热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统及方法

1.本发明涉及粘附性表征技术领域，尤其涉及的是一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统及方法。


背景技术：

2.热模压成型中热塑性工件和模具在复杂的应力和温度环境下产生塑性变形，在脱模过程中工件和模具界面产生黏附，从而影响模具的使用寿命和成品质量。为了解决黏附带来的损伤，如何定量地表征界面粘附性是首要的问题。以典型的热塑性成型工艺之一的精密玻璃模压技术为例，成型工艺涉及到加热、模压、脱模和冷却等过程，脱模时工件和模具之间的界面黏附造成了模具表面损尚和成型器件的表面质量下降，急需合适的黏附性的表征技术用于研究黏附的产生及演变方式，进而为减少甚至完全避免界面黏附提供思路和依据。
3.目前，对于精密光学元器件热塑性成型工艺中的界面脱模黏附表征主要从脱模力测量和微观表征两个方面进行。一方面，脱模力测量装置往往只限定于特定的应用场景，不能很好地用于广泛的热塑性成型应用；另一方面，对于工件在模具表面的黏附表征不全面，不能很好地形成通用的黏附性评判标准。以上问题都将影响热塑性成型工艺的成品质量控制和模具使用寿命，可见，现有技术中黏附性的表征不全面，也无法定量测量。
4.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统及方法，旨在解决现有技术中黏附性的表征不全面，也无法定量测量的问题。
6.本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
7.一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，其中，包括：热模压成型装置以及表面特征观测装置；
8.所述热模压成型装置包括：
9.温控器，内部形成腔室；
10.下模具，设置于所述腔室内，并形成放置工件的放置位；
11.上模具，位于所述腔室内；
12.压杆，与所述上模具连接并延伸至腔室外；
13.力传感器，与所述压杆连接，并用于检测所述工件和所述上模具界面分离时的拉伸粘附力值；
14.温度传感器，用于所述腔室内的温度；
15.其中，所述表面特征观测装置用于检测所述工件和所述上模具界面分离后黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数αd。
16.所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，其中，所述表面特征观测装置包括：扫描电子显微镜，3d轮廓仪，原子力显微镜中的至少一种。
17.所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，其中，所述表面缺陷参数包括：粗糙度与参考粗糙度的差值百分比；所述分布形式参数包括：散点分布参数、岛状聚集参数、线状流动参数、褶皱伴随的面覆盖参数中的至少一种，每种分布形式参数包括：黏附残留的分布尺寸、黏附残留的面积百分比以及黏附残留的分布形态。
18.所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，其中，所述工件为热塑性工件，所述热塑性工件包括：玻璃工件、塑料工件、金属工件中的至少一种。
19.一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其中，应用于如上任意一项所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，所述表征方法包括步骤：
20.将工件放在下模具上，并将上模具和下模具分别抵接在所述工件的两侧；
21.向腔室中充入惰性气体，通过温控器控制腔室内的温度进行升温和保温；
22.对所述工件进行模压，以得到保压时间，并通过力传感器检测模压力值；
23.对所述工件进行脱模，并通过所述力传感器检测所述工件和所述上模具界面分离时的拉伸粘附力值，通过温度传感器检测温度值；
24.通过温控器控制腔室内的温度进行冷却；
25.取出所述工件，并通过表面特征观测装置检测所述工件和所述上模具界面分离后黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数，并确定变形后工件脱模前和模具的名义接触面积；
