注塑模具毕业设计---注塑模具设计及其热分析

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1、注塑模具毕业设计---注塑模具设计及其热分析 　集 美 大 学 　毕业设计（论文）英文文献翻译 　译文题目 注塑模具的设计及其热分析 　专 业 班 级 　姓 名 学 号 　指导教师 职 称 　机械工程学院 　注塑模具的设计及其热分析 　

2、S.H. Tang ?, Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman 　摘要：本文介绍注塑模具设计生产翘曲测试样本以及为了获得残余热应力的影响在模具中执行热分析。这项技术、理论、方法在注射模具设计中必须被考虑运用。在商业计算机上使用13.0版本的计算机辅助设计软件UG进行模具的设计。使用商用有限元分析软件LUSAS分析家分析发现并揭示由于试样的冷却不均匀使塑件存在残余热应力的分析报告。该软件提供模型的温度等高线分布图并通过注塑周期时间响应曲线绘制温度变化曲线。结果表明与其它区域相比收缩更可能会发生在冷却渠道附近。模具这种不平衡的冷却效果有助于不

3、同区域翘曲的产生。 　关键词：注塑模具；设计；热分析 　引言 　塑料工业被列为一个数十亿美元的产业，是世界上增长最快的行业之一。在日常生活中几乎所有的用品都离不开塑料[5]。 　为了设计模具必须考虑许多重要的设计因素。这些因素分别是模具的尺寸、型腔数、型腔的布局、浇注系统、浇口系统、收缩和顶出机构[ 6 ]。 　在模具的热分析中，其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。热诱导应力主要发生在注塑成型的冷却阶段，主要是因为其热传导性低以及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，冷却管道附近的冷却效果比远离冷却管道区

4、域的冷却效果好。不同的温度导致不同的收缩，不同的收缩导致热应力而显着的热应力可能会导致翘曲问题。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 ] 。通过了解热应力的分布特点，可以预测残余热应力引起的变形。 　本文介绍了注塑模具设计生产翘曲试样以及为了获得残余热应力影响而在模具中执行热分析。 　2. 方法 　2.1 设计翘曲测试样本 　本节说明了用于注塑模具的翘曲测试样品的设计。很显然翘曲的主要问题存在于产品的薄壳特征。因此，产品开发的主要目的是设计一个塑件，以确定注塑工件薄壳翘曲问题的有效因素。 　翘曲测试样本是薄壳塑料。样本的总体尺寸长120mm，宽50mm,

5、厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）作为材料，在注射温度为210℃，压力为60MPa,持续3s时间生产翘曲测试样本。图1显示了翘曲测试样本的制作 　图2-1 翘曲测试样本制作 　2.2 翘曲测试样本注塑模具的设计 　本节介绍了设计生产翘曲测试标本时，在模具的设计方面和其他方面的考虑因素。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是AISI1050碳钢。在模具设计时考虑了四个构思，其中包括： 　i. 三板式模具（构思1 ）有一个型腔两个分型面。由于成本高，所以不适用。 　ii. 两板式模具（构思2 ）有一个型腔一个分型面但无浇注系统。由于单位时间内注射生产量低，不适用。

6、 　iii. 双板模具（构思3 ）有一个分型面和两个型腔，带浇注和顶出系统。由于塑件的是薄壳的，顶杆可能破坏工件，所以不适用。 　iv. 双板模具（构思4 ）有一个分型面和两个型腔带浇注系统，只用拉料杆为顶出机构，避免顶出时破坏塑件。 　翘曲测试样本模具设计的第四个构思被应用。在模具设计中，还有许多因素需要考虑。 　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而只需留有固定浇口套的空间以便注入溶融塑

7、料6mm。 　材料或熔融塑料在同一温度同一压力下同时被送到个模腔对于流道设计来说是很重要的一点。基于这点，模腔的布局一般都是对称的图2-2 凸模上气孔和冷却管道的布局 　在此模具设计中，顶出系统只由推杆固定板、拉料杆 　图2-3 三维实体造型以及利用UG开发的模具的线框模型 　3．结果和讨论 　3.1塑件的制作生产及调整 　从模具设计和制作的角度看，在试运行阶段制作的翘曲测试样本存在缺陷。该缺陷是注射不足，飞边和翘曲。飞边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，通过减小注塑机压力减少了飞边的产生。通过控制注射时间、注射温度、熔融温度等不同参数，控制翘曲变形。

