塑料注射模具设计方案及热分析.docVIP

材料研究学报171（2006）259–267 唐明衡?，居住在香港，S.M.，R.沙明，S.苏莱曼机械与制造工程系，马来西亚博特拉大学，43400沙登，雪兰莪州，马来西亚2004九月3 21 2005六月收到 摘要：本文介绍注塑模具设计生产翘曲测试样本以及为了获得残余热应力的影响在模具中执行热分析。这项技术、理论、方法在注射模具设计中必须被考虑运用。在商业计算机上使用13.0版本的计算机辅助设计软件UG进行模具的设计。使用商用有限元分析软件LUSAS分析家分析发现并揭示由于试样的冷却不均匀使塑件存在残余热应力的分析报告。该软件提供模型的温度等高线分布图并通过注塑周期时间响应曲线绘制温度变化曲线。结果表明与其它区域相比收缩更可能会发生在冷却渠道附近。模具这种不平衡的冷却效果有助于不同区域翘曲的产生。 关键词：注塑模具 设计 热分析 1.引言 塑料工业被列为一个数十亿美元的产业，是世界上增长最快的行业之一。在 日常生活中几乎所有的用品都离不开塑料，而大多数这些塑料都可以用注塑的方 法生[ 1 ]。 众所周知注塑成型加工是以较低的成本生产各种形状复杂的几何体产品 [ 2 ]。 注塑成型加工是一个循环过程。在注塑过程中有四个重要的阶段。这四个阶 段是加料阶段、保压阶段、冷却阶段和顶出顶出。塑料注塑成型加工首先是往注 射机料斗中添加树脂和适当的添加剂，并加热塑料注射机的料斗到喷嘴部分[ 3 ]。 在注射温度下模具型腔充满热聚合物熔体，在模具型腔填满后的保压阶段，更高压力下更多的聚合物熔体装入型腔，以补偿前期聚合物凝固引起的收缩。接下来是模具的冷却阶段，塑件在排出前被冷却到足够的强度。最后一步是顶出阶段，模具开模同时顶出塑件， 然后模具再次合上并开始下一个周期。事实证明设计和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一个昂贵的工程，包括反复修改加工，在模具设计任务中，设计模具明确附加几何结构，核心方面通常包括相当复杂的凸凹面[5]。 为了设计模具必须考虑许多重要的设计因素。这些因素分别是模具的尺寸、 型腔数、型腔的布局、浇注系统、浇口系统、收缩和顶出机构在模具的热分析中，其主要目的是分析影响残余热应力或压力对产品尺寸的影响。热诱导应力主要发生在注塑成型的冷却阶段，主要是因为其热传导性低以及熔融树脂与模具之间的温差。在冷却期间产品的冷却腔周围温度存在不均衡。在冷却时，冷却管道附近的冷却效果比远离冷却管道区域的冷却效果好。不同的温度导致不同的收缩，不同的收缩导致热应力而显着的热应力可能会导致翘曲问题。因此，在冷却阶段对注射工件进行残余热应力模拟分析是非常重要的。通过了解热应力的分布特点，可以预测残余热应力引起的变形。本文介绍了注塑模具设计生产翘曲试样以及为了获得残余热应力影响而在模具中执行热分析。 2. 方法 2.1 设计翘曲测试样本 本节说明了用于注塑模具的翘曲测试样品的设计。很显然翘曲的主要问题存 在于产品的薄壳特征。因此，产品开发的主要目的是设计一个塑件，以确定注塑 工件薄壳翘曲问题的有效因素。 翘曲测试样本是薄壳塑料。样本的总体尺寸长120mm，宽50mm,厚1mm. 用 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）作为材料，在注射温度为210℃，压力为 60MPa,持续3s 时间生产翘曲测试样本。图1 显示了翘曲测试样本的制作 2.2 翘曲测试样本注塑模具的设计 本节介绍了设计生产翘曲测试标本时，在模具的设计方面和其他方面的考虑 因素。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是AISI1050碳钢。在模具设计时考 虑了四个构思，其中包括： i. 三板式模具（构思1 ）有一个型腔两个分型面。由于成本高，所以不适用。 ii. 两板式模具（构思2 ）有一个型腔一个分型面但无浇注系统。由于单位时 间内注射生产量低，不适用。 iii. 双板模具（构思3 ）有一个分型面和两个型腔，带浇注和顶出系统。由于 塑件的是薄壳的，顶杆可能破坏工件，所以不适用。 iv. 双板模具（构思4 ）有一个分型面和两个型腔带浇注系统，只用拉料杆为 顶出机构，避免顶出时破坏塑件。 翘曲测试样本模具设计的第四个构思被应用。在模具设计中，还有许多因素 需要考虑。 首先，根据注塑机使用的压板尺寸设计模具。注塑机行程是有限的，通过两个拉杆间的距离确定注射机的最大行程。注射机两个拉杆间的距离为254mm，因此，最大模板宽度不应超过254mm这个距离。此外在模具和两连杆中留出4mm的间隙便于模具的拆装。这最终使模具最大宽度250mm。250X250的标准模架最终被使用。其他有关模板的尺寸则列于表1 模具已设计了夹紧压力，锁模力应高于内部腔力（反作用力）以避免飞边的 发生。以提供的标准模架尺寸为根据，凹模的宽度和高度的分别是200和250毫米