外文翻译=立体成型注塑模具局部收缩工艺分析=5800字符中英文翻译
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：458140
类型：共享资源
大小：521.65KB
格式：ZIP
上传时间：2015-07-19
上传人：小***
认证信息
个人认证
林**（实名认证）
福建
IP属地：福建
7.2
积分
- 关 键 词：
-
外文
翻译
立体
成型
注塑
模具
局部
收缩
工艺
分析
字符
中英文
- 资源描述：
-
外文翻译=立体成型注塑模具局部收缩工艺分析=5800字符中英文翻译,外文,翻译,立体,成型,注塑,模具,局部,收缩,工艺,分析,字符,中英文
- 内容简介：
-
外文翻译 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 徐 正 松 班 级 BD 机制 041 班 学 号 0420110126 指导教师 吴 卫 东 nts 1 立体成型注塑模具 局部 收缩 工艺分析 R.A.Harris H.A.Newlyn P.M.Dickens R.J.M.Hague 徐正松 译 摘 要 ： 利用立体光 刻成型技术 （ SL） 可以缩短 模具 的生产周期， 使塑料 制件能够快速成型 。 该工艺 的优点是 在制造零件时与传统的制造方法相比能够节省时间和成本 。 除此以外， 立体光 刻成型工艺的收缩变形率与常规的成型工艺相比有很大的改善，这些特点主要是是体现在利用立体光刻成型的注塑模具成型工艺与传统的生产工艺相比有很大的不同之处。 利用立体光刻成型工艺模具 的生产与铝模的生产在收缩率上存在不同，实验中，利用两种不同的 聚合物 和模具结构，采用相同的处理方式，使模具的传热性 作为 是 实验 的唯一 变量 来加以衡量。 该实验表明在两种不同的模具材料在不同温度分布下的收缩率变化情况。收缩率的变化情况必须得到补偿以确定模具零部件的总体收缩变形情况。 补偿 的方法是通过数学方法和 利用 模型有限元 翻译。两种 技术取 都 决于 成型期间的受热情况。这些受热情况 通过实时数据采集和有限元分析模拟 成型。 研究结果应用提供 了 涉及到模具材料及聚合物使用 所引起的 收缩 率变化的整体情况 ，这将使 零部件几何形状的 生产 更加 准确。 关键词 ： 有限元分析 ；注塑成型； 聚合物收缩 ； 快速模具及立体成型 。 1引言 立体光 刻成型技术 （ SL）已经 可以 直接 的 生产 用于注塑成型的 模具腔（插入） 。精确的立体光 刻成型工艺 需要 注塑成型前注入 环氧 。该工艺为快速模具成型提供了途径， 依靠 几何 复杂性和聚合物造型，可以 生产 高达约 50 个 零件 1 。 利用立体光刻成型能够使多 种聚合物 被 成功地塑造 成 注塑模具 。这些 聚合物包括聚酯（ PE），聚丙烯（ PP）， 聚 苯乙烯 （ PS），聚酰胺（ PA） ，聚碳酸酯（ PC）， 聚醚以太酮 （ PEEK），丙烯腈 -苯乙烯 -丙烯酸酯（ ASA）的丙烯 腈 -丁二烯 -苯乙烯（ ABS） 。 nts 2 立体 光 刻成型 生 成的 环氧模腔 与 金属 模具相比 具有不同的热性能 。 由于模具 材料固有的传热性能 ，对于不同的材料的模具其 加热或冷却 的速度也有很大的不同之处 。许多 聚合物 的 收缩 率不同是由于在 造型 期间的 冷却条件 不同而引起的。该研究表明了受热条件对模具局部材料 收缩 的影响情况。 2目的 这项研究 的目的是 旨在评估 用立体 光 刻成型模具制造与 金属快速模具制造 在 注塑 成型 时的 收缩 情况 。 3工艺分析 3 1 实验设计 实验的 目的是确定两聚合物（聚酰胺 66 尼龙 66，结晶 和丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯 ABS 的 ，无定形 ）在不同材料（光固化成形 SL和铝 AL） 的 注塑 成型在 48 小时的 收缩 特性。 这将 要 直接比较成型腔和模压零件 的尺寸情况。 除了热塑性高分子材料 和 工具材料 的 选择 ， 注射成型 的 收缩 问题还 部分 的 决于几个过程变量 ，注塑 压力，机器型号 等。