雙耳止動墊片的沖孔落料沖裁模具設計【級進模優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含UG三維10張CAD圖紙帶任務書+開題報告+外文翻譯】-cymj18

雙耳止動墊片的沖孔落料沖裁模具設計【級進模】

摘  要

隨著社會生產力的提高與發(fā)展，現(xiàn)如今模具制造中的沖壓加工已經是一種非常成熟的金屬加工方法。它具有操作簡單、精度高、產品一致性好、生產效率高、材料利用率高和用于大批量生產等特點。本次畢業(yè)設計根據(jù)已經確定的沖載件即雙耳止動墊片的尺寸進行沖載工藝的分析及設計，從而得到沖載工藝。根據(jù)已經確定好的沖載工藝進行凸凹模結構參數(shù)的計算與設計，并根據(jù)文獻資料最終確定級進模的凸凹模結構。根據(jù)設計好的凸凹模結構選擇標準零件和模架，從而完成模具的設計并校核。完成模具設計后，用UG軟件完成模具的三維模型并采用AutoCAD軟件完成模具裝配圖的制圖。本次畢業(yè)設計還獨立完成與專業(yè)相關且不少于4萬字符的指定英文資料翻譯。通過本次畢業(yè)設計，我系統(tǒng)的學習和掌握了模具設計的知識和制造加工工藝的編制技術。我采用了較好的設計思想和設計方法，成功的完成了雙耳止動墊片沖孔落料級進模的畢業(yè)設計。

關鍵詞：設計；工藝分析；沖壓模具；結構計算；級進模。

Abstract

With the improvement and development of social productive forces, the stamping of Mold Manufacturing now is already a very advanced metal processing methods. It has the feature of simple operation, high accuracy, product consistency,  high production efficiency, high utilization of materials and for mass production and so on. The graduation project bases on the pieces（binaural washer）of punch set that have been identified in binaural washer dimensions for analysis and design of the craft of punch set resulting in getting the craft of punch. I will do the job of calculation and design of structural parameters punch basing on the craft of punch set that has been determined，and ultimately determine the progressive of punch structure of Progressive Die according to the literature. I select the standard parts and the mold according to the designed structure of punch structure .Thus completing the mold design. After the completion of mold design, I use UG software to complete three-dimensional model and use AutoCAD software to complete the graphics of mold assembly drawing. The graduation project is independently complete not less than40,000 characters of the specified English translation associated with professional. Through this graduation design, I learn systematically and mastered the preparation of technical of manufacturing process and knowledge of mold design. I used the advanced design concepts and design methods, and I successfully complete the graduate design of Binaural Washer Punching and Blanking Progressive Die Design.

Key words : design; process analysis; stamping die; progressive die; structural calculations.

