雪碧瓶盖注塑模设计（有cad图+文献翻译）.doc
709 雪碧瓶盖注塑模设计（有cad图+文献翻译）
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雪碧瓶盖注塑模设计（有cad图+文献翻译）
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中国有色金属学报 中国有色金属学会会刊科学出版社Na2B407对铁还原条件下AZ31和AZ91镁合金的影响WU Guo-hua(吴国华), GAO Hong-tao(高洪涛), WANG Wei(王玮), DING Wen-jiang(丁文江) 上海交通大学，材料学院, 中国 上海.2000302007年7月15日收2007年9月10日受理摘要: 文章探讨了Na2B407作为一种新型的铁还原剂的效果，研究了铁还原对AZ31镁合金的影响。随着Na2B407含量的增加镁合金AZ31和AZ91中铁元素将减少且当小于0.002%（质量分数）时，材料的抗腐蚀性能会显著的提高， 根据热力学的性能和铁，硼元素在合金熔体的不同分布，可以推断,在镁合金中的铁还原机制是通过在Na2B407中硼原子与铁原子相互结合,最终沉积在金属熔体中。射线衍射的结果证实了这一理论。关键字：Na2B407;铁还原剂; 抗腐蚀性能; AZ31镁合金; AZ91镁合金1 介绍由于其低密度和许多其它优势镁合金的应用得到了快速发展。然而,对于研究人员来说镁合金的固有性能的研究一直是一个棘手的问题 镁合金元素中的非金属夹杂物及其它杂质元素对材料的固有性能有十分不利的影响。一些工业流体能有效的去除非金属夹杂物,但是对合金中的铁元素杂质不能起到很好的作用。众所周知,铁严重降低了镁合金的耐腐蚀性能。在熔炼、处理和加工镁合金的过程中铁元素杂质的残留时不可避免的。加锰是一种降低铁元素杂质在镁合金中含量的传统方法。然而，铁与锰的比例（锰加工的关键参数）很难确保锰元素的分离。HAITANI et al 和 TAMURA et al则相信锰元素污染了晶粒细化过的镁合金，因此，我们应该尽量避免通过使用含有铁还原剂的工业原料来减少镁合金中铁元素的含量。在大量的实验后,我们发现Na2B407可以显著地减少镁合金中的铁含量。2 实验在实验中，我们最常用的材料是初始铁含量为0.027%的AZ31镁合金和AZ91铸铁合金。这种合金是通过实验的方法在特定的温度下将Na2B407 MgCl2 KC1 NaCl按一定比例混合成的。这些氯元素作为溶剂不具有铁还原的效果 ，搅拌15分钟后，熔体被分别保持600s,1800s,3000s的保温时间。然后通过电感耦合等离子体光谱分析仪在样品的顶部，底部和中心的位置分别取得实验分析所用的试样。(ICP, IRIS Advantage 1000)3 结果 通过Na2B407处理后的金属熔化沉淀物经过了x -射线衍射(XRD, D/MaxIII A-12KW-Cu detector, 40 kV voltage, l()/min scanning rate)分析。数据库用于识别的x射线衍射阶段采用了JCPDS-International中心的数据。显示通过Na2B407处理的AZ31实验镁合金在不同温度，时间下铁元素的含量。 当Na2B407的含量增加到0.6%时，无论温度时间为多少，合金中铁元素的含量都低于0.0015%。随着Na2B407的增加，铁的含量显著下降。对于一定量的，温度越高，则铁含量的减少更明显。这是由Na2B407于可以与铁元素杂质反应形成铁。且温度越高，作用越强烈。 当Na2B407的含量增加到0.6%时，无论温度时间为多少，合金中铁元素的含量都低于0.002%.。这个结果与AZ31合金的结果类似。因此,Na2B407被确认是一种很有发展前景的铁还原代理阿兹系列合金表1列出了通过Na2B407处理的实验镁合金AZ31的腐蚀速率。可以看出，当Na2B407从0增加到0.6%时，AZ31的腐蚀速率从17.2mg下降到了0.8mg图 （左） 和 （右）分别是未经Na2B407处理的和经过0.6% Na2B407处理的表面腐蚀的AZ31合金照片。类似地，AZ91合金的研究结果显示如表2和图4。他们显示Na2B407可以提高镁合金的耐蚀性。这是由于Na2B407对镁合金中铁的还原。Table 1 Corrosion rates of experimental alloy AZ31 by Na2B407 processingFig.3 Corroded surface photographs of AZ31 alloy without Na2B407 (left) and with 0.6% Na2B4Ov (right) processingFig.4 Corroded surface photographs of AZ91 alloy without Na2B4Ov (left) and with 0.6% Na2B4Ov (right) processing4 讨论我们试图分析发生在化学热力学计算复杂合金液通过的反应。下面的反应可以被视为镁融化。在这里,插入语和方括号中意味着物质方程中存在的通量及镁熔体的分别。AG0是吉布斯自由能变化的反应在100 kPa 和298.15 K正则系综下,(2),氧化镁),(Na2B407),(Na20(Mg),(铁), 和FeB, Na2B407, Na20, Mg， Fe分别在熔体中反应的产物。困难的是,一些热力学数据并不容易获得,因为复杂的反应发生在镁合金熔体中。在这之后我们将努力开展更深入的工作。现在，我们来做一个假设。MgO, FeB, Na2B407 and Na20在melt-flux系统中是纯物质。也就是a(MgO), a(FeB), a(Na2B407)和 a(Na20)都是1 那么aMg 和 aFe 就可以近似地看做鼹鼠分数。