汽车轴盖工艺分析及冲压模具设计【带凸缘的筒形件端盖】【落料拉深冲孔和修边复合模】

汽车轴盖工艺分析及冲压模具设计【带凸缘的筒形件端盖】【落料拉深冲孔和修边复合模】,带凸缘的筒形件端盖,落料拉深冲孔和修边复合模,汽车,工艺,分析,冲压,模具设计,凸缘,筒形件端盖,落料拉深,冲孔,复合 河南理工万方科技学院本科毕业设计 模具设计对应用微发泡技术生产的 聚合物孔结构的影响 摘要：在这个课题中设计了两套模具并应用在了微发泡技术去生产带有多孔结构注塑品。为了获得理想的孔结构，研究了许多工艺参数来指示工艺参数对孔结构的影响。每个模具都分别进行了这种工艺参数的研究，以便于模具的设计对孔结构的影响在相同的工艺参数设置下不必再做研究。发现了在微发泡技术中，模具的设计也对孔结构有影响。一套合适的模具设计能改善生产出的孔结构，如孔数、孔径、以及相互关系。 关键词：模具设计 晶格形态 微发泡 注塑模具药剂注入 多孔聚合物 聚氨脂 微发泡技术作为一种高效的微单元的注射模具生产过程，被广泛应用于汽车和家具工厂中。在大多数的情况下，微发泡技术用来节省原材料，但他也用来生产带有近似多孔结构的注入制品。CO2作为流动介质被注射到注塑模具机器的制品界面内。在注射模具机器的注塑成型时期，有特别紧急的情况下，这种流动介质通过气体供应链或注射器注射入聚合物。塑料成型后，聚合物的混合体逐渐融化且气体通过喷嘴注射入模具中，同时由于模具的迅速下压可以生产出泡沫结构。如今用微发泡技术生产出的主要产品已经接近晶格泡沫了。 一些课题易经研究了微发泡技术中关键工艺参数和生产的晶格泡沫结构。已发现通过变换工艺参数微发泡过程中的孔结构可以被调整。然而，目前还没有文献说明模具设计通过微发泡技术对孔形态的影响。 在这个课题中，设计了两个模具并用在了微发泡过程中为医药用去生产具有多孔结构的注入品。工艺参数的研究被分别独立地进行在那两套模具上。通过比较两套模具在同样的工艺参数设置下生产出的注入品的孔结构来研究模具设计对多孔结构的影响。 图1微发泡技术草图 聚合过程： 药剂等级热塑性的聚氨脂TPU被选坐注入品的原材料。具备用来冷却模具的温度控制单元的注塑模具机器被用作样品的产品。这种注塑模具机器被Trexelinc.woburn;MA,USA装备有一个微发泡系统。这个微发泡简化的显示在图1中。在注射模具机器的注塑成型时期，有特别紧急的情况下，这种流动介质通过气体供应链或注射器注射入聚合物。塑料成型后，聚合物的混合体逐渐融化且气体通过喷嘴注射入模具中，同时由于模具的迅速下压可以生产出泡沫结构。 CO2被作为流动介质（CO2为保护气体） 为了生产这个注入品，设计并应用了两个特殊的模具，从A模具和B模具生产的构件的电子图2所示。A模具有六个戒指形状的注入品且仅用来做了泡沫过程和参数研究的可行性的初步试验。为了更高的生物要求和预期产品，B模具在从A模具的注塑品的实验结果的基础上被设计具备六个实心磁盘状的注塑品。 图2不同的模具设计 两模具有相似的刃口，导柱和浇注口。B模具有个较短的聚合物挥发流动的模腔和2.8的L/D(长比厚）。同时，模具A的L/D位4.7。这意味着从B模具生产出的构件相应的更厚但更短。B模具的优势是主导晶体核子和生长的挥发流动的能量损失减少，因为它有更短的流动路程（小的L/D）。作为结果可能得到更好的孔形态，如更大的孔径，更高的多孔性等。另一方面，B模具有个更大的性能，它意味着参数变化的更多的可能性。在一般的注塑模过程，B模不好的一面是相应的更厚的制件将导致B腔内的不完全充满，一个长的冷却时期和制件的大量回缩。如果发泡工艺被应用，这些问题可被部分或全部解决是因为发泡聚合体的膨胀。 