目  錄

引言 1

1  沖載件的工藝性分析 2

1.1 沖載件 2

1.1.1沖載件材料的選擇 2

1.1.2沖載件結構分析 2

1.1.3沖載件尺寸精度 2

1.2 沖載模的選擇 3

1.2.1方案一 — 單工序模生產 3

1.2.3方案二 — 復合模生產 3

1.2.3方案三 — 級進模生產 3

2  沖載工藝設計 4

2.1 排樣方式的確定及計算 4

2.1.1搭邊值的確定 4

2.1.2確定排料方向 4

2.1.3計算送料步距A 5

2.1.4計算料條寬度B 5

2.1.5排樣圖 5

2.1.6計算材料的利用率 6

2.2 級進模壓力中心的建立 7

2.3 沖載力的計算 9

2.3.1 沖孔力 10

2.3.2 落料力 10

2.3.3 沖載力 10

2.3.4 卸料力、推件力和頂件力 10

2.3.5 壓力機的選擇 11

3級進模設計 12

3.1 凸、凹刃口尺寸計算 12

3.1.1 沖孔時凸、凹模刃口尺寸的計算 12

3.1.2對于落料時凸、凹模刃口尺寸的計算 12

3.2 凸、凹模外形尺寸計算及確定 14

3.2.1沖孔及落料凸模外形尺寸計算及確定 14

3.2.1沖孔及落料凸模外形尺寸計算及確定 16

4  級進模主要零件設計 17

4.1 級進模模架的設計 17

4.2級進模模柄的設計 18

4.3 級進模墊板的設計 19

4.4 凸模固定板的設計 20

4.5 彈性卸料板設計 21

4.6 導料板的設計 23

4.7 標準圓柱銷和內六角圓柱螺釘?shù)倪x擇 23

4.8 級進模導柱和導套的選擇 25

4.9 級進模校核 26

5  級進模零件材料的選擇 27

5.1 級進模凸模選材 27

5.2 級進模凹模選材 28

5.3 級進模上、下模座選材 28

5.4 級進模導柱和導套選材 28

5.5 級進模其他零件的選材 29

5.5.1級進模墊板、導料板和卸料板選材 29

5.5.2 級進模凸模固定板選材 29

6  級進模主要零部件的加工工藝 30

6.1 凸模加工工藝 30

6.1.1圓形凸模加工工藝 30

6.1.2非圓形凸模加工工藝 30

7  級進模的UG建模和autoCAD制圖 31

總結 33

謝  辭 34

參考文獻 35

附  表 36

【詳情如下】【需要咨詢購買全套設計請加QQ1459919609】

A novel method for improving the surface quality of microcellular injection molded parts 11頁.docx

Optimisation of Micro Injection Moulding Process through Design of Experiments 6頁.docx

