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在注塑模具设计中采用田口方法减少翘曲,注塑,模具设计,采用,采取,采纳,方法,法子,减少
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在注塑模具设计 中 采用田口方法减少翘曲 作者： , S. N. R. 来西亚博特拉大学 机械制造工程 系 摘要 塑料注射成型是塑料工业今天最重要的聚合物加工操作之一。然而，缺乏技能的模具制造和注塑机的控制会导致有缺陷的塑料制品。翘曲就是其中一种类型的缺陷通常会出现在产品的厚度小于 1毫米时候。 该项目是要编造薄板外形尺寸 120毫米 50毫米 1毫米的模具，将用于翘曲测试。 在模具制造完之后，即购买模具进行加工和组装。在这之后，将模具固定在注射机上。注射机根据要生产的产品进行设置。然后，该产品将用于在运用田口方法实验发现翘曲问题的影响因素。 从结果来看，它表明，控制翘曲的最有效的因素是熔体温度。灌装时对翘曲只有轻微的影响。选择最佳的参数，可以最大限度地减少翘曲缺陷。熔融温度（ 2400C） ，充盈时间（ ，保压压力（ 90 ），保压时间（ 1 介绍 模具制造是一个重要的支柱产业，因为其相关的产品 占 消费产品成分中的70以上。较短 时间内 的高 要求设计和制造提前期，良好的维和整体质量，快速的设计变更，已成为模具行业的瓶颈 1 。这是一个复杂的过程，并且需要熟练和经验丰富的模具制造商。 通常，注射成型是一个在塑料工业中 最重要 的聚合 物 加工操作。 如今， 大约三分之一的塑料 零件 被转换成使用注射成型 2。这是 因为注射成形是在各方面 都大大优选的制造业，因为它可以生产复杂形状的塑料部件具有良好的尺寸精度和非常短的循环时间 3。典型的例子是计算机显示器的壳体 及 电话和移动电话 的 壳薄。这些产品往往会变得更轻，更薄，更小。因此，该产品内部部件必须装入壳体，其具 有更小的体积。以提高空间单程的壳体部分是减小的壁厚。然而， 这会使 注塑成型操作变得更加困难 因为 塑件的厚度变得更薄 4。这 会 显著 导致 翘曲缺陷将会出现。为了减少这种显著缺陷， 进行 实际程序 测试 是 十分 必要的。 外形尺寸 120毫米 50毫米 及 至 1毫米厚度 的薄板将进行生产 。它是用于测试 翘曲问题的 影响因素，以尽量减少翘曲缺陷。首先，制造需要的注塑模具。在这之后，将模具要在注塑机上进行组装。 当 薄板 生产后 ，它们将 利用田口设计方法 通过施加有效因子 对 的翘曲问题 进行 测试 实验 。 2 准备 在制造模具 前 ，需要 进行 一些准备工作。 可用 工厂里的机器进行研究 。这需要是钻孔机，铣床 ， 磨床 ， 塑料注塑成型机 。该产品的生产都需要用到 。本机使用是 2D 。此外，它也需要 在寻找 和购买该模具能 用在该 注塑机 的基础上 。碳钢 050 已被选定 为 模具基体 的材料 。由于一些部件如顶销，定位圈，浇口套，水路口和弹簧不包括在模具上，这些元件 需要单独购买 。使用的塑 料材料是 3 模具设计 有四种设计概念，可以在该项目中使用。这些设计的概念的说明如下： （ a）三板模，拥有两个分型线单腔。 （ b）两板模具，经与单腔 1分模线 无浇注系统。 （ c）两板模具有双型腔与浇注系统和顶针在腔中的分模线。 （ d）两板模具有双 1分型线腔与浇注系统和无顶针。 由于该项目在预算，模具的类型的限制 所 选择的是 两 板模具，而不是 三 板模。其中的设计理念两板模，这个概念 （ b） 已被选定。这是因为概念 （ b） 是非生产性的概念，而 （ c） 可能会 阻碍 产品 的推出 。一般来说，二板模具八个板块分别 有 它 们的标准尺寸。模具 选择基于 已经选择 的将要被使用的 喷射成形机。在这个项目中， 使 用 标准 250 250模具，其板尺寸均示于表 1 。 只有 空腔板和核心板都 需要进行设计。其他板块都 根据 注射成形机的规格和组件的尺寸 确定 。 表 1 模具板尺寸 镶板 板尺寸宽 高 厚度（ 顶部夹板 1250 250 25 空腔板 1200 250 40 核心板 1200 250 40 侧板 237 250 70 顶出固定板 1120 250 15 推板 1120 250 20 图 1 通风口的设计 有相对的产品设计和之间模具设计。