实验方案： 设置可变参数的选择是基于核子原理和文献收索的知识。可变参数的范围和固定参数的值如表1中所示。这些实验是通过变化变量中的一个，而保持其它的不变而完成的。整个过程参数的研究是在两套模具上分别独立进行的。从两套模具中生产的注塑制品用来进行比较在精确相同的过程参数下被生产的，以便于显示不同模具的影响。 表1：在这个课题中，微发泡工艺的可变参数的范围和变量参数的值。微晶格工艺压力MPP是一个保持聚合体挥发气体的正压力。这个压力是真正的塑性压力。 可变参数 检测范围 变量参数 值 CO2浓度 1-6wt% 冷却时间 120s 重量减轻度 35-65% 保持压力 450bar 注射速度 30-300mm/s 起始保压 0.5mm 塑化力/MPP 166-220bar 保压时间 0.5s 塑化温度 180-2108C* 夹持吨位 200KN 模具温度 25-858C* 塑化周期 40min 注射压力 0-3000bar 宏观与微观结构的特征 浏览电子显微镜被用于注塑制品横截面的孔形态的观察。将样品用美工刀切开，然后在具有5到15KN的高度真空下，通过使用一个断续的涂层器，在其上覆盖一层薄的黄金层。多孔形态的特征如孔的尺寸和孔量通过从一个样品中数平均数目和电子显微形状能被计算出来。在数码显微的软件的帮助下，具有一定尺寸的切面被选出来，所有的孔被人工测量。孔的平均直径被计作Dce。由于在显微中所显示的孔是3D项目的2D工程，他们的最大直径在图中不能描绘。下面方程用于决定最大的球形直径，记为修正过的中孔径，从测量孔径中得来。 Dcorr=Dce/0.616 显微CT被用于注制品的多孔干涉性的等价测量。从每个注件的3个8mm&11mm圆柱试件中7微米来用一个59KV的电压和一个167微安的解决方案。用天空浏览提供的软件包来指导图形再现和分析试件绕他们的长轴旋转180*且每旋转0.4*则3个同化图形被记录。借助于标准天空浏览再现软件，应用3D圆锥体光束算法，那些试件的原始图形被再现成系列的日冕定位X线断层。对于再现品，光束强度被设置到20%，原人工制品减少量到12。 应用标准的天空浏览软件，这再现轴向的微比图形分析被运行。首先，进行临界分析是为支架X线断层灰色区域大多能被他们的多孔性相应参数精确地代表而去决定临界值。这个研究中，临界值被设置为65至225之间。过滤功能将多余的噪音除去。所有小于500分贝且与空间实体没有联系的物质被这样优先除去以便于更深的分析。为了消除潜在的边缘影响，选择了支架中心处一个直径为5毫米、高2.5毫米的圆柱体的权益值。然后支架多孔性如下被计算： 多孔性=100%—权益量中区分材料量的百分值 所有图形经受3D分析，接着应用在可以从外面通过一个一定的最小尺寸的开口处进入的支架中。允许测量部分孔体积的压缩包功能的相联系的量值。两个3D测量间进行压缩包过程通过等于过大于临界值的尺寸入口去压缩在一个支架的权益值的外界线。（研究中用30—280um）相关性被如下计算： 相关性=V—V压/V—Vm 其中V指VOT的总体积，V压指压缩包之后的VOT的体积，而Vm指支架材料的体积。 结果与讨论 该SEM图形（图3）显示了当其他过程参数不变（减重35%，塑性压力180磅，模具温度25C，气体容积2%）而注射速度以30mm/s的量变化时两模具的泡沫注入件的孔结构。 图3 发现模具B生产的泡沫注入件的左图所示的尺寸比从模A生产的大得多。相关的孔尺寸即两相关孔间的可视区也有相同的变化的趋势。从图中我们可以定量地看出在同样过程参数下模具B生产的注入品以模具A的有更大的孔尺寸和相关的孔尺寸，而且可能又高的多样性。 