注塑模熱分析外文翻譯譯文--注塑模具的設(shè)計和熱分析 （節(jié)選）

1、<p><b>　　中文4110字</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p><b>　　譯文及原稿</b></p><p>　譯文題目：注塑模具的設(shè)計和熱分析</p><p>　原稿題目：Design and thermal an

2、alysis of plastic injection mould</p><p>　原稿出處：S.H.Tang, Y.M.Kong, S.M.Sapuan, etc. Journal of Materials Processing Technology [J], 2006, (171)259 – 267.</p><p>　　注塑模具的設(shè)計和熱分析</p><p>

3、;<b>　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了注塑模具的設(shè)計生產(chǎn)翹曲測試試樣，以及分析了在模具執(zhí)行中模具的熱殘余應(yīng)力的影響。技術(shù)、理論、方法以及考慮，需要在設(shè)計的注塑模具中體現(xiàn)出來。在模具設(shè)計的過程中，使用國標庫商業(yè)計算機輔助設(shè)計軟件，13.0版本。熱殘余應(yīng)力分析的模型由于不均勻冷卻的樣品開發(fā)和解決，使用商業(yè)有限元分析軟件稱為lusa分析師，13.5版。該軟件提供了等高線圖模型的

4、溫度分布以及溫度變化通過注塑成型周期策劃時間響應(yīng)曲線。結(jié)果表明，與其他地區(qū)相比收縮可能出現(xiàn)在該地區(qū)附近的冷卻通道。這種不均勻冷卻效應(yīng)在模具不同地區(qū)導(dǎo)致翹曲。</p><p>　　關(guān)鍵詞：注塑模具 設(shè)計 熱分析</p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　塑料工業(yè)是世界上增長最快的行業(yè)之一，被列為為數(shù)不多的數(shù)十億美元的

5、產(chǎn)業(yè)。幾乎每一個在日常生活中所使用的產(chǎn)品包括塑料的使用，大多數(shù)這些產(chǎn)品都是由塑料注射成型方法[1]。眾所周知，塑料注射成型過程是以低成本制造過程，來創(chuàng)建產(chǎn)品與各種形狀和復(fù)雜幾何[2]。</p><p>　　塑料注射成型是一個循環(huán)的過程。在這個過程中有四個重要階段。這些階段是加料、保壓、冷卻、脫模。塑料注塑成型加工首先是往注射機料斗中添加樹脂和適當“保壓階段”，更高壓力下更多的聚合物熔體裝入型腔，以補償前期聚合物凝

6、固引起的收縮。緊隨其后的是“冷卻階段”，模具冷卻，直到被驅(qū)逐的部分有足夠剛性。最后一步是“脫模階段”的模具是開啟的，一部分是頂出，這模具關(guān)閉后再開始下一個循環(huán)[4]。</p><p>　　事實證明，注射成型聚合物部分的設(shè)計和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一個昂貴的工程，包括實際的重復(fù)修改和加工。在模具設(shè)計的任務(wù)，設(shè)計模具明確附加幾何結(jié)構(gòu)，在核心方面，通常包含相當復(fù)雜的投影和洼地效應(yīng)[5]。</p>

7、<p>　　為了設(shè)計一個模具，設(shè)計必須考慮許多重要的因素。這些因素是模具的大小，空腔的數(shù)量，空腔布局，流道系統(tǒng)、澆口系統(tǒng)、收縮和頂出機構(gòu)[6]。</p><p>　　模具熱分析的主要目的是分析影響殘余熱應(yīng)力或壓力對產(chǎn)品尺寸的影響。熱誘導(dǎo)應(yīng)力主要是發(fā)生在注射模制品的冷卻階段，主要是由于其低導(dǎo)熱系數(shù)和熔融樹脂與模具之間的溫差。在冷卻期間產(chǎn)品的冷卻腔周圍溫度存在不均衡[7]。</p><

8、;p>　　在冷卻時，冷卻通道附近位置的冷卻時間比位置遠離冷卻通道的冷卻快。這不同的溫度使物質(zhì)體驗不均勻收縮導(dǎo)致熱應(yīng)力。顯著的熱應(yīng)力可以產(chǎn)生翹曲問題。因此,在冷卻階段對注射工件進行殘余熱應(yīng)力模擬分析是非常重要的[8]。通過了解熱應(yīng)力分布的特點，熱殘余應(yīng)力引起的變形可以預(yù)測。</p><p>　　本文的設(shè)計注塑模具生產(chǎn)翹曲測試試樣進行熱分析，模具的熱殘余應(yīng)力的影響在模具執(zhí)行中分析。</p><

9、;p><b>　　2方法</b></p><p>　　2.1翹曲測試試樣的設(shè)計</p><p>　　本節(jié)說明了翹曲測試試樣的設(shè)計中使用塑料注塑模具。很明顯,翹曲的主要問題存在于產(chǎn)品的薄殼特性。因此，產(chǎn)品開發(fā)的主要目的是設(shè)計一個塑料零件，確定翹曲問題的有效因素與薄殼注射模塑法的組成部分。</p><p>　　翹曲測試試樣是薄殼塑料。樣本的總

