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塑料模具设计热分析.doc

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注塑模具的设计及热分析作者姓名等等机械及制造工程系,马来西亚博特拉大学,43400 沙登,雪兰莪州,马来西亚摘要本文介绍了针对在模具的生产制造过程中热残余应力的影响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。
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