然而 ，在这两个试验集（尼龙 66 ABS）中 的唯一变量分别是刀具材料的类型（ SL AL）和刀具几何 型腔 （ bar disc 这些 被用于根据聚合物流向辨认造型 期间的 收缩 情况， 在 3.2 中 进一步解释 ）。就该注塑成型 而言 ，唯一有影响的变量 是 在每次实验 时 SL 和铝模 的 热性能 。 这 取决于注入聚合物进行脱离模压部分通过腔用料 是的 导热系 数。 模 具 材料的导热性 有 很 多的 不同 之处 ： SL=0.2 W/m/K,AL=200 W/m/K。 3.2 模具设计 模具设计是根据布的 EN ISO 294 - 1和 4 12,13 和 ASTM D955 14 建立 的 注射成型聚合物收缩标准 而设计的 。 样 本的两种不同的 结构造型是 为了提供 与 该目录聚合物 流 同步 的平 行（ 纵向 ）和垂直（ 径 向 ） 两个方向的 收缩 测量。 这些模 具型 腔 的三维 图像可以看作 如 图 1 所示 。 使用草案角度，以纾缓部分移离模具为 1.5 ，该 值此前被 证明是一个为减少 由立体光刻成型的模具零部件 潜在的损害最佳值 15 。 浇道口 的设计是 为了使得所设计 模具 能够 避免可以破坏 立体光刻成型模具 的热量和压力，浓度（如范浇注） 。使用该 浇注 系统 是 为了 确保 注塑过程中 模具 内的各部分之间 无大的压力差异 ， 也可防止模具 注射 压力 不均 所造成的过早冻结 中断浇道的现象。 nts 3 浇道口的 深度是 与 横截面 宽 度 尺寸 （ disc bar） 相同 。 一般 情况 下浇道口 宽度的 大小正比 于型 腔 尺寸的 大小。 模具 并 不 包括 局部注 射系统 。 刚性 喷射器将提供 与 其他区域不同的 注射 速率 使成型腔 区域 的 热传递 速 率 高于其它 区域。 钢 的导热性 比 SL 高的多，但却没有 AL 的导热性 的导热性好。 这不 能够用 实验 来全面的 估计 SL 或 AL 模具所 提供的热传递在 局部 收缩 问题上的影响 。 注塑制件形状 简单 的的模具 用手 动就可以轻 易地被去除 由于没有 喷射器系统 所引起的问题 。 立体 光刻模具是由具有 三维系统 的 sla350 机用 vantico5190 树脂 加工成型的。 树脂建设层厚度为 0.05 毫米，因为这 是以被证明了可以 延长立体 光刻模具的 工作 寿 命 16 最佳值。 为 了 提高 成型质量，在入口处 插入 一些 摇枕 。这些 摇枕便 于 对齐 使 机器压板 对齐 ，保证塑 料经锥形浇道进入模具 ，同时也 保 护了刀 具，防止 过度 的 施加压力。 3 3 模具温度记录 为了 确 立每 套 模具 都存在的 传热特性， 需在 整个成型周期 内 插入 K 型热电偶 以便 记录温 度。 热电偶 的上表面一般 位于成型面 下 0.5 毫米 的表 面 。 每对热电偶在插入之前 需对其各自的标值进行 检查 。 在插入到模 具内 以后 ，通过 0.5 毫米 型 腔 下 表面 热电偶 温度的变化来反映型腔内的温度变化情况。 热电偶测量 的 温度所与实际表面 的 温 （图 1） 度 的差别不能 大于 1 。 钙数据采集程序记录，并记录温度分布超过 10 分钟的时间内，在成型中的一部份。 利用 数据采集程序 对 零件 在 造型期间 10 分钟时间内 内的温度分布情况进行 记录 。 nts 4 3 4 注 塑 成型 为了消除额外的实验变量，重要的是要找到两聚合物 总体 参数值， 以及 模具的形状和模具 的 材料类型。 其它 用于补偿 纵向和径向 部分 的 所有几何参数均 是通过 实验 获得 的。 在尼龙 66 中 的 A70NAT 是由聚乙烯生成的。 将 超 光滑 的 ABS 2373 条应用于 径向 定量浇铸系统 . 两种 聚合物 都具有 吸湿 性，需要在 干燥处理之前 进行加工。 该注塑机使用的是 BF 600/125 CDC 模型 与 UL4000 人 工 控制 单元。该 注塑机 是由 一个 60 吨液压夹紧 装置 和一个 带有 传统锥形喷嘴 的 125 35 毫米往复螺杆注射 装置所组成的 。 其 工艺参数 如 下列 所示： 熔体温度定在 270 C 时，在每 5 个桶温度区。 