10、體尺寸120 毫米長度、寬度50 毫米 和厚度。材料用于生產(chǎn)翹曲測試試樣是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，注射溫度、持續(xù)時間和壓力分別為210℃，3 s和60 mpa。圖2.1顯示了翹曲測試試樣。</p><p>　　圖2.1 產(chǎn)生翹曲測試試樣</p><p>　　2.2設(shè)計翹曲測試試樣注塑模具</p><p>　　本節(jié)描述設(shè)計方面和其他因素參與設(shè)計模具產(chǎn)生

11、翹曲測試試樣。材料用于生產(chǎn)注塑模具翹曲測試試樣是符合美國鋼鐵協(xié)會的1050碳鋼。</p><p>　　在設(shè)計的模具時要考慮的四個設(shè)計概念，包括:</p><p>　　（1）三板模（概念1）一穴兩分型面。由于高成本，不適用。</p><p>　?。?）二板模（概念2）一穴一分型面，沒有澆注系統(tǒng)。由于由于單位時間內(nèi)注射生產(chǎn)量低，不適用。</p><p

12、>　?。?）二板模（概念3）有一個分型面和兩個型腔，有澆注和頂出系統(tǒng)。因為工件屬于薄壁，頂桿可能會損壞工件，所以不適用。</p><p>　?。?）二板模 (概念4)有澆注系統(tǒng)與雙腔分型面控制系統(tǒng)，只用拉料桿作為頂出機構(gòu)，避免產(chǎn)品損壞。</p><p>　　在設(shè)計模具的翹曲測試試樣,第四個設(shè)計理念被應(yīng)用。各種設(shè)計因素考慮被應(yīng)用于設(shè)計。</p><p>　　首先

13、，根據(jù)注塑機使用的壓板尺寸設(shè)計模具。注塑機行程是有限的，通過兩個拉桿間的距離確定注射機的最大行程。注射機兩個拉桿間的有效距離為254mm，因此，最大模板寬度不應(yīng)超過254mm這個距離。此外在模具和兩連桿中留出4mm的間隙便于模具的拆裝。這最終使模具最大寬度250mm。250X250的標準模架最終被使用。模架是通過馬德克斯機器夾在機器的右上角和左下角的模座或模具壓板上的。其他相關(guān)模具板尺寸如表2.1所示。</p><p

14、><b>　　表2.1模具板尺寸</b></p><p>　　模具在設(shè)計的時候已經(jīng)設(shè)計夾緊力，在鎖模力高于內(nèi)部腔力(反作用力),來避免發(fā)生閃爍。</p><p>　　基于所提供的標準模架的尺寸，核心板的寬度和高度分別是200和250毫米。這些尺寸使兩腔的設(shè)計核心板水平放置有足夠的空間,而空腔板，只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。因此，它只有一個標準的分型

15、面設(shè)計在產(chǎn)品的表面。在開模的時候，塑件和流道在分型面上被分開。</p><p>　　這個模具有直接澆口或側(cè)澆口設(shè)計。澆口位于流道和塑件之間。澆口底部設(shè)計了一個20°的錐角斜度和0.5mm的壁厚是為了方便去除澆冒口的目的。為了熔融塑料的流入，還設(shè)計了4mm寬，0.5mm厚的澆口。</p><p>　　在模具設(shè)計中,選中拋物線截面類型的分流道,因為它的優(yōu)點是只需要簡單加工模具核心板部

16、分。然而，這種類型的分流道也有缺點，例如更多的熱量損失和廢料與圓形截面類型這可能導(dǎo)致熔融塑料固化速度更快。為了降低了這個設(shè)計問題難度的方法是分流道的縮短并擴大流道的直徑,直徑至少是6毫米。</p><p>　　值得注意的是，分流道分發(fā)材料或熔融塑料在成腔同時必須在相同的壓力和相同的溫度下。由于這一點,腔布局被設(shè)計成對稱形式。</p><p>　　另一個設(shè)計方面考慮是空氣通風設(shè)計。核心板和空

17、腔之間的嚙合面板有很好的修整為了防止閃爍。然而，這可能會導(dǎo)致空氣封閉在腔內(nèi)，模具關(guān)閉,導(dǎo)致注射不足或不完整的部分。足夠的通氣孔設(shè)計，確保封閉在腔內(nèi)的空氣可以被釋放，以避免塑件不完整部分的發(fā)生。</p><p>　　為了讓冷卻更均勻，冷卻系統(tǒng)沿著模具型腔水平設(shè)置。這些冷卻通道連通著空腔和核心板。在紊流的情況下，冷卻通道提供足夠的冷卻模具。圖2.2顯示了腔布局與通風口和冷卻通道在核心板。</p><

18、;p>　　圖2.2腔布局與通風口和冷卻通道</p><p>　　在這個模具設(shè)計,頂出系統(tǒng)只包括推桿固定板、拉料桿和澆口套。拉料桿位于核心板的中心位置，在模具打開時不僅承擔拉著塑件到適當?shù)奈恢?，而且在頂出階段，作為推桿從模具中推出塑件。因為生產(chǎn)的產(chǎn)品非常薄的，僅有1毫米，所以沒有額外推桿被使用或設(shè)置。在頂出階段額外的推桿可能會造成塑件產(chǎn)生孔或破壞塑件。</p><p>　　最后，考慮到