ug7.5

zhuang pei.stp

一種改善微孔注射液型注塑件表面質量的新方法.docx

上模座.dwg

下模座.dwg

凸模固定板.dwg

凹模圖.dwg

卸料板.dwg

雙耳止動墊片.dwg

雙耳止動墊片沖孔落料沖裁模具設計【級進?！?docx

雙耳止動墊片沖孔落料沖裁模具設計任務書.doc

雙耳止動墊片沖孔落料沖裁模具設計開題報告.doc

雙耳止動墊片沖孔落料沖裁模設計中期檢查表.doc

圓形凸模.dwg

墊板.dwg

文件清單.txt

裝配圖.dwg

通過實驗設計優(yōu)化微注射成型工藝.docx

非圓形凸模.dwg

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[11] N., J., 2012. 012; 15(5), p. 216. 1 一種改善微孔注射液 型 注塑件表面質量 的 新方法 摘要 微孔注射成型是用于制造發(fā)泡塑料部件的制造方法。微注塑成型有許多優(yōu)點，包括材料，能源，節(jié)約成本以及提高尺寸穩(wěn)定性。盡管有這些優(yōu)點，該技術已被其意欲限于創(chuàng)建部件與表面缺陷，如表面粗糙或氣體流痕。改進微塑件表面質量的 方法已經調查了一些研究。本文介紹了一種使用微注射成型工藝實現(xiàn)漩渦自由發(fā)泡塑料部件的新方法。通過材料配方和氣體濃度控制聚合物 /氣體溶液的細胞形核率，微注塑表面缺陷的成型部件得以實現(xiàn)。本文介紹了這種方法的理論背景，以及在表面粗糙度和輪廓，顯微組織，機械性能和尺寸穩(wěn)定性方面的實驗結果。 關鍵詞： 微注塑成型 塑料發(fā)泡 漩渦 - 自由表面 ?2011 司 保留所有權利。 第一章 簡介 市售微孔注射成型工藝（又名 藝）包括四個獨特的步驟，即，氣體溶解，成核，細胞的生長，并塑造 [1]。在氣體溶解階段，聚合物在注射料筒是用超臨界流體（ 氮氣，二氧化碳，或使用特殊的螺釘，其目的是最大限度地提高混合和氣體溶解在聚合物熔體中另一種類型的氣體的混合。在注射過程中，大量的成核位點（幅度比常規(guī)的發(fā)泡工藝高幾個數(shù)量級）都是由一個快速和大幅度壓降形成的聚合物 /氣體溶液被注入到模腔中，從而導致細胞（氣泡）的形成。在注射模制周期的其余部分，細胞繼續(xù)生長以填充和包裝出的模具，并隨后補償聚合物收 縮的材料在模具內冷卻。細胞生長是通過量和溶解氣體的空間分布驅動。細胞的生長也被通過處理條件如熔體壓力和溫度，以及材料性質，如熔體強度和氣體的溶解度進行控制。最后，該部分的成形發(fā)生在模具內，直到模具打開允許部分的噴射。 通訊作者。電話： 真： 電子郵件地址： 2 可在 容列表 聚合物 期刊主頁： 位 /聚合物 0032 e 見 前面的問題？ 2011 司 保留所有權利。 于微注射成型工藝的發(fā)明，出現(xiàn)了對過程 、 材料并針對具體化的全過程中潛在的技術發(fā)展的許多研究。根據(jù)以往的研究 [1微注射成型提供了許多優(yōu)點，如成本節(jié)約，降低體重，緩解加工由于粘度低，和出色的尺寸精度。由于這些優(yōu)點，該微注射成型工藝已被用于在許多行業(yè)，如汽車，電氣產品，以及使用范圍廣泛的熱塑性塑料的家用電器。 盡管有這些優(yōu)點， 但是 ，微注射模制零件獨特 的氣流標記相關聯(lián)的表面缺陷（ 被稱為渦形痕跡 在 本 論文） 和缺乏平滑性仍然 成為 微孔注塑的主要缺點之一。為了消除或減少這些表面缺陷有過 研究 嘗試，如報告在參考文獻的幾項研究。 [ 6 。一些研究人員已經集中在模具表面的溫度修正，以提高微注射模制零件 [ 6表面質量。