点胶阀撞针磨损失效机理与寿命预测研究

doi:10.3901/JME.2025.21.355

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (21): 355-364.doi: 10.3901/JME.2025.21.355

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点胶阀撞针磨损失效机理与寿命预测研究

刘水清^1,2, 徐浩然¹, 付锦园¹, 韩旭^1,2

1. 河北工业大学河北省跨尺度智能装备技术重点实验室天津 300401;
2. 河北工业大学机械工程学院天津 300401

收稿日期:2024-12-01 修回日期:2025-04-25 发布日期:2025-12-27
作者简介:刘水清，女，1989年出生，博士，副教授，硕士研究生导师。主要研究方向为材料/结构可靠性及失效机理。E-mail：shqliu@hebut.edu.cn
徐浩然，男，2000年出生，硕士研究生。主要研究方向为材料/结构可靠性与失效机理。E-mail：13662071336@163.com
付锦园，男，1998年出生，硕士研究生。主要研究方向为冲击微动磨损。E-mail：fjy18238941292@163.com
韩旭(通信作者)，男，1968年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为复杂装备先进设计理论与方法。E-mail：xhan@hebut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金青年基金(52205260, 52575278)、河北省自然科学基金面上(E2024202190)和教育部“春晖计划”合作科研(HZKY20220253)资助项目。

Research on the Wear Failure Mechanism and Life Prediction of Dispensing Valve Needles

LIU Shuiqing^1,2, XU Haoran¹, FU Jinyuan¹, HAN Xu^1,2

1. Key Laboratory of Hebei Province on Scale-span Intelligent Equipment Technology, Hebei University of Technology, Tianjin 300401;
2. School of Mechanical Engineering, Hebei University of Technology, Tianjin 300401

Received:2024-12-01 Revised:2025-04-25 Published:2025-12-27

摘要/Abstract

摘要： 微电子技术被视为电子信息产业的“心脏”，随着产品微型化和集成化程度提高，芯片粘结部位小至微米级，意味着微电子封装时点胶位置精度及胶滴一致性需达到微升甚至纳升级。点胶阀核心零部件撞针磨损畸变导致使役寿命降低是其主要故障模式。基于此，通过开展撞针亿次周期内循环点胶实验和微结构表征分析，揭示撞针冲击微动磨损机理；构建撞针冲击微动磨损模型，通过动力学仿真分析撞针磨损过程中冲击力和位移的变化趋势，结合流体动力学探明撞针磨损对点胶一致性的影响规律；依据点胶精度要求确定失效阈值，通过磨损模型实现对点胶阀撞针使役寿命的精准预测，降低点胶阀检测与维护成本，为国产高可靠性长寿命点胶机器人的寿命预测提供理论依据和技术支撑。

关键词: 点胶阀撞针, 冲击微动磨损, 流体动力学, 寿命预测

Abstract: Microelectronic technology is the cornerstone of the electronic information industry. As products become increasingly miniaturized and integrated, the bonding areas of chips have reduced to the micrometer scale, demanding dispensing position accuracy and glue droplet consistency at the microliter and even nanoliter levels. The wear and distortion of the impact needle, a critical component of the dispensing valve, are the primary failure modes leading to a reduction in the service life of the valve. To address these issues, a cyclic dispensing experiment involving hundreds of millions of cycles is conducted, alongside microstructural characterization analysis. The experiment aimed to elucidate the fretting wear mechanisms of the needle under impact conditions. A fretting wear model for the needle is developed, and dynamic simulations are used to analyze the trends in impact force and displacement during the wear process. Principles of fluid dynamics are integrated to clarify the influence of needle wear on dispensing consistency. Based on the requirements for dispensing accuracy, a failure threshold is defined, enabling precise prediction of the dispensing valve needle lifespan through the wear model. This approach reduces detection and maintenance costs for dispensing valves and provides a theoretical foundation and technical support for the lifespan prediction of domestically produced, high-reliability, long-life dispensing robots.

Key words: dispensing valve needle, impact fretting wear, fluid dynamics, life prediction

中图分类号:

TG156

刘水清, 徐浩然, 付锦园, 韩旭. 点胶阀撞针磨损失效机理与寿命预测研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(21): 355-364.

LIU Shuiqing, XU Haoran, FU Jinyuan, HAN Xu. Research on the Wear Failure Mechanism and Life Prediction of Dispensing Valve Needles[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(21): 355-364.

参考文献

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点胶阀撞针磨损失效机理与寿命预测研究

Research on the Wear Failure Mechanism and Life Prediction of Dispensing Valve Needles

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