由于该项目被确定有效因素，可以最大限度地减少翘曲缺陷的薄壳特征，已被设计的产品是一 120 毫米 50 毫米 1毫米尺寸 的薄板 。对于模具基体，可以制作的产品 空腔 是 核心 板。因为在核心板有足够的空间，两个腔与浇注系统的设计。这样的设计在腔体部分 没有顶针 ，而只用顶 杆弹出产品。这将避免产品损伤。 图 2 配置冷却通道的核心板块 图 3 配置冷却通道的核心板块 图 4 机器 需要 的顶部夹持板部件 4 模具制造 模具 需要进行机械加工的某些部分 需要 高精度和准确度。因此，有必要 找 熟练的模具制造商。以下是在加工过程模具的 每一个 部分。 顶部夹板 第 1部分：扩通孔用直径 16毫米（钻孔机） 操作说明 工具 第 1步 标记点 高度尺 第 2步 板 在机床工 作 台上 夹 紧 第 3步 围绕在标志点 中心钻 第 4步 钻通孔 第 5步 铰孔 16铰刀 刀具，高速钢，主轴转速， 330转。 第 2部分： 打 孔机） 操作说明 工具 第 1步 标记点 高度尺 第 2步 板 在机床工 作 台上 夹紧 第 3步 围绕在标志点 中心钻 第 4步 钻 2个 深度 12毫米 的孔 5钻头 第 5步 攻丝孔 刀具，高速钢，主轴转速， 1000转。 第 3部分：大孔直径 40毫米 深度 床） 操作说明 工具 第 1步 标记 35和 40圆 圆盘 第 2步 板 在机床工 作 台上 夹紧 第 3步 铣削直径 10 立铣刀 第 4步 镗 40深度 镗刀 刀具，高速钢，主轴转速， 820转，切深 2毫米粗和 图 4示出需要最佳夹持板的部件进行加工。请注意，在第 1，第 2和第 3部分的第 1步 ，它们标记点和标记圈 都是在第一步，标记完之后才能进行下一步。 空腔板 第 1部分：扩口通孔用直径 16毫米（钻孔机） 操作说明 工具 第 1步 标记点 高度尺 第 2步 板 在机床工 作 台上 夹紧 第 3步 围绕在标志点 点中心钻 第 4步 钻通孔 第 5步 铰孔 16铰刀 刀具，高速钢，主轴转速， 330转。 第 2部分：钻通孔直径为 8 钻孔机） 操作说明 工具 第 1步 标记点 高度尺 第 2步 板 在机床工 作 台上 夹紧 第 3步 围绕在标志点 中心钻 第 4步 钻 2个孔， 到 板 一半的深度 8钻头 第 5步 将板换到另一边 第 6步 板 在机床工 作 台上 夹紧 第 7步 围绕在标志点 中心钻 第 8步 钻两个通孔 8钻头 刀具，高速钢，主轴转速， 640转。 第 3部分： 钻 1/4孔（钻孔机） 操作说明 工具 第 1步 标记点 高度尺 第 2步 板 在机床工 作 台上 夹紧 第 3步 钻 2个深度为 15孔 11钻头 第 4步 攻丝 孔 的 四分之一 攻丝机 第 5步 将板换到另一边 第 6步 板 在机床工 作 台上 夹紧 第 7步 攻丝孔的四分之一 攻丝机 刀具，高速钢，主轴转速 460转。 图 5 机器 需要 的模腔板部件 图 5示出 了需要有空腔板的各部分加工。请注意，在第 1，第 2和第 3部分的第 1步 ，它们标记点和标记圈 都是在第一步，标记完之后才能进行下一步。 核心板 第 1部分：钻直径为 8 通孔 （钻孔机） 操作说明 工具 第 1步 标记点 高度尺 第 2步 板 夹紧 在机床工作台上 第 3步 围绕在标志点 中心钻 第 4步 钻 2个孔，直到板 宽的一半 8钻 头 第 5步 将板换到另一面 第 6步 板 夹紧 在机床工作台上 第 7步 围绕在标志点 中心钻 第 8步 钻 2个通 孔 8钻 头 刀具，高速钢，主轴 转速， 640转 第 2部分： 钻 1/4孔 （钻孔机） 操作说明 工具 第 1步 板 夹紧 在机床工作台上 第 2步 钻 2个 15 度 的孔 11 钻头 第 3步 红丝孔 1/4 攻丝机 第 4步 将板换到另一边 第 5步 板 夹紧 在机床工作台上 第 6步 钻两外两个 1511 钻头 第 7步 攻丝孔 1/4 攻丝机 第 3部分： 加工 直径 32毫米， 深 10毫米 大孔 （铣床） 操作说明 工具 第 1步 标记点 四个 28和 32圆 圆盘 第 2步 板 夹紧 在机床工作台上 第 3步 铣削 28，深度 10毫米的区域 10立铣刀 第 4步 镗 到直径 32，深度 10. 