设计与注塑模具的热分析.doc

设计与注塑模具的热分析 S.H.唐*，Y.M.香港，S.M. Sapuan河萨明，第苏莱曼 部机械与制造工程，马来西亚博特拉大学，43400沙登，雪兰莪，马来西亚 收到2004年9月3日，接受2005年6月21日 摘要 本文介绍了生产翘曲测试样品和表演热分析的塑料注塑模具设计 模具的访问的热残余应力的模具效果。这项技术，理论，以及需要考虑的方法 在注塑模具设计给出。模具设计进行商业使用计算机辅助设计软件 Unigraphics系统，版本13.0。对于热残余应力分析，由于试样的不均匀冷却模型，并解决了 使用商业有限元分析软件称为LUSAS分析员，版本13.5。该软件提供了温度等高线图 分配模型，并通过注塑温度的变化周期也通过绘制的时间响应曲线。那个 结果表明，收缩可能发生在附近的冷却渠道区域与其他区域相比。这种不均衡的降温效果 在模具变形造成不同区域。 2005 Elsevier B.诉保留所有权利。 关键词：塑胶模具，设计，热分析 1。导言 塑料业是世界上发展最快的市场之一 工业，作为数十亿美元的产业之一，排名。 几乎每一个在日常生活中使用的产品涉及 使用塑料，这些产品大部分可产生 由塑料注塑成型的方法1。注塑 成型工艺是众所周知的制造工艺 建立各种复杂的几何形状和产品 以较低的成本2。 在塑料注射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 是灌装，包装，冷却和喷射。在注塑 成型过程开始喂养的树脂和 适当的添加剂，从漏斗的加热/注射液 在注射注塑机3系统。 这就是“灌浆期”，在其中填充模腔 热聚合物熔体的注射温度。后腔 填充，在“包装”的阶段，更多的是聚合物熔体 到腔包装，较高的压力，以补偿 预计萎缩，聚合物固化。其次是 *通讯作者。 E - mail地址：.my（上海汤）。 由“冷却期”，其中模具冷却，直至部分 充分僵化被弹出。最后一步是“弹射 舞台“中，模具被打开，并部分被弹出， 此后，模具再次关闭，开始下一个周期 4。 的设计和制造注塑成型聚合物 具有理想特性部分是一个昂贵的过程控制 由经验主义，包括一再改变 实际的工具。其中模具设计任务，设计 模具几何具体的补充，通常在 核心方面，是相当复杂的投影列入 和抑郁症5。 为了设计出模具，许多重要的设计 因素必须加以考虑。这些因素 模具大小，数量的腔，腔布局，热流道系统， 门控系统，收缩和弹射系统6。 在模具的热分析，其主要目的是 分析了热残余应力的影响或模压在 强调在产品方面。热诱导应力 主要发展的过程中注入冷却阶段 成型零件，主要是由于其较低的热后果 电导率和温度之间的差异 熔融树脂和模具。一个不平衡的温度场 冷却过程中存在的7围绕产品腔。冷却过程中，地点靠近冷却通道的经验 更多的冷却不是位置远离冷却 通道。这导致了不同温度下材料 经验异收缩引起的热应力。 热应激能显着causewarpage问题。因此， 重要的是模拟的热残余应力场 在注射成型过程中的冷却阶段8部分。通过 了解热应力分布的特点， 变形引起的残余应力热 可以预测。 在这个文件中的模具设计注塑 producingwarpage测试样本和表演热 分析到对模具的热效应访问 在模具残余应力介绍。 2。方法论 2.1。设计翘曲测试样本 本节说明了翘曲试验设计 标本将在注塑模具使用。很明显 这翘曲的主要问题是，在产品存在的 薄壳功能。因此，该产品的主要目的 发展是设计一个确定塑件 在一个injectionmoulded翘曲问题的影响因素 部分与薄壳。 翘曲测试的样本，开发了薄 塑料外壳。