对于AZ31合金：对于AZ91合金：他们显示反应(1)可以自发地thermodynamically发生。 这符合之前的实验结果。这就是说,减少的原因在镁合金中的铁硼原子与铁原子结合。使其还原。为了进一步研究铁还原的过程。 铁和硼在不同反应时间里分布在AZ31合金熔体的顶部，中心和底的数据分别显示在图5（a）和（b）中AZ91合金的数据显示在图（a）和（b）中 5 结论（1）Na2B407 可以使镁合金AZ31和AZ91中铁杂质的含量减少到0.002%. 从而大大提高了镁合金的抗腐蚀的性能。（2）Na2B407使镁合金中的铁还原，其工作原理是使得合金中的硼原子和铁原子在合金熔融状态下结合，以致最终趋于稳定。致谢The present study is funded by the National Basic Research Program of China (973 Program) and National Key -technologies R&D Program.参考文献1 ZOU Hong-hui, ZENG Xiao-qin, ZAI Chun-quan, DING Wen-jiang. Development in strengthening and toughening of magnesium alloys J. Materials For Mechanical Engineering, 2004. 28(5): 1-3.2 IKE B L, EBERT T. Magnesium properties-applications-potential J. Mater Sci Eng A, 2001, 302(1): 37-45.3 WU Guo-hua, FAN Yu, GAO Hong-tao, ZHAI Chun-quan, ZHUYan-ping. The effect of Ca and RE on the microstructure, mechanicalproperties and corrosion behavior of AZ91D J. Mater Sci Eng A,2005,408(1/2): 255-263.4 FAN Yu, WU Guo-hua, ZHAI Chun-quan. Effect of strontium onmechanical properties and corrosion resistance of AZ91D J. MaterSci Forum, 2007, 546/549: 567-570. 5 FAN Yu, WU Guo-hua, GAO Hong-tao, ZHAI Chun-quan. Currentstate and development of research on the corrosion of magnesiualloys J. Foundry Technology, 2004, 25(12): 941-944.6 GAO Hong-tao, WU Guo-hua, DING Wen-jiang, ZHU Yan-ping.Purifying effect of new flux on magnesium alloy J. TransNonferrous Met Soc China, 2004, 14(3): 530-536.7 PER B, KETIL P, SIGRID G The impact of metal cleanliness inmechanical properties of die cast magnesium AM50 J.MagnesiumAlloys and Their Applications, 2000: 739-745. 8 TADASHI H, YOSUKE T, TETSUICHI M. Solubility of iron in puremagnesium and cast structure of Mg-Fe alloy J. Mater Sci Forum,2003,419-422.9 WU Guo-hua, KANG Seung-hun, YOU Bong-sun, YIM Chang-dong,SU Jang-rang. Effects of non-flux purification on the microstructureand mechanical properties of AZ31+xCa Mg alloy J. Mater SciForum, 2007, 546/549: 217-220. 10 GAO Hong-tao, WU Guo-hua, DING Wen-jiang, ZHU Yan-ping. Study on Fe reduction in AZ91 melt by B2O3 J. Mater Sci Eng A,2004,368(1/2): 311-317. 11 ZHAI Chun-quan, DING Wen-jiang, XU Xiao-ping. Development of new type hazardless fluxes used in the melting of Mg-alloysJ.Special Casting and Nonferrous Alloys, 1997, 4: 48-50. (in Chinese)12 INOUE M, IWAI M, MATUZAWA K. Effect of impurities oncorrosion behavior of pure magnesium in salt water environment I.Jpn Inst Light Met, 1998, 48(6): 257-26213 LUNDER O, AUNE T K, NISANCIOGLU K. Effect of Mnadditions on the corrosion