斜齿轮组件的成型工艺及塑料注塑模具设计【一模四腔】【说明书+CAD】
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一模四腔
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斜齿轮组件的成型工艺及塑料注塑模具设计【一模四腔】【说明书+CAD】,一模四腔,齿轮,组件,成型,工艺,塑料,注塑,模具设计,说明书,CAD
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毕业设计(论文)外文资料翻译 系 别 电信息系系 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 B070203 姓 名 李 勇 学 号 B0706011 外文出处 ScienceDirect International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740747 附 件 1. 原文； 2. 译文 分析快速成型注塑模具加工程序Sadegh Rahmati, Phill Dickens摘要随着全球市场竞争的日益激烈，企业压力增加，不断调低产品生产周期。由于交货时间和工具加工成本趋于下降的趋势,所以现代工具制造厂必须在压力下快速、准确、以较低成本来生产产品。缩短生产原型产品是时间加快新产品开发的关键。快速成型模具生产当中，特别使用快速成型技术制造注塑模具装配可节约生产成本并减少时间。在本文中,快速成型技术是用来直接生产快速注射模这种短期生产工具。对快速成形工具成功注射的数量及其性能进行评价分析。快速成型环氧工具能抵抗注射压力、注射温度以及500次注射次数。对注射过程中工具失效机制调查得知工具的失效是由于过度的弯曲应力或是因为由于剪切应力过大而造成的。2006年爱思唯尔出版社有限公司版权所有。介绍设计降低生产新部件时间的方法,因为产品的交货时间拖很久的话无法满足客户需求1,2。设计能力提高、产品品种增加、交货时间缩短，以及产量降低，均是快速模具技术发展的重要驱动力,生产期间，加工时间和生产成本明显有所降低3 - 5。与此同时,快速成型模具加工技术正在不断提高,并在制造商企业内越来越受欢迎 6 - 8。在诺丁汉大学研发的快速成型注塑模具工具方面占有两种优势。第一种是在在应力和温度的极端条件下针对工具的设计可提供资料数据,并能从不同的测试中获取数据, 类似于真实情况9。第二种是研发一种理论分析快速成型注塑模具过程的方法 10。这证明可使用少量的快速成型注塑模具成功生产五百个以上数量的工具零件。作者：S. Rahmati的邮箱，rahmati。英国拉夫堡大学快速生产研究小组的负责人和教授。实验方法在构建快速成型注塑模具工具过程当中，根据光固化快速成型250型号快速成型机上的CAD数据，直接将环氧树脂壳层嵌入到模具当中。这些嵌入物正好通过钢框架插入到钢模具当中，模具背面用铝粉或是铝薄片和环氧树脂的混合物填充(图1)。这些混合物额外增加了嵌入物力量并使模具具有散热特点。使用50吨的巴顿菲尔注塑机测试快速成型工具，生产聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯零件。如图2弹簧浇注系统 快速成型模具上内模腔钢框架模后填充材料 铁心用钢框架顶出针 快速成型模具下内膜图1：快速成型模具工具镶件横截面图2：从快速成型工具取出后的模具状态模具加工过程当中，测出型腔模具温度和压力，利用不同的热电偶控制熔体温度，以尽可能地确保型腔状态保持一致。使用光学显微镜或是扫描电子显微镜检测两种模具断裂样本。裂缝的立方体用于横截面和断裂面的研究。裂缝当中嵌入模具材料的立方体，使用铸造材料铸好，切割然后使用光学显微镜将其抛光，以便于检测。可是，使用扫描电子显微镜研究立方体断裂面和模心，导致快速成型模具工具出现失效机理。注射压力分析在喷射器底部放上测压软件来检测压力剖面（如图3）。浇道套 模制浇铸道 喷射器内角模腔边喷射器中间喷射器 测压元件模蕊侧喷射器中间测压元件电缆图3：喷射器和测压元件的位置在顶针施加的压力将转移到放置在喷射器另一末端的测压元件上。取五个顶针其中的三个,其中一放在喷射器中间，另外两个放在喷射器拐角处，测量压力。所有的测压元件与数据记录器连接，并用电脑操作。在注射过程中记录的变化电压转换成为压力。结果如图4描绘所示，在喷射器中间达到最大喷射压力1650 psi （11.4兆帕), 在喷射器拐角压力下降到约1300psi(9兆帕)。180016001400120010008006004002000快速成形环氧树脂模具型腔三个地方的压力剖面Corner Pressure 1Middle PressureCorner Pressure 303691215182124时间 (秒)图4. 快速成形环氧树脂模具型腔三个地方的压力剖面。快速成型环氧树脂模具工具相关温度和材料的研究图5记录了在周期时间内的典型实际温度，在开始下一次注射前，温度达到451摄氏足够在规定时间内完成使模具冷却过程。为了计算抗涨强度和剪切应力，需准备标准实验样品，规格按照ISO527测量剪切应力，按照ISO179检测冲击强度。120100806040模心1模心2模心3模心4型腔1型腔2型腔3型腔4 2000100200300400500600时间 秒)图5：环氧树脂模具工具内逐次循环温度变化冲击强度平均值被测定为28.4 kJ/m2 ，不同温度平均值如图6描绘所示。环氧树脂拉力和剪切力测试结果如图7所示。