对标本的外形尺寸 120mmin长度，50mmin宽度和厚度1mmin。那个 生产的翘曲测试样本使用的材料 是丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）和注射 温度，时间，压力为210荤，3秒和60MPa， 分别。图。 1显示了翘曲测试试样生产。 2.2。注塑模设计翘曲 测试样本 本节介绍的设计方面和其他方面的考虑 参与设计的模具生产翘曲 测试样本。生产的塑料所使用的材料 图。 1。变形测试试样生产。 注塑模具变形测试样本信息社会倡议1050 碳钢。 4个设计概念已经考虑在设计 包括模具： 字母i.三模（概念1）从事过两年模线板 单腔。不适用由于成本高。 二。双模具（概念2）有一分模线与板 单腔无门控系统。由于不适用 至注塑生产量低。 三。双模具（概念3）有一分模线板 与门控喷射系统的双腔。不 适用的顶针可能损害它的产品， 该产品是太薄。 四。双模具（概念4）有一分模线与板 与门控系统双腔，只用浇道拉 作为喷射，以避免在弹出产品的损坏。 鉴于对测试样本的翘曲模具设计， 第四设计概念已得到应用。各种 设计考虑了适用于设计。 首先，mouldwas设计的基础上，模板尺寸 在注塑机使用（顽童第二十二次）。那里 是的机器，这是最大面积的限制 压板机给出了两个拉杆之间的距离。 在机器之间的距离为拉杆254毫米。 因此，模具板最大宽度应 不能超过这个距离。此外，4毫米的空间已 保留两个拉杆和模具模具 设立和处理的目的。这使最终的最高 宽度为250毫米模具。标准模具 基地，250毫米就业250mmis。模具基地 安装在机器使用右上角和美得丽钳 左下角的模具生产基地或模具压板。尺寸 其他有关模具板块列于表1。 模具设计了夹紧压力 具有夹紧力高于内部空腔力 （反应部队），以避免发生闪烁。 按标准的基础上提供一套模具的尺寸， 宽度和核心板的高度是200和250毫米， 分别。这些方面使两腔设计 核心板放置水平的有足够的 空间，同时腔板为空，这是唯一的固定 与熔融的吃饭的目的，浇道塑料套管。 因此，只有一个标准分型线设计的 表1 模具板尺寸。 元件尺寸（mm）宽 高厚 顶部固定板250 250 25 腔板200 250 40 核心板200 250 40 侧板/支撑板37 250 70 顶针，保持器板120 250 15 顶针板120 250 20 底部固定板250 250 25产品的表面。产品和亚军的 在一个平面上，通过发表在模具分型线 开幕。 标准或侧gatewas设计了模具。门 地处亚军和产品。底部 大门的土地，目的是要20倾斜，并已 厚度只有0.5毫米，便于德门控的目的。门 还设计有4毫米的宽度和厚度0.5毫米 对熔融塑料的入口。 在模具设计，抛物线型截面 runnerwas选定为它具有简单的加工利用 在一模只有一半，这是在这一核心板 案例。但是，这种类型的选手有缺点，例如 更多的热量损失和废料与圆截面 类型。这可能导致塑料的熔融固化速度更快。 这个问题是减少这种方式设计的 亚军很短，具有较大的直径，这是在6毫米 直径。 重要的是，亚军分发材料设计 或溶化的塑料进入下腔在同一时间 同样的压力下，相同的温度。由于这一点， 腔布局设计了对称的形式。 另一个设计方面是考虑到了 排气口的设计。核心之间的配合面板 和板腔非常精加工，以防止 闪烁的发生。不过，这可能会导致空气陷阱 在腔模具时关闭，造成短球 或不完整的一部分。足够的通风孔，目的是确保 空气过滤器可将其释放，以避免不完整的部分原因 发生。 冷却系统是钻沿长度 蛀牙和位于水平的模具，让 甚至冷却。