【机械类毕业论文中英文对照文献翻译】转子系统在注塑模具设计中的椭圆截面形状
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机械类毕业论文中英文对照文献翻译
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转子系统在注塑模具设计中的椭圆截面形状摘要本文介绍了注射成型工艺模具设计中流道系统的一种新的横截面形状。新几何结构的目标是减少废料，缩短周期时间，并减轻模具工具的流道系统弹出。针对两个厚度为1mm的圆形平板，提出了具有不同比例的椭圆横截面形状。 SolidWorks Plastic采用有限元法（FEM）来模拟注塑零件。 SolidWorks Plastic分析了注塑成型过程中塑料零件的短缺缺陷，以验证新建议的几何结构。对新的几何结构进行了聚丙烯圆形平板注射成型工艺的实验研究。所选择的输入机器参数是填充时间，熔体温度，模具温度，压力保持时间和纯冷却时间。研究结果显示，与新的几何形状相比，没有短路缺陷，与圆形截面相比，废钢和冷却时间分别显着减少25和2.5。流道系统与模具壁的接触表面的减少也改善了流道系统从模腔排出的容易性。这项研究的贡献是设计冷流道系统的新几何结构，以减少废料，循环时间，并提供注射成型中流道系统的简单排出。关键词 注塑工艺；模具设计；浇道几何形状；短缺缺陷介绍在过去的一个世纪里，塑料的迅速增长及其在所有市场的扩散。根据世界原料重量的消耗，塑料是最高的与其他旧材料，如铝，钢，橡胶，铜和锌相比。它是由塑料的特殊性能和较低的生产成本造成的1,2。注塑是制造塑料制品最重要的工艺之一，大约三分之一的塑料通过注塑成型转化为零件3。注塑成型工艺在包装，航空航天，建筑，汽车零部件，家居用品等行业的应用越来越广泛1，3，4。注塑件的质量取决于材料特性，模具设计和工艺条件4-7。注塑成型的三个基本操作是：（1）将塑料颗粒转化为熔体; （2）将熔融塑料通过浇口，流道和浇口系统注入模具型腔或型腔中，（3）打开模具将部件推出模腔1，8，9。决定注入部件最终质量的因素之一是浇口系统，它是浇口和浇口之间的连接线10。转轮系统的主要目的是将熔融塑料从浇口转移到浇口11,12。在冷流道系统中，废钢的主要来源是去水后来自浇道和浇口系统的废料。因此，评估跑步者系统设计的不同规则以证明跑步者系统在注射中的重要性（a）较小的转轮尺寸以最小化废品; （b）容易从模具中取出并从模制部件上取下; （c）用最小的凹痕和焊缝快速填充模腔13-16。转轮系统设计的三个基本因素是横截面形状，直径和腔体布局13。七种类型的横截面形状可用于不同应用的转轮系统13,14,17（图1）。根据要求，选择不同类型的转轮横截面18。图1不同的流道横截面形状本文的贡献在于为转轮系统定义椭圆形或半椭圆形几何形状作为一种有效的横截面形状，针对较小的转轮尺寸将废料与圆形相比减少到最小，从而减少注射的总周期时间和喷射来自模具的零件更容易。此外，在这项研究中，已经检测到与转轮系统的过程参数和新几何形状有关的显着现象，这将在另一篇论文中提出。本文介绍了转轮系统的椭圆形横截面形状的设计标准，并考虑了转轮系统的圆形和半椭圆形之间的比较。对作者而言，有许多论文研究了注射成型的工艺参数和材料特性，其中一些包括浇道，浇口和浇口，但就作者的最佳知识而言，没有参考分析和模拟椭圆转轮系统的横截面形状。根据注入部件的尺寸和几何形状进行流道和浇口系统的设计。然后，通过SolidWorks设计带浇道和浇口系统的注塑零件。为了准确模拟结果，采用了SolidWorks Plastic中的有限元法（FEM）。最后，为了验证模型，对两个圆形注射板进行了实验方法。转轮系统的横截面形状浇道系统的主要目的是通过浇口将熔融塑料从浇道转移到所有模腔。流道系统有不同的横截面形状，每个都有不同的应用11,17（图1）。设计师应该评估不同的因素，为特定产品选择合适的浇道系统几何形状。用于双板模具的最流行的形状也是最高效率的圆形。对于三板模具工具，如果浇道仅在模具的一半中制造，则梯形和改型梯形是最佳选择，但仍然不能接受，因为浇口不能与中心线一致流动流14。由于尖角，从矩形，正方形和多边形形状的腔体中弹出流道系统是具有挑战性的。如果设计人员无法确定所需流道系统的适当横截面形状及其尺寸，则会导致压力下降，导致模腔不完全填充以及高度向模具壁传递热量13,17,19。