26.确定模具表面能、工件表面能以及工件与模具的界面能，并根据所述拉伸粘附力值和所述变形后工件脱模前和模具的名义接触面积，确定黏附应力值；
27.根据所述黏附应力值、所述模具表面能、所述工件表面能、所述工件与模具的界面能、所述变形后工件脱模前和模具的名义接触面积、所述温度值、所述保压时间、所述模压力值以及所述表面缺陷参数，建立粘附应力值和模压参数的定量关系。
28.所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其中，所述模具表面能为：
[0029][0030]
其中，γ
mold
表示模具表面能，表示模具表面第i种原子在模具表面原子组成中的浓度百分比，表示模具表面第i种原子的表面焓，fi表示模具表面第i种原子被真空包围的程度系数，c0表示常数，vi表示模具表面第i种原子在纯净状态下的摩尔体积，n表示模具表面原子组成中原子的种类数；
[0031]
所述工件表面能为：
[0032][0033]
其中，γ
glass
表示工件表面能，表示工件表面第j种原子在工件表面原子组成中的浓度百分比，表示工件表面第j种原子的表面焓，fj表示工件表面第j种原子被真空
包围的程度系数，vj表示工件表面第j种原子在纯净状态下的摩尔体积，m表示工件表面原子组成中原子的种类数；
[0034]
所述工件和模具的界面能为：
[0035][0036][0037][0038]
其中，γ
interaction
表示工件和模具的界面能，是模具表面第i种原子被工件表面第j种原子完全包围时的界面焓值，是工件表面第j种原子被模具表面第i种原子完全包围时的界面焓值。
[0039]
所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其中，所述黏附应力值为：
[0040][0041]
其中，σ表示黏附应力值，f
ad
表示拉伸粘附力值，a
de
表示变形后工件脱模前和模具的名义接触面积。
[0042]
所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其中，所述粘附应力值和模压参数的定量关系为：
[0043][0044]wad
＝γ
mold
+γ
glass-γ
interaction
[0045][0046]
其中，w
ad
表示参考温度t
ref
条件下的热力学黏附功，αd为表面缺陷参数，ra表示粗糙度，ra
ref
表示参考粗糙度，t表示模压温度值，p表示模压力值，t为保压时间，t
ref
表示参考温度，p
ref
表示参考压力，t
ref
为参考保压时间，k为比例系数，a，b，c均表示系数。
[0047]
所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其中，在对所述工件进行模压的过程中，控制所述上模具和所述下模具相对移动，以使所述模压力值达到预设成型力值，并在保压时间内保持模压力值不变。
[0048]
所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其中，在对所述工件进行脱模的过程中，通过位移采集器采集所述上模具或所述下模具的位移值，以使所述上模具或所述下模具的移动速度恒定。
[0049]
有益效果：热模压成型装置用于检测工件脱模过程中脱模参数，表面特征观测装置用于检测脱模后的工件的表面特征参数，可以通过脱模参数和表面特征参数建立黏附性
和模压参数之间的定量关系，能定量测量和表征热模压成型中工件和模具界面粘附性，为热模压成型工艺设计提供帮助。
附图说明
[0050]
图1是本发明实施例中热模压成型装置的结构示意图。
[0051]
图2是本发明实施例热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法的流程示意图。
[0052]
图3是本发明实施例中各过程中温度、力值以及位移随时间变化的示意图。
[0053]
附图标记说明：
[0054]
1、上模具；2、力传感器；3、下模具；4、腔室；5、工件；6、压杆。
具体实施方式
[0055]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0056]