注射速度为 100 毫米 /秒 。 喷射压力为 150 巴。 后续压力 为 150 巴 ， 保持 3 秒 钟 ， 100 毫米的余量。 模具注射之前的环境温度为 23.5 C。 局部 冷却时间 不超过 40 秒 ， 该时间是 确立 在不会引起工件局部滑移失真的条件上的。 锁模力为 15 吨 。 3 5 收缩测量 BS EN ISO 29117被用来作为 是零 件 的 成型环境 和 48h 后 检 测 的 标准。注塑成型后的 模腔及模 具样 本 的实测值与给定的理论值相差 近 0.01 毫米 。许多 零件 的 成型 数据都是由多次 实验和测量 而决定的。 零部件 和型 腔 的长度尺寸大否需要测量。浇道口位于模具的 中央 ，也可以放在成型件的一侧。 模具 零件的 径 向 长度测量 值及 几何形状如 图 2 所示。 测量出样件型腔尺寸于实际成型腔的差值百分比，以便 扩大模具热补偿。 4 结果 分析 4.1.模具 温度廓线 有关数据显示 ， 两 种 类型的聚合物（ ABS PA66 ） 和 两 种 几何型 腔 （ bar disk）之间的温度分布 具有很 大的相似性（不大于 5 的差异） 。 立体 光刻成型 模具 和铝模具 具有不同 温度 轮 廓线 。不同材料的成型方式反映时间与温度之间关系的轮廓曲线如图 3 所示。 概 括 说明 SL 和铝 模具成型时温度的不同点 。铝 制 模具由于 其 材料 具有nts 5 较高的 导 热 性，其温度轮廓线变化较快 。 SL 模具温 度变化较为缓慢，在 没有 外在条件帮 助（由压缩空气 冷却 ） 的情况下， 需 要 15 分钟 才能冷却至 常温 。 （图 3） 4 2 初始 收缩结果 初始 的收缩值， 是由如表 1 所示的 零件 /模具的测量结果计算 得到的。 不过，这些数字还需要进一步考虑总 体 收缩 问题的 发生 . 这些将 在 下文阐述。 4 3 热膨胀补偿计算 两种模具材料 的 热膨胀补偿计算 可以 用 同一种方法 ，尽管 各方面的参数 不同 。 模具及 零部件的 收缩 在 测量 时必须要进行误差 补偿 ，以确定与其真实数值的 差别。更正零件 收缩 的方法就是 扩大相对应 的 模具数 值。 扩大了模具 的数值将会导致型腔受到扩张 ，而不是收缩 。 这 说明 测量模具 型腔的在标 准 温度为 50 C，需要保持 10 分钟 左右 （参见图 2）。 这些将在后面加以证明 （第4.4.5 节 ）。 用 Sm 对由模具 热 膨 胀 而引起的局部 收缩 进 行 修 正 ， 其 方 法 是 ：Sm=m(Tm-T，其中： m为模具材料 线性膨胀 系数 ， Tm 为 模具注射期间 的最高温度， Ta 为注塑机上的温度。 nts 6 一般应用为： m SL=5910-6 m/m/K AL=23.810-6 m/m/K 18 Ta: SL=23.5C AL=23.5C 它们各自的意义在 3.4 节已经加以说明。 Tm: 这些 数值的 使用 是由以往 模具注塑温度和注塑参数 经 计算 得来的 的， 在 该 温度 点时 聚合物停止 流动。该压力点的应用将对 收缩 有 影响 。 在模具 进一步 受热 膨胀 时将无法影响其数值如图四所示。不同模具的最高温度为： SL disc=57.46C SL bar=44.37C AL disc bar=30.39C 立体成型模具 的注塑周期要在交长堵塞时间内完成，使的温度持续上升。由于 不同的需要 ， disc bar 两种模具的最高注塑温度也不同。 因此， 各类 模具 的 热膨胀系数计算结果如下： SL disc mould=5910-6 (57.46-23.5) =2.00364 mm/m =0.200364 SL bar mould =5910-6 (44.47-23.5) =1.23133 mm/m =0.123133 AL disc bar mould =23.810-6 (30.39-23.5) =0.16422 mm/m =0.016422 nts 7 这些 实测 的 收缩百分比 可以计算出 总收缩 率，便于模具的热 膨胀 补偿。这些数值如表 1 所示。此外，计算也比较简单。 假设模具 的 温度 是整体上升的话，那么通过 数据采集工具 就可以进行很好的处理。