behavior of mould cast magnesium ASTMAZ91 J. Corrosion, 1987, 43(5): 291-295.14 HAITANI T, TAMURA Y, YANO E. Grain refining mechanism of high-purity Mg-9mass%Al alloy ingot and influence of Fe or Mn-addition on cast grain size J. J Ipn Inst Light Met, 2001, 51(8):403-408.15 TAMURA Y, MOTEG1 T, KONO N. Effect of minor elements on grain size of Mg-9%AI alloy J. Mater Sci Forum, 2000, 350/35: 199-204.16 A.S.T.M.D 1384-87. Annul Book of ASTM Standards ASTM S. Philadelphia, PA 19103, 1986.(Edited by PENG Chao-qun)前言1课题任务理解1.1 选题依据：在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高于其他的模具，在模具行业中的比例将逐步提高。塑料模具在整个模具行业中所占的比重约为30%，在模具进出口的比重中约占50%-70%。随着塑料工业的不断发展，这一比例还持续提高。因此，精密、大型、复杂、长寿的塑料模具的发展将高于总量的发展。我的课题是螺纹连接座塑料模具设计，属于塑料材料，而且相对于其他塑料成型方法，注塑成型时最方便而且是生产率也是最高的。所以我选择了塑料模具中的注塑成型。1.2 研究意义：热塑性塑料注塑成型这种方法即是将塑料材料熔融，然后将其注入膜腔。熔融的塑料一旦进入模具中，它就受冷依模腔样成型成一定形状。所得的形状往往就是最后成品，在安装或作为最终成品使用之前不再需要其他的加工。许多细部，诸如凸起部、肋、螺纹，都可以在注射模塑一步操作中成型出来。2 文献综述注塑成型又称注塑模具，是热塑性塑料制件的一种主要成型方法，并且能够成功地将某些热固性塑料注塑成型。注塑成型可成型各种形状的塑料制品，其优点包括成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精密、带有嵌件的制品，且生产效率高，易于实现自动化，因而广泛应用在塑料制品生产当中。21 注塑成型原理及特点塑料的注塑成型过程，就是借助螺杆或柱塞的推力，将已塑化的塑料熔体以一定的压力和速度注入模具型腔内，经过冷却固化定型后开模而获得制品。因此，可以说注塑成型在塑料装配生产中具有重要地位。2.1.1 注塑成型原理注塑成型所用的模具即为注塑模（也称为注射模），注塑成型的原理以螺杆式注射机为例：首先将颗粒或粉状的塑料加入料斗，然后输送到外侧装有电加热的料筒中塑化。螺杆在料筒前端原地转动，使被加热预塑的塑料在螺杆的转动作用下通过螺旋槽输送至料筒前端的喷嘴附近。螺杆的转动使塑料进一步塑化，料温在剪切摩擦热的作用下进一步提高并得以均匀化。当料筒前端堆积的熔体对螺杆产生一定的压力时（称为螺杆的背压），螺杆将转动后退，直至与调整好的行程开关接触，从而使螺母与螺杆锁紧。具有模具一次注射量的塑料预塑和储料过程结束。这时，马达带动气缸前进，与液压缸活塞相连接的螺杆以一定的速度和压力将熔料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中。熔体通过喷嘴注入闭合模具型腔后，必须经过一定时间的保压，熔融塑料才能冷却固化，保持模具型腔所赋予的形状和尺寸。当合模机构打开时，在推出机构的作用下，即可顶出注塑成型的塑料制品。2.1.2 注塑模设计的特点塑料注塑模能够一次成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的塑料制件。在注塑件生产中，通常以最终塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量包括表现质量和内在质量。表现质量的衡量标准为塑件的形状和尺寸精度，包括注塑件的表面粗糙度和表现缺陷状况。常见的表现缺陷有凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥皮、暗斑纹、烧焦、裂纹、翘曲、溢料飞边或可见熔合缝等。内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、密度和收缩等。先进的模具必须在使用寿命期限内保证制品质量，并需要具备良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。2.2 注塑模具分类凡是注塑模具，均可分为动模和定模两大部件。注塑充模时，动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时，动模与定模分离并取出制件。定模安装在注射机的固定模板上，而动模则安装在注射机的移动模板上。注塑模具主要由以下7个系统或机构组成:1.成型零件 成型零件是指构成型腔、直接与熔体相接触并分型塑料制件的零件。成型零件通常包括凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。2.浇注系统 将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。3.导向和定位机构 为确保动模和定模在闭合时能够准确导向和定位对中，通常需要在动模和定模上分别设置导柱和导套。如果使用的是深腔注塑模，那么还需要在主分型面上设置锥面定位。有时为保证脱模机构的准确运动和复位，还需要设置导向零件。4.