这些冷却渠道两钻 腔和核心板块。冷却渠道提供足够 冷却在湍流情况下的模具。图。 2 显示了通风口和冷却腔布局渠道 核心板。 在这个模具设计，弹射系统只包括 弹射聘板，浇口车夫也是喷射器 图。 2。腔布局与空气通风口和冷却通道。 板。拉的浇口在核心板块中心并非位于 作为唯一的职能拉举行的位置产品 当模具打开，但它也为推动顶针行为 该模具的生产期间弹射阶段。没有附加 喷射器是在产品使用或位于因为蛀牙 生产的产品非常薄，即1毫米。附加喷射器 在产品腔地区可能会造成孔和破坏 该产品在弹射。 最后，尺寸公差给予足够的考虑 以补偿材料收缩。 图。 3显示了三维实体造型以及线框 模具的开发利用Unigraphics系统建模。 3。结果和讨论 3.1。结果产品生产和修改 从模具设计和制作的翘曲 测试样本已在审判期间产生的一些弊端 跑。该缺陷是短球，闪光和翘曲。那个 短球随后消除了额外的铣削 在弯道腔进气口，让空气被困 图。 3。逃跑。与此同时，减少闪烁减少 包装机器的压力。变形可以得到控制 通过控制，如注射时间的各种参数， 注射温度和熔融温度。 经过这些修改，模具制造高品质 成本低，并要求翘曲测试样本 小整理由德门。图。 4显示的修改 模具，这是额外的空气通风口，可以加工 消除短球。 3.2。详细分析了模具和产品 经过模具和产品的发展，分析 模具和产品进行。在注塑 成型工艺，在210荤熔融ABS是注入 通过对腔板和浇口套模具 直接到产品腔。冷却后发生， 该产品形成的。一个产品的周期大约需要 35秒，其中20冷却时间s。 翘曲生产测试所使用的材料样本 是ABS和注射温度，时间和压力 共有210荤，3秒和60MPa分别。该材料 选定的模具是1050碳钢社会倡议。 这些材料的特性是重要的决定 模具温度分布进行使用 有限元分析。表2显示了ABS的性能 与1050碳钢社会倡议。 用于模具分析的关键部分是在腔 核心板，因为这些地方的产品 形成的。因此，热分析，研究温度 图。 5。热分析模型。 温度分布和不同时间通过 演出采用商业有限元分析软件 所谓LUSAS分析员，版本13.5。一个二维 （二维）热分析是进行了学习效果 热残余应力的模具在不同的地区。 由于对称，热分析仪器为 建模只有垂直截面或上半部 侧面两腔和核心板块被夹住 一起注射时。图。 5显示了模型的热 分析分析了不规则的网格。 对模型建模还涉及到财产分配 和过程周期时间或模型。这使有限 元求解分析模型和模具图时间 反应图显示温度变化超过一定 在不同时间和地区。 对于产品分析，一个二维拉伸应力 进行分析，利用LUSAS分析员，版本13.5。 基本上该产品加载在一端紧张关系， 另一端钳位。负荷逐年增长，是适用到 该模型达到可塑性。图。 6显示了加载模式 分析。 3.3。结果和讨论的模具和产品 分析 对于模具分析，在不同热分布 观察时间间隔。图。 7显示了二维分析 表2 材料性能的模具和产品 碳素钢（社会倡议1050），获取和惠益分享聚合物模具，产品 密度，7860 kg/m3的密度，1050 kg/m3的 杨氏模量，电子产业署208杨氏模量，电子2.519全球行动纲领 泊松比，0.297泊松比，0.4 屈服强度，屈服强度型号：SY 365.4MPa，型号：SY 65MPa 拉伸强度，热膨胀SUTS 636MPa，65 10-6的K - 1 热膨胀系数，11.65 10-6的K - 1电导率，钾0.135瓦/（米金） 电导率，钾49.4瓦/（米金）比热，荤1250焦耳/（千克金）热或热分布在不同的时间等高线图时间在一注塑完整周期。为模具，时间响应图的二维分析绘制分析的热残余应力影响的产品。