镗刀 刀具，高速钢，主轴转速， 820转，切深 3毫米的粗加工 ， 1毫米的精加工。 第 4部分： 铣 产品的空腔（铣床） 操作说明 工具 第 1步 标记腔体高度 高度尺 第 2步 板夹紧在机床工作台上 第 3步 铣削两 个 120毫米 50毫米 1毫米空腔 3立铣刀 第 4步 在腔体的边界 铣 锥度 80锥铣刀 第 5步 铣削边界 刀具，高速钢，主轴转速， 2700转， 每次 切削深度为 第 5部分： 钻，铰 直径为 6孔 （钻孔机） 操作说明 工具 第 1步 标记点 高度尺 第 2步 板夹紧在机床工作台上 第 3步 围绕在标志点 中心钻 第 4步 钻通孔 第 5步 铰孔 6铰刀 刀具，高速钢，主轴转速， 880转 图 6示出了需要在核心板部件 进行的 加工。请注意，第 1，第 3 ，第 4， 第 5部分的第 1步，这是标记点，标记点和标记圈 都是在第一步，标记完之后才能进行下一步。 磨床用于产生气孔。 图 6 机器 需要 的 核心 板 部件 图 7 机器需要 的顶出板 部件 图 8 机器 需要 的 核心底部夹持 板 部件 推板 第 1部分： 钻 直径 6毫米 孔 ，镗 至 直径 11 度 6毫米（打孔机） 操作说明 工具 第 1步 标记点 高度尺 第 2步 板 夹紧 在机床工作台上 第 3步 围绕在标志点 中心钻 第 4步 钻通孔 第 5步 钻 深 6毫米 的孔 11钻 头 第 6步 铰 通 孔 6铰刀 刀具，高速钢，主轴转速， 880 转 图 7示出了顶出板 各 部件 需要进行的 加工。 底部夹板 第 1部分： 扩 通孔至直 径 55毫米（铣 床 ） 操作说明 工具 第 1步 标记 和 50 55圆 圆盘 第 2步 板 夹紧 在机床工作台上 第 3步 铣削 50通孔 10立铣刀 第 4步 将通孔 镗 到 55 镗刀 刀具，高速钢，主轴转速， 820转， 每次 切削深度 3毫米。 图 8示出底部夹板 部分 需要进行 的 加工。 在完成加工后， 将 所有的模具板组装在一起。每个模具板有它的基准面 且 板的所有在基准平 都是 是相互垂直的。组装模具 过程 中，所有的板必须对准参考平面。换句话说，板的所有基准平面必须在相同的 角度上 。模具完成组装 后 ，螺栓等 将 模具 固定到 注塑机 上 。它 需要 一个接一个 有序的进行安装 。模具通过螺栓被固定到机器 上 ，以防止它 从机器上 向下滑动 。 5 模具测试和修改 对于 模具而言，大多数产品 都有 生产缺陷。塑料材料不能到达产品的 死 角处。这可能 由 被困在封闭的模具中的空气 不能及时排出去导致 。因此，在其上添加排气 装置， 最后， 成功达到所 生产的产品无短射缺陷 的要求。 6 实验设计的过程 为了确定有效的最佳 参数，并且 减少实验次数， 选用 田口方法。因此，选择的因素会影响翘曲， 在 选择的因子和正交阵列（ 的基础上田口方法是必要的。参数的最 佳设置将产生一个最小的翘曲产品。 择的因素 据该杂志 分析 ，有几个可能的因素可以在薄板填充 时导致 翘曲 缺陷 ，模具温度， 浇口 的尺寸，熔体温度，保压压力和保压时间 4 。由于的设计模具不同，因此浇口尺寸因素 不去研究 。由于温度难以控制，模具温度系数也 忽略 。最后，四个因素已被选中。这些因素是熔体温度，充填时间，保压压力和保压时间。 图 9 对符号的定义 择因子水平 这 三个 方面 的每一个因素都将使用田口方法。这是 因为，如果所选择的因子对产品作用 明显 ，我们可能选择低，中，高值，而不是仅仅只 选择 很低 的值 ， 也要选择高值。选定的每个级别的参数因子，根据该杂志建议的示于表 2 。 择正交阵列（ 根据 已选择的因素 ，使用 为它适 用于 四个因素 中的 三个 。该 于表 3 。 7 产品测试程序 测试过程是 控制 所有 有效因素 的组合参数，注塑开始 后各项数据 示于表 4 。这 9组 实验是 进行不同的数据 组合。产品的厚度 等 是在 10个不同的地方使用千分尺 随机进行 测量。 使用 千分 尺 和花岗石块 测量记录 读数和 平均 数 来 反映 该板的翘曲 ， 翘曲测量 步骤 如下所示： （ a）将板放置在花岗石块平坦的表面上。 （ b）千分表向下移动，直到它 接触 花岗岩块和千分表的平坦表面 而 置零。 （ c）板围绕下面的千分表的测头 移动 。 （ d）该板的最大高度在千分表 进行测量计算 ，读数被记录下来。 （ e）重复 以上步骤 。 8 结果与讨论 已完成的加工过程钻，铣和攻丝 等。 对 于 加工过程 来说 是非常重要的工作 并且 得到了良好的质量 ， 节省 了 加工时间。在加工过程中，有一些步骤应该突出重视 ， 特别是对冷却流路 的影响。 钻 孔 过程中， 使用 钻孔机是径向钻孔机 ，而不是垂直钻床。这是因为摇臂钻床是 由 齿轮 控制主轴转速 而垂直钻孔机是用皮带 控制的 。因此，该径向钻孔机相比垂直钻床可以产生更高的扭矩。 9 结论 塑料注射成型在制造过程中 是 一个比较重要的领域。有许多塑料制品通过注射成型 生产 。通常，注射成型过程包括四个 阶段 ， 模具设计， 模具制造， 设计和制造修改， 机器设置。这些阶段如下所示： （ a） 模具设计 在设计过程中，模具设计师应考虑的因素，如机械性能，冷却通道的位置，浇口尺寸等 。 （ b） 模具制造 模具制造商应该 选择 更合适的加工类型。除此，也需要 进行工艺规划 节省时间 。 （ c）设计和制造修改 不是每个模具可以成功地生产该产品。因此，必须在模具上进行 某些修改 。 （ d） 机器 设置 机器 设置必须能产生具有最小缺陷的产品。 所生产的产品 用于做 翘曲缺陷 实验 。 采 用田口方法， 进行了九次实验 。可以最大限度地减少翘曲缺陷 的参数 是：熔体温度（ 240 0C ） ，充盈时间（ ） ，保压压力（ 90 ）和保压时间（ ） 。在这些因素中，熔体温度是最有效的因素。填充时间不是显著因素。 参考文献 1 in an 31 (1999) 777790. 2 J. 1998, p. 40. 3 . o of an of J. 128 (2002) 113122. 4 in of an a J. 2001) 19. 82 (2007) 418426in of S., be 1. is an to of to be to 0% 1. It is a is of in of 2. is of in it 3. of as a of is to as of 4. is be To to is 20 50 mm be It is on to is to be on be on in by of in 2006 004; in is of to is to a a In be to by it on 0.6 s)N. R. 43400 006; 0 006in of is of 20 50 1 be is on be on on 240C), 0.5 s), 90%)et (2007) 418426 419in is 2D. it is to 050 as as in be in of is as a) b)(d)1. is a 2. of c) at at is in of is of d is bc of on of be In 50 250 mm , to be on of mm)op 1 250 250 25 1 200 250 40 1 200 250 40 237 250 70 1 120 250 15 1 120 250 20 1 250 250 25is a 50 1 mm in on is at is at to is is to is if is 1 in is in to 2 of in in is a be by et (2007) 418640 3. of in to be it is is of : 6 mm on at 15.5 16 330 : 6 on at 2 mm 5 6 1000 : 0 mm 4.8 mm 35 40 on 35 4.8 mm 10 40 4.8 mm 820 of 2 mm mm 4 of , 4. of to is at to : 6 mm on at 15.5 16 330 : mm on at of 8 to on at 8 : (on 5 mm 11 11 , 460 et (2007) 418426 : 2 mm 0 mm 28 32 on 28 0 m
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