脱模机构 脱模机构是指在开模过程的后期将塑件从模具中脱出的机构。5.侧向分型抽芯机构 带有侧凹槽或侧孔的塑件在脱出模具之前，必须先进行侧向分型，或者拔出侧向凹模或抽出侧型芯。6.温度调节系统 为了满足注塑工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热的温度调节系统。冷却模具时，通常是在模板内开设冷却水道，而加热则是在模具内或周边安装电加热元件。具有特殊要求的注塑模，还需要配备模温自动调节装置。7.排气系统 为了在注塑充模过程中将型腔内原有空气排出，通常在分型面处开设排气槽。由于小型腔排气量不大，可直接利用分型面排气，也可以利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间的间隙排气，而大型注塑模则需要预先设置专用排气槽。3.1 执行方案1产品原料是低密度聚乙烯（LDPE），采用注塑成型模具，必要时可采用强制脱模。2熟悉注塑模具设计的流程，掌握注塑模具设计的基本原理和设计方法，能用模具设计软件，对塑件进行模具设计。3完成雪碧瓶盖塑料模具的各个零件的设计。4设计完成后，对设计的各参数进行校核，以便能保证使用要求。5整个模具设计完成后，还要进行试模，并针对性的进行修改。Sc i e n c e Pr e s s T r a n s N o n f e r r o u s Me t S o c C h i n a 1 7 ( 2 0 O 7 ) s 4 5 2 一 s 4 5 6 Tr a n s a c t i on s o f NoH f e i l o us M e t a i s So c i e t y o f Chi n a WWW C S I,I e du c n y s xb Effe c t o f Na 2 B4 07 o n i r o n r e d u c t i o n i n ma g n e s i u m a l l o y s AZ3 1 a n d AZ9 1 wu G u o - h u a ( 吴 国华) ， G A O H o n g t a o ( 高洪涛) ， WA N G We i ( 玮) ， D 1 NG we n - j i a n g ( 丁文江) S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i ne e rin g ， S h a n g h a i J i a o To n g Un i ve r s i t y ， Sh a n g h a i 2 0 0 0 3 0，Ch i n a Re c e i ve d 1 5 J u l y 2 0 0 7； a c c e pt e d 1 0 Se p t e mb e r 2 0 07 Ab s t r a c t ：E f f e c t o f Na 2 B 4 O7 ， a n e w i r o n r e d u c t i o n a g e n t ， o n i r o n r e d u c t i o n i n ma g n e s i u m a l l o y s AZ3 1 a n d AZ9 1 wa s s t u d i e dTh e i r o n c o n t e n t s i n t h e ma g n e s i u m a l l o y Az3 1 a n d AZ9 1 r e d u c e d r a ma t i c a l l y t o 1 e s s t h a n 00 0 2 f ma s s f r a c t i o n ) wi t h t h e i n c r e a s i n g a d d i t i o n o f Na 2 B4 O7 ， a n d t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f t h e a l l o y s wa s g r e a t l y i mp r o v e d Ac c o r d i n g t o t h e t h e r mo d y n a mi c a n a l y s i s a n d t h e i r o n a n d b o r o n d i s t r i b u t i o n s i n d i f f e r e n t p a r t s o f t h e a l l o y m e l t s i t c a n b e i n f e rre d t h a t t h e me c h a n i s m f o r i r o n r e d u c t i o n i n ma g n e s i u m a l l o y s b y Na 2 B 4 07 p r o c e s s i n g i s t h a t b o r o n a t o ms c o mb i n e wi t h i r o n a t o ms a n d s e t t l e d o wn i n t h e me l t i n g s l u d g eThe XRD r e s ul t c on firm s i t Ke y wo r ds ： Na 2 B 4 07 ； i r o n r e d u c t i o n ； c o rro s i o n r e s i s t a n c e ； AZ3 1 ma g n e s i u m a l l o y ； AZ 91 m a g n e s i u m a l l o y l l n t r 0 duc t i 0n Th e a p p l i c a t i o n s o f ma g n e s i u m a l l o y s a r e