图表4 从图4我们发现在每一个不同的注射速度模具B的制品比模具A有更高的多孔性。模具B制品的多孔性排布在73%至79%之间，然而模具A的在60%至67%之间。同时，模具B的制品的多孔性的标准偏差比模具A的偏差小得多。 图表5 图表5显示不同的注射速度下两模具的孔的平均尺寸。对于两模具来说，随着注射速度的提升，孔的尺寸减少。在别的课题中也发现同样的结果。随着注射速度的增加，模具B的制品的孔径从340+/—17mm减少到246+/—20mm；同样注射速度下，模具A显示由制品孔径从234+/—90到152+/—34mm。从模具B中得到的孔的尺寸在所有速度下，与模具A相比较也都较高。很明显模具B的标准偏差也比A的小得多。 图表6 图表6显示泡沫住射品的相关的孔尺寸。该相关的孔尺寸对在生物学中的组织生长非常重要。模具B的泡沫制品的相关的孔尺寸有一个916+/—um到67+/—7um的范围，而模具A的这个范围是35+/—10um到19+/—8um。这个变化也与两模具的泡沫制品的平均孔尺寸的发现相对应。 我们从图表3—6中可以推断出模具B的改善了的模具设计不能影响孔结构的变化趋势。比如注射速度的提高可以减小孔尺寸，但它和泡沫制品的相关性的孔尺寸一样能增加多孔性和平均孔尺寸。与此同时，孔结构的标准偏差也有很大减小。换句话说，模具B的泡沫制品的孔结构与模具A相比有更高的多孔性，更大的孔尺寸和更加均匀。 图表7 图表7显示了在包括注射速度等不同可凶的过程参数变量下两模具生产的量大的多孔性的比较。在每一种过程参数变量中，两模具在相同的设置值下经常获得最大化的多孔性，比如模具B和模具A在300mm/s的注射速度下分别为79%和67%。发现了模具B指示在每一种参数变量，更高的最大化的多孔性。模具B生产的减少35%的重量的多孔性显示了6%的最小升量；同时，通过射速的变化发生了14%的最大值多孔性提升 量。 图表8 图表8中说明了两模具不同种类的工艺参数的变化下，最大化孔尺寸间的不同。两模具制品说明了没种的变化同样的工艺参数设置下也有最大孔尺寸。模具B通常比模具A具有更大的孔尺寸。在塑性成形的温度变化下，模具B的最大值的孔尺寸的最小升高量为14%，而然发现在注射速度变化下，孔尺寸的最大提升量为45%的值。 图表7和图表8已经说明了不仅从注射速度的变化而且从所有工艺参数的变化下都能观察到模具设计 的变化。可以致使如最大化的孔尺寸和多孔性等孔形态的改善。在聚合体流到模具腔期间，模具B短的L/D将导致主导单元核子的能量流失的减少。有模具B产生的相关的更厚的制品也相应需要更长的冷却时间，这对模具的晶格生长非常重要。考虑到这些方面相互作用的可能性，在这个课题中应用晶格核子原理的公式去描述最终空形态的变化非常困难；但是通过实验模具设计对诸如多孔性和平均孔尺寸的空形态的影响都被成功地观察到了。 结论 这个课题专门研究了模具设计对孔形态的潜在影响。在模具B的泡沫样品中，我们看到了改善了的像更高的多孔性，更大的平均孔尺寸和更小的偏差等孔形态。这指示出除了工艺参数的影响外，模具设计即制造设计也对发泡工艺的发泡行为有很明显的影响，这给我们了一个若工艺参数被限制，通过一个更合适的模具设计来改善空形态的可能。 多孔性和孔尺寸对多孔药剂设备是关键的属性，因为晶格需要空间去生长。另外，孔需要被相互联系去允许晶格迁移到多孔结构。此课题说明了当生产多孔药剂聚合体设备，合适的模具对成功的设置来说只一个关键的因素。 致谢 作者对Bayerische Forschungsstiftung 用授权号码AZ639/05的资金支持表示感谢！ 12