塑料模具设计热分析.doc
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4、进行的模具试片的翘曲变形和热分析测试来进行塑料注射模设计。这项在塑料注射模具设计中需要被考虑到的技术,理论,方法被呈现了出来。模具的设计使用商用电脑辅助设计软件Unigraphics的13.0版本。对于热残余应力模型分析,由于在分析和解决试样的不均匀冷却性时需要使用商用有限元分析软件,LUSAS分析师的13.5版本。该软件提供了通过塑料注射成型周期为模型温度分布和温度变化绘制等高线图的时间响应曲线。该结果表明,收缩可能会在不久后发生相对过冷的冷却通道的地区。这种不平衡的冷却效果在模具的不同地区导致翘曲。关键词:注塑模具,设计,热分析1。简介 塑料业是世界上发展最快的市场产业之一,也是跻身于数十
5、亿美元的产业之一。几乎每一个在日常生活中使用的产品都涉及使用塑料,这些产品大部分的生产都采用了塑料注射成型的方法1。 塑料注塑成型工艺是以较低的成本创建具有复杂几何形状和不同的产品著称的制造工艺2。注塑成型过程是一个循环过程。有四个进程的重要阶段。这些阶段是填充,包装,冷却和喷射。注塑成型过程开始从料斗填充树脂和适当的添加剂,以加热/注塑的方式在注塑成型注塑机系统成型3。这就是“灌浆期“,在合适的注射温度下用热聚合物熔体充满模具型腔。之后的型腔是在“成型阶段“,更多的聚合物熔体进入型腔成型,随着聚合物固化收缩增加更高的压力补偿。其次是“冷却期“,其中模具冷却,直到塑件达到足够的刚性弹出。最后一
6、步是“弹出阶段“中,打开模具和零件塑件被弹出,之后,模具再次关闭,开始新的周期4。 设计和制造注塑成型聚合物与所需的属性部分是一个代价高昂的过程,占主导地位的是经验主义,包括反复修改实际模具。在模具的设计任务中,设计具体的模具的几何形状,而通常在核心方面,是相当复杂烦闷的工程项目纳入5。 为了设计一个模具,许多重要的设计因素必须加以考虑。这些因素是模具大小,型腔,型腔布局,转轮系统的数目,门控系统,收缩和弹射系统6。而模具的热分析,其主要目的是分析热残余应力的效果或强调模内对产品具体的尺寸要求。导致冷却阶段期间成型零件热应力的产生,主要是由于其低热量的而导致熔融树脂和模具的电导率和温度之间的差
7、异。以及围绕产品在冷却腔存在不均匀的温度场7。在冷却过程中,靠近冷却通道的地方受冷比位置远离冷却通道的地方要明显。这种不同温度条件使塑料收缩异常造成热应力残余。明显的热应力可导致翘曲变形问题。因此,重要的是要模拟注塑部分在热残余应力场期间发生的冷却阶段8。通过了解热应力分布的特点,预测热变形引起的残余应力。本文的通过对因热应力产生翘曲变形的的试片分析,以获取有关的模具热效应数据来指导进行塑料注射模设计,2 方法论2.1 试片翘曲设计本节说明了翘曲测试设计标准将用于塑料注塑模具。很明显这翘曲的主要问题存在于具有薄壳结构的产品中,因此,该产品的主要用途发展是设计塑料零件,用于确定在一个注塑翘曲问题
8、的有效因素来塑造一部分薄壳结构。试片的翘曲研究是从薄塑料外壳开始。试样的整体尺寸为120mm长,宽度50mm ,厚度1mm。该用于生产翘曲试片用的材料是丙烯腈丁二烯(ABS)。注射温度,时间和压力分别为210,3秒和60MPa,图1显示了翘曲测试用的试样。 图1 .翘曲变形测试标本。2.2 注塑模设计翘曲试片本节描述了考虑了设计方面和其他方面而设计的模具生产翘曲测试标本。用于生产塑料注射模具试件翘曲测试所使用的材料是AISI1050碳钢。四个关于模具设计的概念包括:1 三板模具(概念一)有两个分型面和单型腔。不适用的原因是成本高。2 双板模具(概念2)有一分型面与单型腔无浇注系统。不适用的原因