與聚合物泡沫體，發(fā)現(xiàn)氣泡在前進熔體前沿形成首先通過向模具表面的噴流的行為 ， 其拉伸和后拖向模具壁造成渦形痕跡 [9]。在聚合物熔體的填充階段，保持模具壁溫度足夠高，氣泡在模具表面處，以消除提高了微孔注塑件的表面質量。通過快速，精確地控制模具溫度 下使用模具溫度控制單元或其它種類的熱或表面加熱裝置，可以 生產出 微孔發(fā)泡塑料與光澤和漩渦 - 自由表面。 這里也一直努力消除對微注塑件的螺旋紋無需任何模具溫度控制器。特別是，有人提出，插入絕緣體到模具壁可能有助于保持模具和聚合物之間的界面溫度熔融高。這種技術基本上可以得到 和 模具 [10]溫度下變形 的 相同結果。熱分析和實驗結果證明， 加 在模具上的絕緣層，可提高微孔注塑件 [11]的表面質量。 另一種具有改進表面質量制造部件 的 方法 叫做 微孔共注塑過程 [12]。在該技術中，固體表面材料注入適量的注射發(fā)泡芯材 料 。這可以產生一 個夾持（固體 表面 發(fā)泡 和 芯固態(tài)皮膚）結構與表面光潔度類似于常規(guī)成型部件的同時部分地保持微注射成型的優(yōu)點。 用于改進的微孔注塑件表面質量的另一種方法是將氣體反壓過程 [13,14]。3 在這個過程中，高壓氣體被注入到聚合物 /氣體溶液來抑制細胞的成核和氣泡生長之前的模具中，同時所述聚合物 /氣體溶液被注入到模腔中。朝向注射結束時，計數(shù)器的氣體壓力被釋放并且氣泡開始形成的空腔內 。 既然大部分的零件表面已經凝固，氣流 流痕 被 消除。 盡管有這些努力 來 提高表面質量，在應用微孔注塑成型過程中 ， 部分 要求 具有高表面質量的行業(yè)已經 遇到 的困難，因為這些技術需要額外的設備而導致成本高或維護。沒有改善微孔注塑件的表面質量 不用 任何額外的設備或改造現(xiàn)有設備的 研究報道。 本文提出了一種通過控制細胞的成核率來改善微孔注塑件表面質量 的 新方法。在這項研究中，細胞成核速率 的 顯著降低或延遲 是通過 控制的過飽程度和使細胞核已于灌漿期延遲。 在 聚合物 /氣體溶液容積填充模腔 后 ，故意延遲成核發(fā)生和形成的氣泡在聚合物基質中，除非該材料已經固化后接觸模具表面的表面上。理論背景和實驗結果在本文中闡述。顯微組織，表面輪廓，表面粗糙度，機械特性，尺寸穩(wěn)定性也進行了研究 在 本研究 中 。 第二章 理論 核理論的聚合物泡沫 在聚合物泡沫，成核是指聚合物 的 氣體溶液中形成氣泡的初始階段。對于成核， 在它們生成 和發(fā)展 成 宏觀的 大小 前 [15]， 氣泡必須克服的自由能壘，。根據(jù)經典形核理論 [16成核速率是由宏觀性質和聚合物和氣體，如溶解性 、 擴散性 、 表面張力 、 氣體濃度 、 溫度和過飽和度的狀態(tài)控制 的 科爾頓 和徐 [19,20]報告了 一 個 代表方程聚合物泡沫的成核率。除了數(shù)學表示，他們也證實其形核理論實驗為使用高壓容器間歇發(fā)泡過程。由經典形核理論[16主微孔泡沫成核方程可表示為 N = ?????/ （ 1） 其中 是用于成核的活化能壘。 根據(jù)以前的研究 [19,20]，聚合物泡沫的成核速率是由兩部分組成：一個同質術語和異構術語。活化能為均相成核由下式給出 4 ?????????? ? 16????33???2 （ 2） 其中 P 被假定為氣體的飽和壓力。更精確地說 ,?P=|????′ ?????| 其中 施加在高壓容器中， 16]中的壓力的壓力。也就是說， Δ P 是所施加到蒸汽的樣本壓力 而不是 樣品上的壓力。