请同时参阅图1-图2，本发明提供了一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统的一些实施例。
[0057]
如图1所示，本发明的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，包括：热模压成型装置以及表面特征观测装置。热模压成型装置用于检测工件脱模过程中脱模参数，表面特征观测装置用于检测脱模后的工件的表面特征参数，脱模参数包括拉伸粘附力值、温度值、保压时间、模压力值、模具的表面能、工件脱模前的初始高度和脱模后的终了高度，表面特征参数包括工件脱模后黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数，分布形式参数包括散点分布参数、岛状聚集参数、线状流动参数、褶皱伴随的面覆盖参数中的至少一种，工件脱模后黏附残留会表现出一定的分布形式，具体有散点分布、岛状聚集分布、线状流动分布、褶皱伴随的面覆盖分布，散点分布表示工件在上模具或下模具上的黏附残留星点状分布，岛状聚集分布表示工件在上模具或下模具上的黏附残留为不连续的块状聚集黏附分布，线状流动分布表示工件在上模具或下模具上的黏附残留为有明显流动轨迹的线性分布，褶皱伴随的平面覆盖分布表示工件在上模具或下模具上的黏附残留为明显的大面积黏附覆盖分布。每种分布形式参数包括：黏附残留的分布尺寸、黏附残留的面积百分比以及黏附残留的分布形态。所述表面缺陷参数包括：粗糙度与参考粗糙度的差值百分比，即粗糙度和参考粗糙度之间的差值与参考粗糙度的比值。可以通过脱模参数和表面特征参数建立黏附性和模压参数之间的定量关系。
[0058]
所述热模压成型装置包括：
[0059]
温控器，内部形成腔室4；
[0060]
下模具3，设置于所述腔室4内，并形成放置工件5的放置位；
[0061]
上模具1，位于所述腔室4内；
[0062]
压杆6，与所述上模具1连接并延伸至腔室4外；
[0063]
力传感器2，与所述压杆6连接，并用于检测所述工件5和所述上模具1界面分离时的拉伸粘附力值；
[0064]
温度传感器，用于所述腔室4内的温度；
[0065]
其中，所述表面特征观测装置用于检测所述工件5和所述上模具1界面分离后黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数。
[0066]
具体地，温控器用于控制腔室4内的温度，温控器包括保温罩和加热装置(如加热丝)，加热装置位于保温罩内，保温罩上设置有开口，压杆6位于该开口内。下模具3和上模具1均位于腔室4内，在模压过程中可以控制上模具1和/或下模具3移动，从而使得上模具1和下模具3相互靠拢或相互远离，本技术采用上模具1移动的方式，通过控制压杆6带动上模具1移动，如图2所示。
[0067]
力传感器2用于检测脱模过程中工件5和上模具1界面分离时的拉伸粘附力值，力传感器2还用于检测模压过程中上模具1对工件5的模压力值。温度传感器用于检测腔室4内的温度值。
[0068]
为了使检测的工件5和模具界面粘附性，更接近于实际生产或实验的热模压成型中工件5和模具的粘附性，热模压成型装置中上模具1和下模具3的材料与实际生产或实验的模具的材料相同，上模具1和下模具3的表面粗糙度与实际生产或实验的模具的表面粗糙度相同，本技术的工件5的表面粗糙度与实际生产或实验的工件5的表面粗糙度相同。本技术的工件5的形状可以采用任意合适的形状(如：圆柱状)，可以与实际生产或实验的工件5的形状相同，也可以与实际生产或实验的工件5的形状不相同。在表征过程中，工件5需要经过升温、保温、模压、脱模以及冷却等操作，本技术的工件5在各个操作的工艺参数可以与实际生产或实验的工件5在各个操作的工艺参数相同，也可以不相同。
[0069]
在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述表面特征观测装置包括：扫描电子显微镜，3d轮廓仪，原子力显微镜中的至少一种。
[0070]
具体地，对黏附表面特征的表征手段包括但不限于扫描电子显微镜，3d轮廓仪，原子力显微镜等多尺度(宏观-微观-纳观)观测技术。
[0071]
在本发明实施例的一个较佳实现方式中，所述工件5为热塑性工件，所述热塑性工件包括：玻璃工件、塑料工件、金属工件中的至少一种。
[0072]