9、是每次注射量低,生产量低。3。双板模具(概念3)有一分型面与同门控喷射系统和双蛀牙。不适用的原因是因为顶针可能会损坏本产品,该产品太薄。4 双板模具(概念4)有一分型面与门控系统,双型腔只用了浇道拉出作为喷射法,以避免产品在弹出时受伤害。 在试片的翘曲模具设计,第四个设计概念已得到应用。各种设计考虑在设计中得到应用。首先,在模具设计的基础上压板尺寸在注塑机上使用(BOY 22D)。由于受这台机器的限制,这是最大面积滚筒机,给出了两个拉杆之间的距离。机之间的拉杆距离254mm。 因此,模具板最大宽度应不能超过这个距离。此外,4mm的空间被保留是考虑到两个拉杆模具和模具设置和处理的目的。这使最终最
10、大宽度为250mm模具。标准的模具底座采用的是250 250mm。模具底座安装在机器使用在右上角夹和较低的模具基地或模具左上角压板。尺寸和其他相关模具数据见表1。模具设计都是采用夹紧压力来使得锁模力大于内部空腔力(反作用力),以避免发生闪烁。 但根据规定的设置标准模具尺寸,宽度和高度的核心板分别为200和250毫米,。这些尺寸的两腔设计启用核心板水平放置,使其具有足够的空间,而板腔体为空,这是出于固定与浇口进料熔化的塑料套管的目的。因此,只有一个标准分型面是在产品的表面设计。 表1模具版尺寸元件尺寸 宽高厚(毫米)顶部夹板腔板250 250 25核心板200 250 40侧板/支撑板37 25
11、0 70喷射器,固定板120 250 15推板120 250 20底部夹板250 250 25 产品和流道被释放,通过在模具分型面开飞机。标准或侧门是专为这个模具而设计的。闸门位于流道之间和产品。底部位于地面的闸门被设计为拥有20倾斜,并且只有0.5mm的厚度,是为了便于去除闸门的目的。 闸门还设计有4mm的宽度和厚度为0.5mm对于熔融塑料的入口。在模具设计中,抛物型断面流道被选中,因为它具有简单的一模一半加工优势,这是这整个过程的核心。然而,这种类型的转轮的缺点和废钢圆形截面相比是存在更多的热量损失。这可能导致熔化的塑料固化速度更快。这个问题的解决方法是采用短流道,并且是流道具有更大的直径
12、,这里用的流道是6毫米直径。重要的是,流道分配设计采用的材料或熔融的塑料,同时对型腔产生同样的压力和温度。由于这一点,型腔设计布局采用对称形式。 另一个设计方面是考虑到了通风孔设计。核心板之间的接触面和腔板具有非常精加工,以防止闪烁的发生。不过,这可能导致空气陷阱在型腔模具时关闭,造成短射或不完整的一部分。充足的空气通风口,旨在确保空气漏洞可以被释放,以避免不完整的部分产生。 冷却系统是沿长度腔,位于横向到模具,让塑件冷却。这些冷却通道上都钻了腔和核心板。提供足够的冷却通道冷却中的湍流情况下模具。图 2显示腔布局与通风孔和冷却渠道核心板。 图2 型腔布局与通风孔和冷却通道。 在这种模具设计,弹
13、射系统仅包含喷射器固定板,浇道拉,也是推板。浇道拉在核心板中心并非位于只为拉功能的产品保持恰当的位置当模具打开,但它也是喷射器的行为,推动弹射过程中阶段的模具产品了。没有额外喷射器是在产品使用或残缺,因为位于该产品生产的非常薄,即1毫米。额外的喷射器在产品可能会造成洞腔面积和破坏在弹出的产品。 最后,尺寸足够的宽度是考虑补偿材料的收缩。图 3显示了利用Unigraphics软件三维实体建模以及线框造型的模具开发。 图3 三维实体造型和线框模型的模具3。结果与讨论3.1。结果产品的生产和改装从模具设计和制作的翘曲试件在成型期间产生的一些缺陷运行。该缺陷是短射,闪光和翘曲。该短射随后消除额外的铣削
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