e x p a n d i n g wi t h a h i g h s p e e d t h a n k s t o t h e i r l o w d e n s i ty a n d ma n y o t h e r a d v a n t a g e s 1 4 Ho we v e r , t h e i n h e r e n t q u a l i ty o f ma g n e s i u m a l l o y s h a s a l wa y s b e e n a k n o t ty p r o b l e m f o r r e s e a r c h e r s 5 6 No n me t a l l i c i n c l u s i o n s a n d i mp u r i ty e l e me n t s h a v e ma j o r d e t r i me n t a l e ff e c t s o n t h e i n h e r e n t q u a l i ty o f ma g n e s i u m a l l o y s 7 1 0 S o me c o mme r c i a l fl u x e s c a n e ffe c t i v e l y r e mo v e n o n me t a l l i c i n c l u s i o n s f r o m t h e ma g n e s i u m a l l o y s ，b u t h a ve n o e ffe c t o n t h e i mpu r i t y e l e me n t s n a me l y i r o n 1 1 I t i s k n o wn t h a t i r o n s e v e r e l y d e c r e a s e s t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f t h e ma g n e s i u m a l l o y s 1 2 An d i r o n p i c k u p i s i n e v i t a b l e d u r i n g me l t i n g ， ha n d l i ng a n d ma c h i ni n g o f t h e ma g n e s i u m a l l oy s Ad d i t i o n o f ma n g a ne s e i s a t r a di t i o n a l me t h o d t o r e d u c e i r o n i n t h e ma g n e s i u m a l l o y s 1 3 Ho we v e r , t h e r a t i o o f i r o n a n d ma n g a n e s e( a c r i t i c a l p a r a me t e r f o r ma n g a n e s e p r o c e s s i n g ) i s h a r d t o c o n t r o l a n d ma n g a n e s e i s l i k e l y t o s e g r e g a t e I n a d d i t i o n HAI T ANI e t a l a n d 1 1AM URA e t a l 1 4 1 5 b e l i e v e t h a t ma n g a n e s e d i s t u r b s t h e g r a i n r e fin e me n t o f ma g n e s i u m a l l oy s Th e r e f o r e ，we t r y t o r e d u c e t h e i r o n c o n t e n t i n ma g n e s i u m a l l o y b y u s i n g pu r i fic a t i o n flu x c o n t a i n i n g s o me i r o n r e d u c t i o n a ge n t s Atie r l a r g e n u mb e r o f e x p e rime n t s we h a v e fou nd t h a t Na 2 B4 07 c a n d r a ma t i c a l l y r e du c e t h e i r o n c o n t e n t i n t h e ma g n e s i u m a l l o y s 2 Ex pe r i m e nt a l M o s t p o p u l a r wr o u g h t ma g ne s i u m a l l o y AZ3 1 wi t h i n i t i a l i r o n c o n t e n t of 0 0 2 7 a n d c a s t i n g ma g n e s i u m a l l o y AZ9 1 wi t h i n i t i a l i r o n c on t e n t o f 0 0 3 2 we r e a d o p t e d i n t h e e x p e rime n t s Th e e x p e r i me n t a l a l l o y s we r e r e fin e d b y a mi x tur e o f Na 2 B4 07 a n d M g C1 2 ，KC1 ， Na Cl a t a 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