具体地，热塑性工件还可以是复合结构，例如，表面形成热塑性涂层，即采用热塑性材料制成的涂层。
[0073]
本发明针对现有热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征技术中存在的方式单一和测量复杂等问题，本发明是用于对热塑性成型中工件和模具界面脱模过程中界面粘附力检测的技术，简化了对界面分离过程中的力值检测方法，建立了模压参数和黏附性之间的直接联系，可适用于广泛的多尺度的热塑性成型加工中的工件和模具界面黏附性的定量表征。
[0074]
本方法是将模具和工件界面黏附的拉伸粘附力值实时监控，通过拉伸粘附力值和名义接触面积求解黏附应力值，进一步结合微观表征手段实现黏附的定量表征，利用力值监控结合机械控制实现多种操作环境下的界面分离调控，实现定量、微观、直接的界面分离黏附性表征。
[0075]
基于上述任意一实施例所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，本发明还提供了一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法的较佳实施例：
[0076]
如图2所示，本发明实施例的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，包
括以下步骤：
[0077]
步骤s100、将工件放在下模具上，并将上模具和下模具分别抵接在所述工件的两侧。
[0078]
步骤s200、向腔室中充入惰性气体，通过温控器控制腔室内的温度进行升温和保温。
[0079]
步骤s300、对所述工件进行模压，以得到保压时间，并通过力传感器检测模压力值。
[0080]
步骤s400、对所述工件进行脱模，并通过所述力传感器检测所述工件和所述上模具界面分离时的拉伸粘附力值，通过温度传感器检测温度值。
[0081]
步骤s500、通过温控器控制腔室内的温度进行冷却。
[0082]
步骤s600、取出所述工件，并通过表面特征观测装置检测所述工件和所述上模具界面分离后黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数，并确定变形后工件脱模前和模具的名义接触面积。
[0083]
步骤s700、确定模具表面能、工件表面能以及模具与工件的界面能，并根据所述拉伸粘附力值和所述变形后工件脱模前和模具的名义接触面积，确定黏附应力值。
[0084]
步骤s800、根据所述黏附应力值、所述模具表面能、所述工件表面能、所述工件与模具的界面能、所述变形后工件脱模前和模具的名义接触面积、所述温度值、所述保压时间、所述模压力值以及所述表面缺陷参数，建立粘附应力值和模压参数的定量关系。
[0085]
具体地，工件在热模压成型之间，测量工件的初始高度，初始高度是指工件沿模压力方向的高度，然后将工件放置在下模具上，并控制压杆移动上模具，使得上模具与下模具夹持住工件。向腔室内充入惰性气体，如，he气、ar气、n2气等，并通过温控器调整腔室内的温度，以恰当的升温速率(5-8℃/s)进行升温，达到指定温度后，进行保温一段时间(600-800s)。
[0086]
调整腔室内的温度后，在对所述工件进行模压的过程中，控制所述上模具和所述下模具相对移动，以使所述模压力值达到预设成型力值，并在保压时间内保持模压力值不变。
[0087]
维持腔室内的温度不变，对工件进行模压，先以较大的移动速度向下移动压杆，通过上模具对工件施加压力，力传感器检测的模压力值达到预设成型力值，然后在保压时间内保持模压力值为预设成型力值进行保压，由于工件在受压后会变形，需要以较小的移动速度向下移动压杆，补充工件的变形。具体可以设置位移采集器，通过位移采集器采集压杆的位移值，确保单位时间内压杆的位移值固定不变，则压杆的移动速度不变。位移采集器以适当频率(如：600hz)记录过程中的模压力值和位移值。
[0088]
在对所述工件进行脱模的过程中，通过位移采集器采集所述上模具或下模具的位移值，以使所述上模具或下模具的移动速度(如1μm/s)恒定。
[0089]
脱模过程中，可以移动上模具和/或下模具，本技术中采用压杆带动上模具移动。通过压杆以固定的移动速度移动上模具，使得上模具脱离工件，在上模具移动初期，力传感器的检测值快速降低为零，使得上模具对工件不施加压力，继续移动压杆，由于上模具、下模具与工件之间存在界面黏附，力传感器的检测值为拉伸粘附力值，拉伸粘附力值逐渐增大，当拉伸粘附力值达到最大值时(由于模压力的方向和拉伸粘附力的方向相反，在图3中