當該飽和的氣體在高壓容器中的壓力突然釋放觸發(fā)所謂的熱力學不穩(wěn)定性的樣品渲染成過飽和狀態(tài)， 變成 1 條，這樣比較低的公關 Δ 另一方面，活化能為異相成核受依賴于接觸的聚合物和顆粒之間（潤濕）角，并且可以被表示為幾何因子 ?????????? = ?????????? ×??(??) (3a) f(θ)= 12 ? 34 + 143 (3b) 其中， f（ θ ）為幾何因子，它是聚合物和第二相之間的界面取決于接觸角θ且 具有小于或等于 1 的值，對于大約 20 的典型的潤濕角 θ 固體粒子和聚合物熔體之間的界面上，幾何因子是 ，這表明為異相成核的能量勢壘可以由三個數(shù)量級的減少與接口的存在 [20,21]。 核理論微孔注塑成型 在間歇發(fā)泡過程，科爾頓和徐的理論通過實驗進行了驗證。由于在高壓容器中的壓力和在樣品中的過飽和蒸汽的壓力之間的差大，溶解在聚合物中的氣體壓力，在 Δ 約假定為飽和氣體壓力。假設 Δ P 是 在批處理發(fā)泡過程相當合理 的 氣體飽和壓力雖然由于先前的研究 [15]報告過度估計Δ P 仍然可以具有約 30誤差。 成核理論由科爾頓和徐是派生的，并從經典的成核理論 [16改，一般是足夠批次發(fā)泡工藝的簡化形式。然而，有必要對這一理論在微孔注塑和擠出系統(tǒng)的情況下進行修改，因為 Δ P 不能被直接控制和計量。為 了預測在核微孔注塑成型和擠出過程更精確，本文提出了一種不同的形式，其中包括過飽和度期的細胞形核理論，因為它是一種直接控制因素。 為 避免錯誤估計 Δ P，并考慮過飽和度，對于成核更正確的激活能量方程可以從下面的公式 [16,17]導出 5 ,?P=|????′ ?????| = 2??????（ 4） 其中 特征液滴的半徑，并且 程 ?????∞= 2?????????? （ 5） 其中 飽和蒸汽（即，平衡壓力）的壓力， R 是通用氣體常數(shù)， 些方程產量 ?P = ?????? ????∞?? （ 6） 它也可表示為 ?P = 1 (7) 其中 散裝液體的分子密度，以及 鐠 = 程度，為成核的微注射成型過程中的活化能方程（參見方程（ 2） ）可以通過以下方式給予 ????? = 16????33(??????1?)2（ 8） 因而可以說，在活化能為成核是成反比的過飽和度的自然對數(shù)的平方。 在該微注射成型過程中， 當 它被注入到模腔中 時 聚合物 /氣體溶液變成過飽和亞穩(wěn)態(tài)溶液。這是因為 在 壓力迅速下降 時 氣體能夠溶解在聚合物中的量為小于最初溶解在聚合物熔體中的氣體量。特別是，假設空氣在空腔被正確排出，在前進熔體前沿的壓力為大氣壓?？梢杂砂⒗勰釣跛剐捅磉_式來獲得關于溫度 [22]的氣體在聚合物中在大氣壓力和處理溫度的溶解度 1 tu e = ?? ?????? ? ?? ( 1??? 12 )) (9) 其中， ?? ????是 氣體的聚合物在標準溫度和壓力條件下（ 298個大氣壓）中的溶解度。參數(shù) ? ???是吸附的摩爾熱， 聚合物熔體的溫度。 由此，過飽和度由下式給出 = ???? ???????? ? ?? ( 1??? 12 )) (10) 其中 ????是可以由超臨界加以控制的氣體劑量流體（ 供電系統(tǒng) 。 6 在標準溫度 下， 各種聚合物 /氣體系統(tǒng)吸附的熱量 ? ??? ????? ，在許多先前公布的研究進行了研究和總結。為了得到過飽和度在微注射成型過程中的聚合物 /氣體溶液，就必須要么測量在標準溫度和壓力下氣體 在 聚合物中的溶解度，或公布氣體 在 該聚合物的溶解度的數(shù)據(jù)。在等式的活化能壘為核（ 8）， ?G**，可以基于過飽和度計算和氣泡界面，克的表面能獲得的。給出的活化能壘和頻率因子 f，成核速率（表示為公式（ 1）），然后可以計算。氣泡界面的表面能和頻率因子的估計值將在下面討 論。 