8、　经过这些修改，模具在低成本的情况下生产出了高质量的翘曲测试样本，这些试样还需要修整。图4显示修整后的模具，这是加工额外的排气孔可以消去注射不足。 　图3-1 加工额外的排气孔可以消去注射不足 　3.2.模具和产品详细分析 　在塑料注射成型过程中，熔融ABS在210 ? C温度下通过凹模上的浇口衬套直接注射到模具型腔，经过冷却，就成型ABS在注射温度、时间、压力分别为210℃，3秒和60MPa。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是AISI1050碳钢。 　运用有限元软件分析材料性能在决定温度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳钢的性能。 　图 　图3-3 负载模型分

9、析的产品。 　3.3. 模具及试样分析的结果及讨论 　模具分析过程对不同时间段的热量分布作了观测。图7所示是在一个完整的注塑周期中不同时间段的二维等高线热量分布图。 　图3-4 不同时段温度分布图 　对模具进行二维分析后，可绘制出时间响应曲线以分析残余热应力对制件的影响。图3-5所示是绘制时间响应曲线所选的节点。 　图3-6到图3-7显示了在图3-8中被标注的不同节点的温度分布曲线 　图3-5 绘制时间响应曲线所选的节点 　图3-6 节点284温度分布 　图3-7 节点213温度分 　图3-8 节点302温度分布 　图3-9 节点290温度分布 　图3-10 节

10、点278温度分布 　图3-11 节点1838温度分布 　图3-12 节点1904温度分布 　图3-13 节点1853温度分布 　图3-14 节点1866温度分布 　从图中,也。绘制的曲线是不平滑的，因为注入熔融塑料的速率和冷却速率是相应的。物质的不均匀收缩可能产生热应力从而引起翘曲。如图中所示冷却阶段后的温度对于产品分析,从被实行开始到分析塑料产品,在产品上不同因素的状态下的应力分配情况可以通过观察生成的二维曲进行线分析。 　图3-18 荷载增量1下的等效应力图 　图3-19 荷载增量14下的等效应力图 　图3-20 荷载增量16下的等效应力图 　图3-21 荷载增量23下的

11、等效应力图 　在关键的127节点，选定产品的最大拉应力进行分析。应力应变曲线和应力负载增量曲线。如图3-22和3-23 　图3-22 应力应变曲线 　图3-23 应力与负载增量曲线 　参考负载应力曲线如图23,它很清楚表明产品在增加拉力，直到它达到了23的负载因数,这意谓产品能抵抗的1150 N的拉力。由图23可知,对产品的固定端以施加最大应力3.27 107 Pa时损坏可能发生在其附近区域。经过翘曲测试试样的分析确定影响翘曲的参数来设计的模具已经使产品质量达到最高。生产测试试样所需的成本很低而且只需经过很少的表面处理。 　通过注塑模的热分析得出残余热应力对试样的影响，对加载拉应力的

12、分析也可以预测到翘曲测试试样所能承受的最大拉力。 　 R.J. Crawford, Rubber and Plastic Engineering Design and Applica-tion, Applied Publisher Ltd., 1987, p. 110. 　[2] B.H. Min, A study on quality monitoring of injection-molded parts,J. Mater. Process. Technol. 136 (2002) 1. 　[3] K.F. Pun, I.K. Hui, W.G. Lewis, H.C.W. Lau,

13、 A multiple-criteria envi- ronmental impact assessment for the plastic injection molding process:a methodology, J. Cleaner Prod. 11 (2002) 41. 　[4] A.T. Bozdana,O. Eyerc′?o ?glu, Development of an Expert System for the Determination of Injection Moulding Parameters of Thermoplastic Materials: EX-PI

14、MM, J. Mater. Process. Technol. 128 (2002) 113. 　[5] M.R. Cutkosky, J.M. Tenenbaum, CAD/CAM Integration Through Concurrent Process and Product Design, Longman. Eng. Ltd., 1987,p. 83. 　[6] G. Menges, P. Mohren, How to Make Injection Molds, second ed.,Hanser Publishers, New York, 1993, p 129. 　[7] K.H. Huebner, E.A. Thornton, T.G. Byrom, The Finite Element Method for Engineers, fourth ed., Wisley, 2001, p. 1. 　[8] X. Chen, Y.C. Lam, D.Q. Li, Analysis of thermal residual stress in plastic injection molding, J. Mater. Process. Technol. 101 (1999) 275.