而实际上模具地温度是呈局部上升的。因此就需要进一步的的弄清模具型腔发生 膨胀 是的温度 分布 情况，以便进行补偿。 4 4 热膨胀补偿 -有限元分析 有限元分析（ FEA） 用于因型腔内温度不均匀而引起的模具 热膨胀 分析。 有限元分析软件用在这方面的 主要 是算法 。 有限元分析 有两种方 法 。一是 分析模具 的 瞬态热，以确定温度 的 分布 情况 。 二是对 温度分布的结果 进行 线性分析 ， 以确定模腔热膨胀系数 。 4.4.1. 有限元 分析 .步骤 1 -建立模型 有限元分析 首先需要 创 建有限元 模型和有限元网格。为了 减少分析 方案的时 间 ， 每个试样 均由 模具制造 快速。这些如图 5 所示。 挤压这种网格模型间距 的间距 每个节点为 0.5 毫米，在当前区域成型腔下方（ 4 毫米深），这 能够很好的分析型腔的热 膨胀 问题。 这 些 节点相当于热电偶在试验 （图 4） 中 的温度变化情况 （见 3.3 节） 。 其余模型的网格间距为 10 毫米 左右以在更短的时间里进行有限元分析。 nts 8 4.4.2. 有限元 分析 . 步骤 2 -配置材料 该材料被假设为 理想 均质独立同性恒温材料。 起具体数据如表 2 所示。 4.4.3. 有限元 分析 .步骤 3 -瞬态热分析 瞬态热分析指的是 在同一 温度情况下 的 时间函数。 通过 实验 对 模具 的 有关条件 进行分析。 由注 塑时产生的 能量（热量） 被传散到 周围的模具材料。这 些热 量 是有限的， 聚合物 的 温度 在减少，其 热量被 传递 到温度较低的模具 中 。 通过 有限元瞬态热分析， 可以得出以下的结 论： 聚合物 被注入模具时的起使温度是 270 C。 塑料和模具 之间无 热敏阻 力。 模具材料 的起使温度是 23.5 C。 要对一些重要温度数据（ 参见图 4 ） 的实验结果进行 有限元分析 ，并采用正确的步骤进行解决。 根据所 调查的模型 发生变化 （膨胀） 是温度的 分布 情况，选定一个条件 （温度） ，在 规 定的时间 就可作进一步的 线性弹性分析 。 （图 5） nts 9 4.4.4. 有限元 分析 . 步骤 4 -线性弹性分析 该模型 在 有限元模型设计（如图所示，在图 5） 的 基 础 上很好的解决了注射口 对称性 问题。其 没有 规定 的限制，允许自由 的选用 。 该方法应用较 多，因为 有助于增强模具的注塑能力。 不过 ， 已经表明，即使在最佳条件下，任 意 方向 的热 膨胀最大 值 是0.25 毫米 。应用该数值有助于优化模具的整体结构。其具体情况如图 6 所示。 4.4.5. 有限元 分析 . 步骤 5 结果 该 模型 经 线 性 弹性分析 后，其 模型 的 热膨胀 问题主要是取决于型腔厚度的大小。具体的情形如图 7 所示。 根据 这些 起 平均运动 速度 （扩大） 就可以 确定 起数值 了。每一种情况 都可表明型腔外扩 情况。 确定共模扩张 的 测量 数值是位移 矢量一倍 ，因为 轴向扩张的方向 成型方向 相反 。引起 这些扩张结果 的局部 收缩 值如 表 1 所列 。 5. 讨论 从结果（表 1 ）可以看出， 为了消除局部 收缩 ，对 所有 的 聚合物 /工具组合 进行热补偿 是很有必要的。同是也获得了不同 收缩值 的 模 具 扩张 补偿值。 有限元分析 解决问题比单纯的计算法更为优越。采用该 方法 可以 准确 的分析模具热 膨胀 和局部 收缩 问题。 应该指出的是，有限元分析法是一种近似解 法 ，并 需 依靠精确的模型，网格密度 （图 6） 大， 且对 材料性能 、 表面 摩擦 力和 自 体约束 也有很高 的要求 。虽然 大 多数的有限元分 nts 10 析 较为 确切 ，但 生产实际中有些项目的 分析 结果 仍还需 作 必要的 修改 。 热膨胀补偿包括 以下关于 收缩 几个 主 要问题。主要包括： 5.1.收缩方向 液晶聚合物（ PA66）在聚合物流动方向（ 轴向 ）垂直聚合物流 向 （ 径向 ） 上具有较 大的收缩性差异（ 达 7 以上）。 部分非 晶聚合物 (ABS)也或多或少有些 差异 （达3以上 ）。 