因此，可以考虑流道系统的各种横截面积来调节通向更好注入部分的流动。最后，形状以及通道的长度对于实现最佳流动是重要的，因此具有较少缺陷的最佳产品20。具有椭圆横截面形状的流道系统在注射成型中，流道系统最常见的横截面形状是圆形。在选择特定零件设计的圆形时，三个主要因素是（a）较小的流道尺寸以最小化废料；（b）容易从模具中弹出；（c）以最小凹痕，焊缝和短射线快速填充模腔13-15。这里的目的是研究一种新的几何形状的流道系统，这种流道系统可以产生最少的废料，与浇口的中心流动流线对齐，适当填充模腔，并且便于将模具从模具中弹出。为此目的，正在研究椭圆形或半椭圆形横截面形状，并与圆形横截面形状的流道系统进行了精确比较。为了证明跑步者的椭圆横截面形状的重要性，对跑步者系统的其他几何形状的评估是必要的。这两者的最佳现有比较是矩形和方形。矩形是一种宽度不同的正方形。在宽度方面，矩形浇道系统的尺寸与正方形浇道系统的尺寸相比有三种不同的比率17（图2）。根据不同的应用，选择不同宽度比的矩形流道系统。长方形形状的优点是减少了转轮系统的废料，并且更容易从模具中取出。压降是通过减小方形宽度而发生的这种几何形状的缺点之一17。圆和椭圆之间的比较与正方形和矩形的比较相似。如图3所示，D是圆的直径，a是长轴长度，b是椭圆的短轴长度。根据不同的工业应用，主轴长度是固定的，短轴长度是不同的速率（图3）。因为这会导致废料的进一步减少，更容易将部件从模腔中排出，并进一步减少循环时间。对于不同的部分，这个因素将会改变。因此，提出不同的b比例取决于零件设计的诸多因素，如尺寸和厚度。图2 转轮系统的正方形和矩形形状之间的比较图3转轮系统的圆形和椭圆形状之间的比较椭圆形转轮系统的优点如下：1.废品减量：转轮和门系统的大小和体积是产品废品的根本原因。 因此，与圆跑者相比，椭圆跑步者导致更少的报废。2.从模腔：椭圆形流道系统中，部分射出更加容易，冷却后与圆形相比，与模具壁接触的表面更少，从而更容易将注射部件从模腔中排出。3.缩短循环时间：椭圆流道所需熔融塑料量较少; 因此包括注入和冷却阶段时间的循环时间将减少。与亚军系统的门的中央流程流。 椭圆流道具有中心流动流，其中大部分浇口设计减少了熔融塑料至腔体的湍流。模拟在为这个应用程序设计两个圆形零件作为两个样品之后，下一步是通过SolidWorks Plastic来模拟零件。对于模拟，需要定义注射系统。因此，应考虑考虑事先计算来设计浇道，浇道和浇口系统（图4）。设计椭圆截面形状的比例为0.7b。为确保分析结果的准确性，FEM将在模拟中发挥重要作用。根据样品的几何形状，将选择有限元的三角形形状（图5）。用于此模拟的选定材料是聚丙烯（PP）。对表面网格和表面网格的不同三角形尺寸评估不同的尺寸，为注入部分选择1毫米的三角形尺寸。对于包括浇口，流道和浇口的注射系统，考虑更小的尺寸。它是由注射系统的灵敏度作为此模拟的关键区域而产生的。因此，浇道和浇道的三角形尺寸分别为0.3mm和浇口的三角形尺寸分别为椭圆形和圆形横截面形状。网格的精度通过网格细化研究来确定。对于直径为100毫米的两个圆形部件，浇道和浇口总长度为28毫米。此外，浇道的长度为60毫米，拔模角度为1.5。图4浇口，流道和浇口系统的注射样品图5 转轮椭圆横截面形状的FEA图6 用椭圆交叉容易填充注射部分下一步是设置适当的工艺参数。根据所选用的材料和注塑机进行该模拟，填充时间为0.59秒，熔体温度为230，模具温度为50，保压时间为2.04秒，纯冷却时间3.9秒。如前所述，包括浇道，浇道和浇口的注射系统的几何形状和尺寸对操作循环时间，冷却时间以及不同的缺陷（如凹痕，短射等）具有显着影响25。在运行模拟之后，根据新的几何形状和尺寸检查新的流道系统的可接受性。检查的主要因素包括易于填充，填充时间分析和汇痕分析;并在注射结束时注射压力。如图6所示，椭圆形横截面的容易填充是处于最可接受水平的绿色区域。注塑成型中的一个常见缺陷是如果流动距离较长，将发生在薄壁或远离浇口的短射26。根据模拟结果，该部分可以成功填充，甚至如图7a所示的椭圆截面的填充时间低于流道的圆形截面形状的填充时间（图7b）。图7 a椭圆形横截面的填充时间，b圆形横截面的填充时间图8 a椭圆截面的流动前沿中心温度，b圆形截面的流动前沿中心温度防止喷射部件短射的另一个因素是评估流动前沿中心温度，该温度代表注入部件每个区域的流动前沿温度。