注塑模热分析外文翻译.docx

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注塑模热分析外文翻译

毕业设计（论文）

译文及原稿

译文题目：

注塑模具的设计和热分析

原稿题目：

Designandthermalanalysisofplasticinjectionmould

原稿出处：

S.H.Tang,Y.M.Kong,S.M.Sapuan,etc.JournalofMaterialsProcessingTechnology[J],2006,（171）259–267.

注塑模具的设计和热分析

摘要

本文介绍了注塑模具的设计生产翘曲测试试样，以及分析了在模具执行中模具的热残余应力的影响。

技术、理论、方法以及考虑，需要在设计的注塑模具中体现出来。

在模具设计的过程中，使用国标库商业计算机辅助设计软件，13.0版本。

热残余应力分析的模型由于不均匀冷却的样品开发和解决，使用商业有限元分析软件称为lusa分析师，13.5版。

该软件提供了等高线图模型的温度分布以及温度变化通过注塑成型周期策划时间响应曲线。

结果表明，与其他地区相比收缩可能出现在该地区附近的冷却通道。

这种不均匀冷却效应在模具不同地区导致翘曲。

关键词：

注塑模具设计热分析

1前言

塑料工业是世界上增长最快的行业之一，被列为为数不多的数十亿美元的产业。

几乎每一个在日常生活中所使用的产品包括塑料的使用，大多数这些产品都是由塑料注射成型方法[1]。

众所周知，塑料注射成型过程是以低成本制造过程，来创建产品与各种形状和复杂几何[2]。

塑料注射成型是一个循环的过程。

在这个过程中有四个重要阶段。

这些阶段是加料、保压、冷却、脱模。

塑料注塑成型加工首先是往注射机料斗中添加树脂和适当“保压阶段”，更高压力下更多的聚合物熔体装入型腔，以补偿前期聚合物凝固引起的收缩。

紧随其后的是“冷却阶段”，模具冷却，直到被驱逐的部分有足够刚性。

最后一步是“脱模阶段”的模具是开启的，一部分是顶出，这模具关闭后再开始下一个循环[4]。

事实证明，注射成型聚合物部分的设计和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一个昂贵的工程，包括实际的重复修改和加工。

在模具设计的任务，设计模具明确附加几何结构，在核心方面，通常包含相当复杂的投影和洼地效应[5]。

为了设计一个模具，设计必须考虑许多重要的因素。

这些因素是模具的大小，空腔的数量，空腔布局，流道系统、浇口系统、收缩和顶出机构[6]。

模具热分析的主要目的是分析影响残余热应力或压力对产品尺寸的影响。

热诱导应力主要是发生在注射模制品的冷却阶段，主要是由于其低导热系数和熔融树脂与模具之间的温差。

在冷却期间产品的冷却腔周围温度存在不均衡[7]。

在冷却时，冷却通道附近位置的冷却时间比位置远离冷却通道的冷却快。

这不同的温度使物质体验不均匀收缩导致热应力。

显著的热应力可以产生翘曲问题。

因此,在冷却阶段对注射工件进行残余热应力模拟分析是非常重要的[8]。

通过了解热应力分布的特点，热残余应力引起的变形可以预测。

本文的设计注塑模具生产翘曲测试试样进行热分析，模具的热残余应力的影响在模具执行中分析。

2方法

2.1翘曲测试试样的设计

本节说明了翘曲测试试样的设计中使用塑料注塑模具。

很明显,翘曲的主要问题存在于产品的薄壳特性。

因此，产品开发的主要目的是设计一个塑料零件，确定翘曲问题的有效因素与薄壳注射模塑法的组成部分。

翘曲测试试样是薄壳塑料。

样本的总体尺寸120毫米长度、宽度50毫米和厚度。

材料用于生产翘曲测试试样是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），注射温度、持续时间和压力分别为210℃，3s和60mpa。

图2.1显示了翘曲测试试样。

图2.1产生翘曲测试试样

2.2设计翘曲测试试样注塑模具

本节描述设计方面和其他因素参与设计模具产生翘曲测试试样。

材料用于生产注塑模具翘曲测试试样是符合美国钢铁协会的1050碳钢。

在设计的模具时要考虑的四个设计概念，包括:

（1）三板模（概念1）一穴两分型面。

由于高成本，不适用。

（2）二板模（概念2）一穴一分型面，没有浇注系统。

由于由于单位时间内注射生产量低，不适用。

（3）二板模（概念3）有一个分型面和两个型腔，有浇注和顶出系统。

因为工件属于薄壁，顶杆可能会损坏工件，所以不适用。

（4）二板模（概念4）有浇注系统与双腔分型面控制系统，只用拉料杆作为顶出机构，避免产品损坏。

在设计模具的翘曲测试试样,第四个设计理念被应用。

各种设计因素考虑被应用于设计。

首先，根据注塑机使用的压板尺寸设计模具。

注塑机行程是有限的，通过两个拉杆间的距离确定注射机的最大行程。

注射机两个拉杆间的有效距离为254mm，因此，最大模板宽度不应超过254mm这个距离。

此外在模具和两连杆中留出4mm的间隙便于模具的拆装。

这最终使模具最大宽度250mm。

250X250的标准模架最终被使用。

模架是通过马德克斯机器夹在机器的右上角和左下角的模座或模具压板上的。

其他相关模具板尺寸如表2.1所示。

表2.1模具板尺寸

组件

大小（毫米）−宽×高×厚度

顶尖夹紧板

250×250×25

板模

200×250×40

核心板

200×250×40

侧板和支撑板

37×250×70

顶针定位板

120×250×15

顶针板

120×250×20

底部安装板

250×250×25

模具在设计的时候已经设计夹紧力，在锁模力高于内部腔力（反作用力）,来避免发生闪烁。

基于所提供的标准模架的尺寸，核心板的宽度和高度分别是200和250毫米。

这些尺寸使两腔的设计核心板水平放置有足够的空间,而空腔板，只需留有固定浇口套的空间以便注入溶融塑料。

因此，它只有一个标准的分型面设计在产品的表面。

在开模的时候，塑件和流道在分型面上被分开。

这个模具有直接浇口或侧浇口设计。

浇口位于流道和塑件之间。

浇口底部设计了一个20°的锥角斜度和0.5mm的壁厚是为了方便去除浇冒口的目的。

为了熔融塑料的流入，还设计了4mm宽，0.5mm厚的浇口。

在模具设计中,选中抛物线截面类型的分流道,因为它的优点是只需要简单加工模具核心板部分。

然而，这种类型的分流道也有缺点，例如更多的热量损失和废料与圆形截面类型这可能导致熔融塑料固化速度更快。

为了降低了这个设计问题难度的方法是分流道的缩短并扩大流道的直径,直径至少是6毫米。

值得注意的是，分流道分发材料或熔融塑料在成腔同时必须在相同的压力和相同的温度下。

由于这一点,腔布局被设计成对称形式。

另一个设计方面考虑是空气通风设计。

核心板和空腔之间的啮合面板有很好的修整为了防止闪烁。

然而，这可能会导致空气封闭在腔内，模具关闭,导致注射不足或不完整的部分。

足够的通气孔设计，确保封闭在腔内的空气可以被释放，以避免塑件不完整部分的发生。

为了让冷却更均匀，冷却系统沿着模具型腔水平设置。

这些冷却通道连通着空腔和核心板。

在紊流的情况下，冷却通道提供足够的冷却模具。

图2.2显示了腔布局与通风口和冷却通道在核心板。

图2.2腔布局与通风口和冷却通道

在这个模具设计,顶出系统只包括推杆固定板、拉料杆和浇口套。

拉料杆位于核心板的中心位置，在模具打开时不仅承担拉着塑件到适当的位置，而且在顶出阶段，作为推杆从模具中推出塑件。

因为生产的产品非常薄的，仅有1毫米，所以没有额外推杆被使用或设置。

在顶出阶段额外的推杆可能会造成塑件产生孔或破坏塑件。

最后，考虑到足够的尺寸公差，补偿收缩的材料。

图2.3展示了三维实体建模以及模具使用国标库开发的线框建模。

　　　（ａ）三维实体建模　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）线框建模　　　　

图2.3三维实体建模和线框建模的模具

3结果与讨论

3.1塑件生产和修整的结果

从模具设计和制造的角度看，翘曲测试标本制作试运行期间存在一些缺陷。