这些 是 所有注 塑 成型零部件的典型特征，晶 体 零件更容易 由于 聚合物 19 受到 不同 流动方向（定向分歧） 而 造成更大 的偏差。 5.2.模具材料尼龙 66 的 收缩 模具材料 -尼龙 66 收缩结果 表明，这种收缩发生在尼龙 66 部件， 立体成型 模具比铝模具高出一倍 。 预计尼龙 66 收缩幅度为 1-2.2 20 。 铝 模 的零件 收缩率仅略高于最低预期数 值 ，而 立体成型 模 的零件 收缩率 最高可超过 预期 的 收缩幅度。各种零件的大小 也可用 ABS 零件来衡量。尼龙 66 零件在 0.35 毫米 0.18 毫米 范围的测量不同于 ABS 零件。 这是晶 体 高分子 材料 的典型特征， 于 无定形聚合物相比 21 很难 保 持 零件的尺寸 公差。 5.3.模具材料 ABS 的收缩 研究结果表明， ABS 零件 的 收缩不受模具材料的限制 。 ABS 零件的 收 缩实验值为 0.76 。 ABS 预 期 收缩幅度 为 0.5-0.6 20 。 6. 结论 研究表明 ，尼龙 66 （ 一种 结晶聚合物）在 立体成型模具中 注射成型收缩 率是铝模具的两倍。 在同一实验条件下的 ABS（一种无定形聚合物）没有表现出这种差异。 模具热膨胀补偿补偿重要性在 收 缩计算 时已 得到证明。这一点 对 确定塑料工具绝对收缩值 及 金属工具 的 更多扩展至关重要。在确定零件绝对收缩 值时若 忽略了模具 生产塑件的热 热膨胀将导致重大错误 。 不同液晶高分子零件 具有不同 缺点， 需 使用 相应的 补偿 。实验表明 ，这种液晶高分子 材料的收 缩取决于工艺条件 。 收缩 问题 只发生在工件被加工的情况下。 因此， 常规 的收缩 分析 是不 行 的，使用 立体成型 的工具， 还需要 其他技术 加以补偿。 非晶 体 聚合物的收缩不会受模具材料 类 型 及 冷却条件 的影响。 因此 ， 如有可能，因此建议使用 SL 模具 加工时材料 优先使用无定形聚合物 。 nts 11 参考文献 ： 1P.D.Hilton,P.F.Jacobs,RapidTooling:TechnologiesandIndustrialApplications,Marcel Dekker,2000. 2T.Luck,F.Baumann,U.Baraldi,Comparison of downstreamtechniques for functional and technical prototypesfast toolingwith RP,Proceedings of Fourth European RP Conference,1315 June,1995,Belgriate,Italy,pp.247260. 3J.Eschl.Experiences with photopolymer inserts for injectionmoulding,European Stereolithography Users Group meeting,25 November,Florence,Italy,1997. 4R.A.H arris. Direct AIM tooling. Rapid prototyping& tooling state of the industry annual worldwide progress report,WohlersReport 2002,Published by Wohlers Associates Inc,USA,Part 3:Tooling,p.70,2002. 5A.Schulthess,B.Steinmann,M.Hofmann,Cibatool?SL epoxyresins and some new applications.Proceedings of the 1996 NorthAmerican Stereolithography Users Group Meeting,1014 March,San Diego,CA,1996. 