑机注射单元的单曲肘机构主要优点如下：结构简单、体积小、成本低、注射压力大、精度高、注射速度快等。

二、单曲肘机构

(1)单曲肘机构设计设计

在微结构注塑机注射单元中，单曲肘机构无保压作用，必须单独使用保压设备。注射完成后，肘杆会伸直自动锁定，因此在再次塑化之前，需要解锁肘杆机构的锁定状态，使其退回塑化的终止部分。同时，为了增加注塑机的使用范围，塑化行程必须能够改变。本设计的微结构注塑机注射单元的单曲肘机构如图1所示，不仅可以实现保压，还可以调整注射行程。

（2）单曲肘的运行机制

单曲肘的运行机制如下:塑化前，先让注射缸的进油孔进油，以消除肘杆的锁定状态。当肘杆的注射部件随导柱向后退时，塑化和保压设备仍然位于原来的地方。此时，安装在肘杆注射部件的位移电子尺会记录塑化行程。一旦注射行程到达特定位置，注射缸将暂停供油。此时，液压电机将开始运行，带动螺杆塑化材料。保压设备两侧的塑化缸会给材料塑化带来塑化背压，使塑化和保压设备随导柱向后退。此时，塑化和保压设备的位移电子尺将记录塑化行程。当电子尺5与电子尺8的行程位移相同时，塑化将停止。此时，塑化保压设备与预定部位的注射推力部件碰撞。再次注射时，从注射缸上口进油，肘杆会逐渐伸直。注射部件会带动塑化，保压设备会将材料注入模腔。肘杆伸直锁定时，注射装置两侧的塑化和油缸会带来保压压力，使注射顺利完成。从以上内容可以看出，注塑机的压力保护是由单个油缸完成的，注射行程可以根据位移电子尺5和电子尺8进行调整。从机械结构的角度来看，单曲肘机构可以有效地用于微结构注塑机的注射单元。

三、单曲肘机构应力值的模拟

(1)ADAMS建模

如图2所示，L1和L2是前后肘杆，α与β它是肘杆L1、肘杆L2和水平轴线的夹角，αmax以及βmax是初始肘杆和水平轴的夹角，φ为肘杆L1和活塞杆L的夹角，φmin是肘杆L1和活塞杆L的夹角，S是注射行程，Pi是注射力，P0是气缸活塞推力，V0是气缸活塞速度，Vi是注射速度。在建模过程中，需要确定的参数包括：肘杆L1与L2的长度，肘杆最大角度αmax、气缸摆动中心与水平轴之间的距离H、活塞速度v0、活塞推力P0。假设最大注射压力为350mpa，最大注射速度为800mm/s，注射量为15cm3，螺杆直径为18mm，可得出螺杆注射行程为58.98mm，最大注射力为89.02km。假设最大肘角为45°、杆长比0.8，L1为115.17mm、L2为143.961mm，为方便加工，取L1为115mm、L2为145mm，得到的杆长比为0.793。假设气缸摆动中心与水平轴之间的距离为500mm，αmax为45°、βmax为34.11°、φmin为48.32°M0为0.629，活塞速度为503.76mm/s。

2023-02-1121:09:17.969000

图2单曲肘机构运动简图

（2）单曲肘机构的运动模拟

通过ADAMS仿真模型可以发现，当活塞杆的速度为503.76mm/s时，肘杆的角度会随着注射时间的增加而减小，注射会在0.165s完成。此时肘杆完全伸直，肘杆角度变化非常稳定。肘杆的注射速度会由肘杆角变小，由注射行程变大变小。注射开始时，最大注射速度为800mm/s，注射时，注射速度与肘杆角成正比。注射开始时，力放大比为0.63。此时肘杆机构无力放大效果，注射力远小于气缸活塞；当肘杆角为30时°以下时，力放大比在1以上，然后肘杆机构具有力放大效果，注射力大于气缸活塞；当肘角为3时°变为0°在这个过程中，力放大比和注射力都会增大，非常有利于熔体充模的使用。

四、总结

从以上内容可以看出，微结构注塑机注射单元的单曲肘机构非常重要。单曲肘机构不仅可以实现微结构注塑机的高压高速注射，还可以有效提高注塑产品的质量。可见单曲肘机构有很多优点，结构非常简单，成本非常低，注射过程也非常平缓，可以有效应用于熔体充压过程中，但注射单元中需要注意肘杆的润滑和机械结构。