根据模拟结果，注射部件的每个区域的流动前端中心温度对于转轮的椭圆横截面形状为230.15C（图8a）。流道的圆形横截面形状的模拟结果是相同的（图8b）。这意味着椭圆形横截面形状的转子在腔内短射的可能性很低。评估浇道和浇口系统合适尺寸所需的最重要因素之一是注射压力。根据模拟，这部分可以成功注入压力42.1MPa。注射压力小于满足最大注射压力极限的66（图9）。圆形截面的注射压力为39.6 MPa，接近椭圆形截面。实验装置使用商用注塑颗粒聚丙烯（PP）制造两个圆形板，其具有100mm直径和1mm厚度。 所选材料的聚合物材料参数列于表2中。用于制造模具的机器有钻孔机，数控铣床和磨床。 实验采用全电动卧式注塑机-Poolad-Bch系列。图9 浇道系统的圆形和椭圆形横截面形状的注射压力表2 材料属性PP熔体温度230最高熔化温度280最低熔融温度200Mod温度50熔体流动速率20厘米3/10分钟最大剪切应力250,000 pa模具设计模具制造有不同的设计概念。在这项研究中，选择了双板模具，该模具具有一个带有双腔的分模线和一个供料系统并且没有顶针。模具由碳钢CK45制成，表面硬度为56 HRC。磨削后的椭圆形横浇道，浇口系统和浇口衬套分配到模腔板中（图10a）。还展示了磨削前带有导杆的型腔板（图10b）。在设计模具时，另一个要素是导致塑料部件固化的冷却系统。基于塑料部件的几何形状，冷却系统的设计是不同的。因此，选择腔板冷却系统的圆形几何形状（图11）。制造模具时要考虑的另一个因素是通风孔。它们的功能是在关闭模具之后从模腔中释放空气；否则如果空气被困在模具内，会发生短射击。两个腔体在腔板的左侧和右侧具有单独的通气孔（图12）。图10磨削后具有椭圆横截面的空腔板，b磨削之前具有椭圆横截面的空腔盘图11模腔板内的冷却系统，用于注入部件的凝固图12 通风孔避免注入部件的空气陷阱实验结果根据不同的工艺参数设置模具和注塑机后，从制造过程的不同角度评估流道系统新的横截面形状是本实验的目标。为了确保本研究椭圆截面转轮的有效性，需要实施基于不同工艺参数的填充腔体和注射过程的显着性测试。短射击分析的结果（图13）显示，具有新的流道横截面形状的两个腔体被适当地填充。当注入压力高于最大入口压力并且注入时间高于注入机器的输入时，会发生短射击。这些实验中最重要的部分是，与图14所示的模拟结果相比，即使在较低的入口压力和填充时间下，腔体也能够正确填充。模拟和实验结果的比较显示在表4中。表4中的百分比变化预测和实际的入口压力和填充时间结果分别为7.36和3.38，这证明了转轮系统的新几何结构的稳健性。通过定义转轮系统的新几何形状，这项研究的新颖之处在于减少废料和冷却时间，并且实现从腔体中最终注射部件的更容易的喷射。因此，就废品率和冷却时间而言，需要在圆形和椭圆形横截面之间进行比较。表5显示了对于100,000个注射部件的流道系统的圆形和椭圆形横截面的废料率和冷却时间。圆形横截面的冷却时间为每次注射4 s，椭圆截面每次注射3.9 s。与圆形横截面相比，椭圆形横截面的废钢和铝合金减少了25，注入部件的冷却时间为2.5。图13 最后注射部分具有椭圆形流道横截面形状图14 椭圆跑步者的每个因素水平较低的注射部位结论冷流道系统注塑废料的主要原因是由浇口，流道和浇口系统组成的供料系统。跑步者对于不同的应用具有不同的横截面。本文介绍了椭圆形横截面与圆形横截面比较的流道系统新几何的成功开发。这种几何形状是通过模拟和实验开发的，以生产两个1mm厚的圆形板。工艺参数为填充时间，熔体温度，模具温度，压力保持时间和纯冷却时间。为了验证模型，进行了实验测试。预测和实际结果的入口压力和填充时间的百分比变化分别为7.36和3.38。结果证明了转轮系统的新几何结构的稳健性。与圆形横截面相比，椭圆形横截面对于注射部件具有25的废料减少和2.5的冷却时间。模拟和实验测试的结果表明，椭圆形截面形状是一种有效的几何形状，可以减少废料和总循环时间，并且还可以使模制件更容易从模腔中弹出。模具设计的进一步研究将为设计师和模具制造商创造更具包容性和适当的指导方针。参考文献1 Zhou H (2013) Computer modeling for injection molding. 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