6M.Damle,S.Mehta,R.Malloy,S.McCarthy,Effectoffibreorientationon the mechanical propertiesofannjectionmoldedpartandastereolithography-insertmoldedpart.ProceedingsoftheSocietyofPlasticsEngineers(SPE)AnnualTechnicalConfer-ence(ANTEC),Atlanta,GA,pp.584588,1998. 7D.A.Velarde,M.J.Yeagley,Linearhrinkageifferencesininjectionmouldedparts,PlasticsEngineering,TheSocietyofPlasticsEngineers,December 2000,pp.6064,2000. 8P.Gipson,P.Grelle,B.Salamon,The effects of process conditions,nominal wall thickness,and flow length on the shrinkagecharacteristics of injection molded polypropylene,The Journal of Injection Molding Technology 3(3)(1999)117125. 9P.Patel,Effect of processing conditions on the shrinkage andcrystallinity of injection moulded parts,Proceedings of theSociety of Plastics Engineers(SPE)Annual Technical Conference(ANTEC),Toronto,Canada,pp.36323635,1997. 10D.Tursi,S.P.Bistany,Process and tooling factors affecting sinkmarks for amorphous and crystalline resins,Journal of InjectionMolding Technology 4(3)(2000)114119. 11D.Pierick,R.Noller,The effect of processing conditions onshrinkage.Proceedings of the Society of Plastics Engineers(SPE) nts 12 Annual Technical Conference(ANTEC),Montreal,Canada,pp252253,1991. 12BS EN ISO 294-1.Plasticsinjection moulding of test speci-mens of thermoplastic materialsPart 1:General principles,andmoulding of multipurpose and bar test specimens,British Standards Institution,Issue 2,ISBN 0 580 27299 0,1998. 13BS EN ISO 294-4.Plasticsinjection moulding of test speci-mens of thermoplastic materialsPart 4:Determination ofmoulding shrinkage,British Standards Institution,Issue 2,ISBN0 580 27826 3,1998. 14ASTM D955,Standard test method for measuring shrinkage frommold dimensions of molded plastics,American Society for Testing and Materials,1996. 15R.A.Harris,N.Hopkinson,H.Newlyn,R.H
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号