在微注射成型中，聚合物 /氣體溶液可以被視為一種液體混合物。因而，氣泡的界面，克的表面能，可以表示為 [23,24] ?? = ???? ?????? ( ?? ????)4(1? ?? ??) （ 11） 其中 ???? ??????是該聚合物的表面能中， ??′??是密度和 ?? ??是氣體的重量分數(shù) 。 此外，對于氣體分子， 式的頻率系數(shù)。（ 1）可以表示為 [24f = π????2) (12) 其中， 已達到臨界規(guī)模 ??，但仍無法將增長到可持續(xù)氣泡許多集群。參數(shù) β是沖擊速率的氣體分子碰撞的群集的壁上。參數(shù) 通過實驗來確定。 一旦獲得了成核速率的過飽和度的函數(shù)，可以控制氣體在聚合物熔體中，以控制或延緩細胞的成核的發(fā)生（ 內容，以便沒有氣泡形成于在前進的熔體前沿注射灌漿期 。 因此，允許部分微孔固體，漩渦自由表面進行注射成型。 第三章 實驗 料 在本研究中使用的材料是一種注塑級低密度聚乙烯，低密度聚乙烯（雪佛龍菲利浦化學公司，德克薩斯州，美國）。它具有 25 g/10 分鐘 和 密度，熔體指數(shù)。 為了證實該理論，通過控制過飽和度，無規(guī)共聚聚丙烯（ 程度提高表面質量也被用于本研究。在本研究中使用的聚丙烯是 工業(yè)7 株式會社制，馬來西亞），具有 20 g/10 分鐘 和 密度，熔體流動指數(shù)。使用了兩種材料作為沒有任何著色劑，填料，添加劑或接收。 商品級氮氣被用作物理發(fā)泡劑的微孔注射成型試驗。 微注塑成型 在這項研究中，在 塑機（ 司，德國）用于兩個固體常規(guī)和微孔注射成型實驗。在這項研究中所使用的超臨界流體（ 供電系統(tǒng)是 型（ 司，沃本， 總的氣體量通過調節(jié)氣體噴射時間 t 和氣體注入流量， 伸試驗模具，其產生符合 638 準拉伸試樣，被用于本實驗 。 對于這兩種 伸試樣的注塑成型，噴嘴和模具溫度分別設定在221 攝氏度和 25 攝氏度 ， 循環(huán)時間為 40 秒。 注塑 速度 為 80 厘米 3 / s。在 這項研究中，六個不同的氣體劑量（濃度）用于低密度聚乙烯注塑如表 1所示，此外，四種不同的氣體劑量被用于聚丙烯的微孔注射成型。超臨界流體在 140與該聚合物進行混合熔化在該實驗中注入注入桶。泡沫重量減少與固體塑料件是針對 8± 每一個試樣。對于傳統(tǒng)的注塑成型試驗中， 在 6秒 內達到 2 方厘米的注射量巴 0填充壓力被。對于該微注射成型的實驗中，聚合物熔體的注射量是 方厘米和包裝階段就被淘汰 表 1 氣體劑量（濃度）采用微蜂窩注塑工藝。 簡化特性 聚合物 氣體類型 注氣流量（ 時） 天然氣用量時間（ s） 近似的氣體用量（ P 氮 P 氮 P 氮 P 氮 分析方 法 聯(lián)邦 邦產品公司， 被用于 分析模塑拉伸試條試樣的表面粗糙度。常規(guī)和微注塑件的表面粗糙度在圖 3所示的三個位置進行了評價。常規(guī)和微注塑件的表面粗糙度在圖 3 所示的三個位置進行了評價。 1和基于測量所有三個位置進行平均表面粗糙度記錄和報告。驅動速度，驅動器和長度為測試均 米， 米 /秒，和 25毫米。對于每個處理條件，對每一個試樣 10試樣和三個點進行了測試。 圖 、 3 低密度聚乙烯注塑件代表表面輪廓。 除了表面粗糙度，微注塑樣品中通常通過一個三維表面輪廓觀察到渦形痕跡，9 也可以清楚地表明。 視點（ 司， 在這項研究中 ， 一種非接觸式三維表面輪廓，掃描距離 ±10 μ型零件表面輪廓用來 觀察 。 用以 15 加速電壓的 100 掃描型電子顯微鏡觀察該發(fā)泡部分的微結構。觀察微孔注塑件試件的橫截面分別用液氮冷凍并隨后破裂。