图。 8显示节点阴谋的时间选择响应图。无花果。 9-17显示温度分布曲线不同节点图所示。 8。从温度分布图的绘制无花果。 9-17，很显然，每一个节点的图选择策划经历的温度上升，从即环境温度在一定温度高于环境温度，然后保持在这个不变温度的一段时间。这种温度的上升事故是由于塑料注射液成该产品的腔。经过一段时间，温度，然后进一步增加达到最高温度，保持在该温度。增加温度是由于包装阶段涉及高压，图。 7。化学材料加工技术171（2006）259-267图。 8。附近地区选择nodals产品时间响应曲线图。图。 9。 284节点温度分布图。图。 10。 213节点温度分布图。图。 11。 302节点温度分布图。图。 12。 290节点温度分布图。从而导致温度上升。这个温度保持不变，直到开始冷却阶段，这将导致模具温度降低到一个较低的值，仍然在此值。该图绘制的道路并不平坦，由于功能缺乏填补熔化率输入塑料以及冷却剂的冷却速度。该图绘制只显示温度最高值可在实现循环。中的热残余应力分析的最关键阶段是在冷却阶段。这是因为冷却图。 13。 278节点温度分布图。加工技术171（2006）259-267 265 图。 14。 1838年为节点温度分布图。 图。 15。 1904年节点的温度分布图。 阶段导致材料从上面冷却以下的 玻璃化转变温度。经验差的材料 收缩引起的热应力可能导致 在翘曲。 从冷却后的阶段，温度显示 无花果。 9-17，很明显，该地区（节点）位于靠近 经历了冷却通道的冷却效果，由于毛皮 图。 16。 1853年节点的温度分布图。 图。 17。 1866年节点的温度分布图。 但降低温度和该地区远离 冷却通道经验较少的冷却效果。更多的冷却 与冷却速度较快，意味着更多的收缩作用 是发生在该地区。然而，最远的区域，节点 284体验更多的冷却虽然远离冷却 通道由于热量损失环境。 因此，冷却通道位于中心 产品腔造成周围的温度差 中间的部分比其他地方高。压缩 强调发展是在中部地区的部分原因 更多的收缩和翘曲原因造成不均匀收缩 所发生的。然而，在温差 不同节点冷却是小，翘曲的影响 是不是很重要。重要的是设计师设计 模具的热少，残余应力的影响与效率 冷却系统。 对产品的分析，从正在开展的步骤，以 分析注塑产品，应力分布 对产品在不同负荷因素是在两个观察 量纲分析。无花果。 18-21显示等高线图 当量应力在不同负荷增量。 一个临界点，127个节点，该产品的经验 最大拉应力被选定进行分析。应力 与应变曲线和负载情况与应力曲线 这一点被绘制在无花果。 22和23。 从工况与应力曲线在这一点上绘制 图。 23，很明显，增加产品的经历 在拉伸载荷，直到达到23，负载因素 1150 n的是意味着该产品可承受拉伸 直到1150 N.负荷负荷小于这个值不高的原因 该产品。基于图。 23日，故障可能发生在 附近区域的产品，以最大的固定结束 3.27 107的压力宾夕法尼亚州 该产品应力分析揭示的信息非常有限 由于该产品生产的翘曲测试是 目的，也没有分析与拉伸载荷的关系。 在未来，但是，它建议的产品服务 应确定的条件，以便进一步分析 可进行的其他行为进行的多项 加载。S.H.汤等。 /化学材料加工技术171（2006）259-267图。 18。在装载量1等效压力的阴谋。图。 19。在荷载增量14等效压力的阴谋。图。 20。在荷载增量16等效压力的阴谋。S.H.汤等。 /化学材料加工技术171（2006）259-267 267 图。 21。在荷载增量23等效压力的阴谋。 图。 22。应力与应变曲线的ABS树脂。 图。 23。应力与负荷用于ABS