19、足夠的尺寸公差，補償收縮的材料。圖2.3展示了三維實體建模以及模具使用國標庫開發(fā)的線框建模。</p><p>　?。ǎ幔┤S實體建?！　　　　　　　　　　　　　　。ǎ猓┚€框建?！　　　?lt;/p><p>　　圖2.3 三維實體建模和線框建模的模具</p><p><b>　　3結(jié)果與討論</b></p><p>　　3.1

20、 塑件生產(chǎn)和修整的結(jié)果</p><p>　　從模具設(shè)計和制造的角度看，翹曲測試標本制作試運行期間存在一些缺陷。缺陷是注射不足，閃爍和翹曲。閃爍后來通過在型腔角上銑削額外的氣孔讓空氣排除的方法解決。同時，降低了注塑機的壓力來減少閃爍。翹曲可以通過控制各種參數(shù)進行控制，如注射時間、注射溫度和熔化溫度。</p><p>　　這些修改之后，模具生產(chǎn)高質(zhì)量的翹曲測試試樣并且低成本，需要小去除澆冒口完

21、成。圖3.1顯示了模具的修改,這是額外的通風口的加工，可以消除注射不足。</p><p>　　圖3.1 額外的通風口,以避免注射不足</p><p>　　3.2 模具及產(chǎn)品的詳細分析</p><p>　　模具開發(fā)和產(chǎn)品后,模具和產(chǎn)品進行了分析。在注塑成型過程中,熔融ABS在210 ℃溫度下通過凹模上的澆口襯套直接注射到模具型腔，冷卻后,形成的產(chǎn)品。塑件一個生產(chǎn)周期大

22、約需要35秒，包括20秒的冷卻時間。</p><p>　　用于生產(chǎn)翹曲測試試樣的材料是ABS在注射溫度、時間和壓力分別210?C，3 s和60 mpa。模具材料的選擇是符合美國鋼鐵協(xié)會的1050碳鋼。</p><p>　　這些材料的特性是重要的在確定模具的溫度分布進行了有限元分析。表3.1顯示了ABS的屬性和符合美國鋼鐵協(xié)會的1050碳鋼。</p><p>　　表3

23、.1 模具及產(chǎn)品材料特性</p><p>　　分析模具的關(guān)鍵部分是凹模和凸板，因為這些都是塑件形成的地方。因此,熱分析研究了不同時段溫度的分布，使用商業(yè)有限元分析軟件執(zhí)行被稱為lusa分析，13.5版。使用二維(2 d)熱分析研究熱殘余應(yīng)力在不同的地區(qū)對模具的影響。</p><p>　　由于對稱性,，只要通過凸模的垂直斷面或在注射階段當凸凹模合在一起時的側(cè)面圖建立模型執(zhí)行熱分析。圖3.2顯

24、示了熱分析模型分析了不規(guī)則的嚙合。</p><p>　　圖3.2 熱分析的模型</p><p>　　建模的模型還包括分配各個部分屬性和過程或模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進行分析，還可以繪制時間響應(yīng)曲線顯示在某段時間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。</p><p>　　對試樣分析，二維拉伸應(yīng)力分析使用lusa分析，13.5版。。一般只需在試樣的一端

25、施加拉緊力，另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達塑性極限。圖3.3顯示了加載模型的分析。</p><p>　　圖3.3 加載模型分析產(chǎn)品</p><p>　　3.3 結(jié)果和討論模具和產(chǎn)品分析</p><p>　　對于模具分析，在不同的時間間隔熱分布。圖3.4顯示了二維熱分析的等高線，或熱量分布在不同的時間間隔在一個完整的塑料注塑周期。</p>&l

26、t;p>　　圖3.4 等高線圖的熱量分布在不同的時間間隔</p><p>　　模具的二維分析、時間響應(yīng)圖繪制，分析熱殘余應(yīng)力對產(chǎn)品的影響。圖3.4顯示了節(jié)點選擇繪圖時間響應(yīng)圖。</p><p>　　圖像文件9-17顯示溫度分布曲線為不同的節(jié)點圖3.4中所示。</p><p>　　從圖像文件9-17溫度分布圖形繪制，很明顯，每個節(jié)點選擇圖表繪制經(jīng)歷溫度的增加,即

27、從環(huán)境溫度在一定溫度高于環(huán)境溫度,然后在該溫度下保持常數(shù)的一段時間。這種溫度的增加是由于熔融塑料的注塑到了塑件的空腔內(nèi)。</p><p>　　一段時間后，然后進一步增加溫度達到最高溫度，然后溫度保持恒定。溫度的增加是由于保壓階段,涉及高壓，導(dǎo)致溫度增加。這個溫度保持不變，直到冷卻階段開始，導(dǎo)致降低模具溫度降到一個較低的值,并保持這個值。圖表繪制不平滑由于輸入熔融塑料的填充率以及冷卻劑的冷卻速率不相對應(yīng)。圖表繪制只