選擇 每個不同工藝 條件的代表圖像和細胞大小和密度進行分析。用一個 像工具作圖像分析軟件，以評估細胞密度和大小。 一個 0桿驅動的機器是用來測試的模標本，包括屈服應力，斷裂伸長率，彈性模量和極限應力的主題力學性能。十個試樣的每個條件進行了測試。拉伸試驗速度為 米 /分鐘。美國 伸桿的原理圖和各種分析的位置示于圖 1 。 圖 、 1，原理 伸試棒，測試 位置 。 要測試的注塑試樣的尺寸穩(wěn)定性，撥盤卡尺三豐制作使用。模腔的尺寸被第一測量，然后測定所獲得的注塑件和與所述模腔的實際尺寸進行比較。 第四章 結果與討論 表面輪廓和粗糙度測量 作為一種視覺插圖，圖 2示出了代表性的注射成型的低密度聚乙烯（ 部件。為了更好地揭示照片中的表面質量， 5重量％的著色劑加入到該材料雖然未經著色劑 也可以 獲得相同的表面質量。如預期的，在現(xiàn)有的固體注塑部分（圖10 2（ a）），有光澤的和無瑕疵的表面。另一方面，典型的微孔注塑部分（圖 2（ b））產生具有中等或高氣體濃度有由于渦形痕跡一個無光澤表面。一種微蜂窩塑料部分（圖 2（ c）），模制的 量％或更少的嚴格控制的氣體濃度比常規(guī)固體注塑部分具有高品質的表面光潔度。無渦形痕跡或缺陷的表面上觀察到。對于聚丙烯（ 可以觀察到微孔注塑件為 量％或更少也表現(xiàn)出旋流和無光亮表面的氣體產生量。 圖 、 2代表注模 分：（ a）常規(guī)固體注塑部分，（ b）微孔注塑部分具有高氣體濃度 >及（ c）微注射成型部件具有低氣體濃度 ≤為了更好地揭示了表面質量， 5重量％的著色劑加入到該材料。在本文所報道的所有其他成型實驗中，所用的材料如無著色劑接收 。 圖 、 3示出的注射模塑部件由 成的代表性的表面進行訪問。對于這種材料，微孔塑料零件成型用的 量％或更少，即， 見表 1）具有等同于常規(guī)的注射模制的表面質量部分。對于那些部分，在表面上的任何渦形痕跡是不可見的，肉眼（參照圖 2）。另外，通常存在于微孔注塑件的缺乏光滑度和亮度的人不易覺察到觸摸或對人的眼睛。微孔注射成型 樣顯示出類似的結果，以低密度聚乙烯，因而未示出。 - 自由表面沒有任何明顯的表面缺陷。另一方面， 具11 有較高的氣體量，顯示渦形痕跡在其表面上，并具有粗糙的表面像人們可 想到的典型微孔注塑件相關聯(lián) 。 如該圖 3（ a）所示， 常規(guī)的 塑部分的表面具有由于由聚合物的重復流誘導其表面融化以上任一加工痕跡或正常磨損條紋就可以了。除了這些條紋，它具有光滑和均勻的表面輪廓。圖 3（ b）示出了該微 塑成 量％或更少的氣體濃度的代表性的表面輪廓。它有一個光滑平整的表面輪廓，媲美傳統(tǒng)的注塑件。 另一方面，用氮氣超過 重量）的微孔聚乙烯塑料成型表面上螺旋紋和表面粗糙是顯而易見的，如圖 2圖 3 的三維表面圖。圖 3（ c）示為黑色所示的區(qū)域。 3（ c）是在該表面輪廓無法測量的高度差，由于不平坦的表面超過了預先設定的測 量范圍（即，直徑 ±10域。常規(guī)和微孔聚丙烯注塑件的表面輪廓是 與 行非常相似的。 如前所述，微孔注塑件，如螺旋紋和缺乏平滑性，表面缺陷是由氣泡在在模具填充階段的前進熔體前沿形成引起的。這些泡沫是由噴流輸送行為朝向模具表12 面，并由傳入聚合物熔體 [6,9]隨后拉伸和拖向模具壁。在該微注射成型過程導致的降低的過飽和，使用的少量的氣體導致在所需的成核的活化能大大增加了。升高的活化能導致大顆粒的成核速率，這延緩了成核和氣泡隨后的生長 。 在前進的熔體前沿，并隨后被拖動和拉伸在模具壁，使形成的氣泡的概率顯著地減小。 表 2示出了基于該核理論含有過飽和的先前呈現(xiàn)的程度微孔注塑件的理論上的成核速率。