脱模过程折线的最低点为拉伸粘附力值的最大值)，上模具逐渐脱离工件的界面黏附，拉伸粘附力值逐渐减小，直至上模具完全脱离工件，力传感器的检测值变为零。在脱模过程中通过温度传感器检测得到温度值。
[0090]
脱模后，通过温控器控制腔室内的温度进行冷却，具体较小的降温速率降低腔室内的温度。在冷却过程中可以停止移动压杆，也可以以较小移动速度向上移动压杆。
[0091]
冷却后，取出工件，并通过表面特征观测装置检测脱模后工件表面的黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数，并测量模压后的工件的终了高度，以及确定变形后工件脱模前和模具的名义接触面积。
[0092]
根据初始高度和终了高度，确定工件的最终变形量。最终变形量为：
[0093][0094]
其中，ε表示最终变形量，l表示终了高度，l0表示初始高度。最终变形量可以作为补充数据进行记录，以便确定工件加工工艺的参数。
[0095]
变形后工件脱模前和模具的名义接触面积可以根据分布形式参数确定，例如，通过相关软件对黏附表面进行统计。
[0096]
根据模具的材料组成特性确定所述模具表面能、工件表面能，通常，表面能为：
[0097][0098]
其中，γs表示表面能，表示第i种原子在表面原子组成中的浓度百分比，表示第i种原子的表面焓，fi表示第i种原子被真空包围的程度系数，c0表示常数，vi表示第i种原子在纯净状态下的摩尔体积，n表示表面原子组成中原子的种类数。
[0099]
具体地，所述模具表面能为：
[0100][0101]
其中，γ
mold
表示模具表面能，表示模具表面第i种原子在模具表面原子组成中的浓度百分比，表示模具表面第i种原子的表面焓，fi表示模具表面第i种原子被真空包围的程度系数，c0表示常数，vi表示模具表面第i种原子在纯净状态下的摩尔体积，n表示模具表面原子组成中原子的种类数；
[0102]
所述工件表面能为：
[0103][0104]
其中，γ
glass
表示工件表面能，表示工件表面第j种原子在工件表面原子组成中的浓度百分比，表示工件表面第j种原子的表面焓，fj表示工件表面第j种原子被真空包围的程度系数，c0表示常数，vj表示工件表面第j种原子在纯净状态下的摩尔体积，m表示工件表面原子组成中原子的种类数；
[0105]
以两种元素的化学组成为例，表面能为：
[0106][0107]
其中，表示表面能，xmyn表示模具表面原子组成，原子x和原子y的数量百分比为m：n，表示原子x在表面原子组成中的浓度，表示原子x的表面焓，f表示表面原子a和b被真空包围的程度系数(如：对合金和非晶玻璃为0.31)，c0表示常数(如：4.5
×
108)，v
x
表示原子x在纯净状态下的摩尔体积，表示原子y在表面原子组成中的浓度，表示原子y的表面焓，vy表示原子y在纯净状态下的摩尔体积。
[0108]
根据模具和玻璃的界面接触界面能，需要计算界面两侧各材料元素之间的相互作用能，所述工件和模具的界面能为：
[0109][0110][0111][0112]
其中，γ
interaction
表示工件和模具的界面能，是模具表面第i种原子被工件表面第j种原子完全包围时的界面焓值，是工件表面第j种原子被模具表面第i种原子完全包围时的界面焓值，c0表示常数，界面相互作用能γ
interaction
通过将所有可能的元素相关作用能求和得到，这里不再举证。
[0113]
根据所述拉伸粘附力值，确定黏附应力值。黏附应力值为：
[0114][0115]
其中，σ表示黏附应力值，f
ad
表示拉伸粘附力值，a
de
表示变形后工件脱模前和模具的名义接触面积，这里的拉伸粘附力值采用拉伸粘附力的最大值。
[0116]
经过多次调整温度、模压力、保压时间、气体环境等参数，可以得到多组数据，基于这些数据，建立黏附性和模压参数之间的定量关系。从而可以减少界面黏附对模具和工件表面质量的影响提供帮助，进而实现多尺度(如纳米微阵列)精密热塑性元器件制造。本发明方法可适用于广泛的多尺度的热塑性成型加工中的工件和模具界面黏附性的定量表征。
[0117]
所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其特征在于，所述粘附应力值和模压参数的定量关系为：