10090冲击强度8070605040302010 20 30 40 50 60 70 80 90温度 (摄氏度)图6：饱和环氧树脂的不同温度下相关的冲击强度。70706060抗拉强度(MPa)50剪切应力(MPa)50404030302020101000102030405060708090100110温度 (C)图7：快速成型环氧树脂5170型号模具的相关温度下的最大抗拉强度和最大剪切应力失效机理分析当塑胶被注入到在型腔时,型腔内突然压力上升, 在成型周期期间内腔压力达到最高(图4)。这种压力表现出核心特征,这可能导致工具断裂,如果超过材料的极限抗拉强度极限抗挠曲强度，图8显示了在注塑期间各种可能发生的情况,。在8(a),没有失败,8(b)中出现一个弯曲故障，8(c)有一个剪切破坏。瞬间弯曲应力会导致过程失败,或是裂纹扩展，疲劳失效。立方体模制流动方向旋转点熔体压力传感器 熔体压力传感器(a) (b) (c)图8：注射期间发生不同情况下示意图，(a) 没有失败; (b) 玩去破坏; (c) 剪切失败.在注射过程中抗弯失败观察到绝大多数失败的情况是在弯曲应力上。出现弯曲故障时注射压力克服了工具的抗弯强度,致使绕轴点旋转,最终导致断裂(图8(b)。如果注射压力超出了快速成型模具工具的抗弯强度这种情况可能会出现,但通常抗弯失败是由于使用次数过多 (图9)。表1记录了快速成型模具立方体的抗弯强度的相关理论计算。ZYX轴方向的弯曲应力XahYY 中性轴塑性流动图9立方体压力参量和迎风气流示意图表 1快速成型模具立方体弯曲应力 惯性矩 力矩 弯曲应力 40 1摄氏度挠曲强度 （m4) (N m) (Mpa) (Mpa) 立方体1108 x 1012 1.687 46.85 65.0 然而,在实践当中,产生了数以百计的快速成型模具工具零件失效情况,过高地估计理论模型的弯曲应力。这两个理由，第一，最小宽高比为10时弯曲应力方可承担,而实验当中高宽比为四。第二, 在注射过程中注射压力施加应该在在立方体的前面,但是现实中这种压力施加在熔压方块的后面。疲劳裂纹扩展 图10是一幅拍摄在实际故障发生前的制模断面图，图中显示的是在后续注射制模时真实的逆裂纹方向，也就是裂纹产生的相反方向。图11显示了一个简单的立方体的抗弯失败图,而图10是经过大量的镜头拍摄得到的。在快速成型模具工具在设置应力集中时发生裂纹萌生,如尖锐的角度和阶梯(此为快速成型模具工具零件固有性质)。图10：制模过程失败前产生的多余的裂纹图11：抗弯失败后裂纹扩展图裂缝破坏的迹象如图12所示,能看到在破裂面条纹形式排列,每条裂纹都代表裂纹扩展状态。图12 扫描式电子显微镜下观察到的断裂面上的真实条纹剪切破坏剪切破坏在熔体流动的方向剪切时出现。图13展示了快速成型模具立方体的剪切断面图。值得注意的是,快速成形模具立方体是通过塑料流动堆积而成的表2记录了剪切应力的计算结果, 在操作期间产生快速成型工具的最大剪切应力，均低于快速成型工具工具的抗剪强度。此外, 在表2最后一列所示注射温度超过401摄氏度时快速成型工具可以被制做成功。图14,描绘立方体各点最大剪切应力的剪切应力与平均剪切应力比较，以及最大剪切应力各点抛物曲线情形。表 2快速成型模具立方体个点剪切应力剪切面积 AS (mm2)剪切力 V (N)剪切应力 tave (Mpa)剪切强度（40 1摄氏度） (Mpa)最高温度 (1C)立方体136421.6411.7124.365.3立方体2 230421.6414.0524.361.5立方体3 324421.6417.5724.355.9立方体418421.6423.4224.346.4 N.A.图14：最大立方体底部剪切压力分布图结论该技术成功的关键是快速成形工具必须有极低的导热系数和较短的注射时间 (图15)。这两个因素是快速成型注塑模具成功的关键, 可大多情况下都被忽略了。图15：注射期间压力与温度相关分布图工作的结果可归纳如下:使用环氧树脂过以生产超500个零件，并且使用外间空气冷却型腔到451摄氏度。在注射过程中工具的失效归因于塑料温度。在注射过程中在工具韧性不好,或在工具温度过高时可能会出现失败。经验和理论计算确认,在注射过程中大多是由于抗弯曲应力失效而失败。减少了长宽比的特征会降低工具抗弯曲失败的现象。在注射过程中很少可能由于弯曲破坏而导致剪切应力失效，由于快速成形工具要求特定条件，温度超过401摄氏度才能注射。参考文献1. 1 D. Chen, F. Cheng，工业技术一体化的产品和工艺开发过程使用快速成型和工作细胞仿真技术杂志16(1)(2000)。2. J.A. McDonald, C.J. Ryall, D.H. Wimpenny快速原型个案资料，专业工程出版，英国，2001。3. M.A. Evans, R.I. Campbell，使用快速成型模型比较评估工业设计和加工技术研讨会，快速样机成型杂志 9（5）（2003）4. A. Venus, S. Crommert,快速成型注塑模具工业生产，快速原型法，容积2（2）。美国迪尔伯恩市1996。5. Y. Li, M. Keefe, E.P. Gargiulo,研究直接加工快速成型模具工具，第六快速成形制造方法欧洲会议，诺丁汉,英国,1997年7月,ISBN:0-9519759-7-8，页数：253-266。6. P. Decelles, M. Barritt, AIM原型工具,三维系统,1996年P / N 70275/11-25-96。7. T. Greaves, (Delphi-GM),研究:利用快速成型技术发展注塑模制模工具，生
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