缺陷是注射不足，闪烁和翘曲。

闪烁后来通过在型腔角上铣削额外的气孔让空气排除的方法解决。

同时，降低了注塑机的压力来减少闪烁。

翘曲可以通过控制各种参数进行控制，如注射时间、注射温度和熔化温度。

这些修改之后，模具生产高质量的翘曲测试试样并且低成本，需要小去除浇冒口完成。

图3.1显示了模具的修改,这是额外的通风口的加工，可以消除注射不足。

图3.1额外的通风口,以避免注射不足

3.2模具及产品的详细分析

模具开发和产品后,模具和产品进行了分析。

在注塑成型过程中,熔融ABS在210℃温度下通过凹模上的浇口衬套直接注射到模具型腔，冷却后,形成的产品。

塑件一个生产周期大约需要35秒，包括20秒的冷却时间。

用于生产翘曲测试试样的材料是ABS在注射温度、时间和压力分别210◦C，3s和60mpa。

模具材料的选择是符合美国钢铁协会的1050碳钢。

这些材料的特性是重要的在确定模具的温度分布进行了有限元分析。

表3.1显示了ABS的属性和符合美国钢铁协会的1050碳钢。

表3.1模具及产品材料特性

碳钢（AISI1050）、模具

ABS聚合物、产品

密度,ρ

7860千克/立方米

密度,ρ

1050千克/立方米

杨氏模量,E

208GPa

杨氏模量,E

2.519GPa

泊松比,ν

0.297

泊松比,ν

0.4

屈服强度,

365.4mpa

屈服强度,

65mpa

抗拉强度,

636mpa

热膨胀,α

65×10−6K−1

热膨胀,α

11.65×10−6K−1

电导率,K

0.135W/（mK）

电导率,K

49.4W/（mK）

比热,c

1250J/K（千克）

比热,c

477J/K（千克）

分析模具的关键部分是凹模和凸板，因为这些都是塑件形成的地方。

因此,热分析研究了不同时段温度的分布，使用商业有限元分析软件执行被称为lusa分析，13.5版。

使用二维（2d）热分析研究热残余应力在不同的地区对模具的影响。

由于对称性,，只要通过凸模的垂直断面或在注射阶段当凸凹模合在一起时的侧面图建立模型执行热分析。

图3.2显示了热分析模型分析了不规则的啮合。

图3.2热分析的模型

建模的模型还包括分配各个部分属性和过程或模型的循环周期。

这样可以用有限元分析软件用造型模拟模具模型进行分析，还可以绘制时间响应曲线显示在某段时间内特定区域的温差变化。

对试样分析，二维拉伸应力分析使用lusa分析，13.5版。

。

一般只需在试样的一端施加拉紧力，另一端则固定住，然后慢慢增加拉力一直到达塑性极限。

图3.3显示了加载模型的分析。

图3.3加载模型分析产品

3.3结果和讨论模具和产品分析

对于模具分析，在不同的时间间隔热分布。

图3.4显示了二维热分析的等高线，或热量分布在不同的时间间隔在一个完整的塑料注塑周期。

图3.4等高线图的热量分布在不同的时间间隔

模具的二维分析、时间响应图绘制，分析热残余应力对产品的影响。

图3.4显示了节点选择绘图时间响应图。

图像文件9-17显示温度分布曲线为不同的节点图3.4中所示。

从图像文件9-17温度分布图形绘制，很明显，每个节点选择图表绘制经历温度的增加,即从环境温度在一定温度高于环境温度,然后在该温度下保持常数的一段时间。

这种温度的增加是由于熔融塑料的注塑到了塑件的空腔内。

一段时间后，然后进一步增加温度达到最高温度，然后温度保持恒定。

温度的增加是由于保压阶段,涉及高压，导致温度增加。

这个温度保持不变，直到冷却阶段开始，导致降低模具温度降到一个较低的值,并保持这个值。

图表绘制不平滑由于输入熔融塑料的填充率以及冷却剂的冷却速率不相对应。

图表绘制只显示周期内温度可以达到的最大值。

热残余应力分析最关键的阶段是在冷却阶段。

这是因为冷却阶段使材料从上面到下面冷却到低于玻璃化转变温度。

材料经历的不均匀收缩的热应力可能导致翘曲。