[0118][0119]wad
＝γ
mold
+γ
glass-γ
interaction
[0120][0121]
其中，σ表示黏附应力值，a
de
为变形后工件脱模前和模具的名义接触面积，w
ad
表示
参考温度t
ref
条件下的热力学黏附功，αd为表面缺陷参数，ra表示粗糙度，ra
ref
表示参考粗糙度，t表示模压温度值，p表示模压力值，t为保压时间，t
ref
表示参考温度，p
ref
表示参考压力，t
ref
为参考保压时间，k为比例系数，a，b，c表示系数，γ
mold
表示模具表面能，γ
glass
表示工件表面能，γ
interaction
表示工件和模具的界面能，即工件与模具之间的界面张力。
[0122]
具体实施例一
[0123]
精密玻璃模压成型中，工件和模具间的界面黏附产生在物理脱模阶段。对于较宽温度范围内的界面分离状态，利用界面分离力及黏附应力能够直接反映出脱模时的黏附强度及气体环境、温度和压力、涂层对界面黏附的影响。
[0124]
首先，清洁工件后放置在下模具表面，然后向腔室内充入ar气，并保持20min，以确保整个腔室都处于稳定的气体环境。随后，腔室内的加热装置开始以1.5℃/s升温，使整个腔室温度达到指定温度，然后保温10min，使腔室温度达到均匀状态。接着，上模具下移，达到设定的预设成型力值。在3min内保持成型力不变，使工件有充足的应力弛豫时间。之后，以1μm/s的移动速度使模具和工件分离，最后，整个腔室以0.3℃/s的降温速率降温至25℃，以取出工件，并通过表面特征观测装置进行表征。
[0125]
根据实验输出的拉伸粘附力值、模具表面能、工件表面能、工件与模具的界面能、变形后工件脱模前和模具的名义接触面积、温度值、保压时间、模压力值以及表面缺陷参数，建立黏附应力值和模压参数之间的定量关系。黏附力值利用力传感器进行检测，温度可使用热电偶法进行记录，微观表面缺陷利用扫描电子显微镜和3d轮廓仪等进行统计。
[0126]
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，其特征在于，包括：热模压成型装置以及表面特征观测装置；所述热模压成型装置包括：温控器，内部形成腔室；下模具，设置于所述腔室内，并形成放置工件的放置位；上模具，位于所述腔室内；压杆，与所述上模具连接并延伸至腔室外；力传感器，与所述压杆连接，并用于检测所述工件和所述上模具界面分离时的拉伸粘附力值；温度传感器，用于所述腔室内的温度；其中，所述表面特征观测装置用于检测所述工件和所述上模具界面分离后黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数α
d
。2.根据权利要求1所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，其特征在于，所述表面特征观测装置包括：扫描电子显微镜，3d轮廓仪，原子力显微镜中的至少一种。3.根据权利要求1所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，其特征在于，所述表面缺陷参数包括：粗糙度与参考粗糙度的差值百分比；所述分布形式参数包括：散点分布参数、岛状聚集参数、线状流动参数、褶皱伴随的面覆盖参数中的至少一种，每种分布形式参数包括：黏附残留的分布尺寸、黏附残留的面积百分比以及黏附残留的分布形态。4.根据权利要求1-3任意一项所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，其特征在于，所述工件为热塑性工件，所述热塑性工件包括：玻璃工件、塑料工件、金属工件中的至少一种。5.一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4任意一项所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统，所述表征方法包括步骤：将工件放在下模具上，并将上模具和下模具分别抵接在所述工件的两侧；向腔室中充入惰性气体，通过温控器控制腔室内的温度进行升温和保温；对所述工件进行模压，以得到保压时间，并通过力传感器检测模压力值；对所述工件进行脱模，并通过所述力传感器检测所述工件和所述上模具界面分离时的拉伸粘附力值，通过温度传感器检测温度值；通过温控器控制腔室内的温度进行冷却；取出所述工件，并通过表面特征观测装置检测所述工件和所述上模具界面分离后黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数，并确定变形后工件脱模前和模具的名义接触面积；确定模具表面能、工件表面能以及模具与工件的界面能，并根据所述拉伸粘附力值和所述变形后工件脱模前和模具的名义接触面积，确定黏附应力值；根据所述黏附应力值、所述模具表面能、所述工件表面能、所述工件与模具的界面能、所述变形后工件脱模前和模具的名义接触面积、所述温度值、所述保压时间、所述模压力值以及所述表面缺陷参数，建立粘附应力值和模压参数的定量关系。
6.根据权利要求5所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其特征在于，所述模具表面能为：其中，γ
mold
表示模具表面能，表示模具表面第i种原子在模具表面原子组成中的浓度百分比，表示模具表面第i种原子的表面焓，f
i
表示模具表面第i种原子被真空包围的程度系数，c0表示常数，v
i
表示模具表面第i种原子在纯净状态下的摩尔体积，n表示模具表面原子组成中原子的种类数；所述工件表面能为：其中，γ
glass
表示工件表面能，表示工件表面第j种原子在工件表面原子组成中的浓度百分比，表示工件表面第j种原子的表面焓，f
j
表示工件表面第j种原子被真空包围的程度系数，v
j
表示工件表面第j种原子在纯净状态下的摩尔体积，m表示工件表面原子组成中原子的种类数；所述工件和模具的界面能为：所述工件和模具的界面能为：所述工件和模具的界面能为：其中，γ
interaction
表示工件和模具的界面能，是模具表面第i种原子被工件表面第j种原子完全包围时的界面焓值，是工件表面第j种原子被模具表面第i种原子完全包围时的界面焓值。7.根据权利要求6所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其特征在于，所述黏附应力值为：其中，σ表示黏附应力值，f
ad
表示拉伸粘附力值，a
de
表示变形后工件脱模前和模具的名义接触面积。8.根据权利要求7所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其特征在于，所述粘附应力值和模压参数的定量关系为：
w
ad
＝γ
mold
+γ
glass-γ
interaction
其中，w
ad
表示参考温度t
ref
条件下的热力学黏附功，α
d
为表面缺陷参数，ra表示粗糙度，ra
ref
表示参考粗糙度，t表示模压温度值，p表示模压力值，t为保压时间，t
ref
表示参考温度，p
ref
表示参考压力，t
ref
为参考保压时间，k为比例系数，a，b，c均表示系数。9.根据权利要求5-8任意一项所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其特征在于，在对所述工件进行模压的过程中，控制所述上模具和所述下模具相对移动，以使所述模压力值达到预设成型力值，并在保压时间内保持模压力值不变。10.根据权利要求5-8任意一项所述的热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征方法，其特征在于，在对所述工件进行脱模的过程中，通过位移采集器采集所述上模具或所述下模具的位移值，以使所述上模具或所述下模具的移动速度恒定。

技术总结
本发明公开了一种热模压成型中工件和模具界面粘附性的表征系统及方法，表征系统包括：热模压成型装置以及表面特征观测装置；热模压成型装置包括：温控器、下模具、上模具、压杆、力传感器以及温度传感器；表面特征观测装置用于检测工件和上模具界面分离后黏附残留的分布形式参数以及表面缺陷参数。热模压成型装置用于检测工件脱模过程中脱模参数，表面特征观测装置用于检测脱模后的工件的表面特征参数，可以通过脱模参数和表面特征参数建立黏附性和模压参数之间的定量关系，能定量测量和表征热模压成型中工件和模具界面粘附性，为热模压成型工艺设计提供帮助。模压成型工艺设计提供帮助。模压成型工艺设计提供帮助。


技术研发人员：章亮炽 赵晗晗 李真
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/10/15