對于所考慮的原料及實驗，不 變的 011[???1???2]。從 參考文獻 [27]得到的氮中的 溶解度。氮在聚丙烯中的溶解度是已知的，根據(jù)由 他的同事們 [[28未發(fā)表的研究結果進行 和以前 的研究 相 比更高， 為 35％。因此，給定氣體的量相同，過飽和度為 2 度變得 比 低 ，約為 25％ 。 為考慮到溫度對表面張力的影響，海姆方程報道在參考文獻 [31]用于表面張力對溫度的計算。氮的密度為使用真實氣體 [32]的屬性數(shù)據(jù)由工程方程求解（ 得。 表 2 微孔注塑件的理論成核速率。 配方 C（ ???3） γ(S(g/g) ?p(p ) ?????(??) N(?????3???????1) 7 3 L 7 9 7 表 2 所示，為 論的成核速率， 注射成型部件沒有在表面上具有螺旋紋敢顯著小。另一方面，重量）的氣體劑量的過飽和度增加，活化能為核減小，而核率急劇增大。在成核速率和活化能為氣體劑量的函數(shù)的急劇變化繪制在圖 4，由于氣體的量增加增量，成核速率的增加顯著，并在某一點，許多泡孔核形成足夠的氣泡，以使微孔注塑件的表面上的螺旋紋。在表 2中，可以相信，在 間的成核速率與細胞大小的差別主要是由于在聚合物熔體和氮氣在聚合物中的溶解度的表面張力差異。 14 圖 、 4 活化能為成核和核率與氣體劑量（ a） （ b） 圖 5 示出細胞的成核時的聚合物 /氣體溶液被注入到模腔中的機制。作為聚合物 /氣體溶液被注入到模具中，在壓力下降時沿水流方向向著前進的熔體。在這點上，壓力為大氣壓力。當壓力降低時，氮氣的聚合物減少，而過飽和程度增加的溶解度，使得成核開始出現(xiàn)。理論上，起點為細胞產生核是在哪里過飽和度變?yōu)榇笥趩挝坏狞c。然而，細胞的成核率仍然過小，因此可以忽略不計在這一刻。成為表面的質量問題，一個顯著高泡孔成核評估可以引起泡沫塑料的表面上螺旋紋應該是大約在 10?1至 101?????3???1。該細胞成核速率范圍 對應于一定程度的過飽和度 為 該圖所示。15 圖 5（ a）中，作為氣體量減少時，起點細胞成核延遲?？梢韵胂蟮氖牵陀谝欢ǔ潭鹊倪^飽和，泡孔成核不前的聚合物 /氣體溶液的熔體前沿接觸模具壁發(fā)生。一旦固體表層固化，渦流 - 自由表面上形成。在這之后，細胞開始成核和生長在炎熱聚合物芯的冷卻模具內，直到材料凝固。 圖。 5，起點核細胞為（ 1）高的氣體在灌漿期的濃度，（ 2）中度氣體濃度，以及（ 3）低氣體濃度。 通過控制過飽和度，并因此 控制 細胞的成核速率，可以延遲或抑制發(fā)泡部的表面上形成氣泡。這就是為什么微孔注射成型 件的 為 更少的氮含量比那些具有更高劑量的氣體有更 平滑 表面（參見圖 6）。在圖 6， ?? 、 R??和R 分別 是平均值，均方根，以及最大的峰 - 谷高度粗糙度 。 5面，平均比傳統(tǒng)的注射成型部件。此外，這些微孔 注塑件顯示粗糙度的寬偏差表明控制表面粗糙度的難度。另一方面，樣品注射成型用的 更少的氮具有表面比那些具有中等或高氣體濃度更加平滑， 但它們仍比傳統(tǒng)的注射模塑部件粗糙 11當表面粗糙度的標準偏差被認為是，16 旋流無微孔注塑件具有與傳統(tǒng)模制零件相當類似的表面。測試結果的 示出類似的圖案的那些的 圖所示。圖 6（ b）所示。 圖 、 6表面常規(guī)和微注塑件的表面粗糙度。 （ a） 低密度聚乙烯 （ b） 觀結構 表 3和圖圖 7示出了泡孔直徑和微孔注塑件與氣體量密度?；趫D 8 中所示的細胞結構的 用圖像分析軟件（ 行分析和計算。。作為氣體量增加，平均泡孔直徑減小和細胞密度增加。據(jù)認為，由于具有較高的過飽和度 和 增加的細胞的成核速率 ，在 充填階段成核過程中的細胞更多和更早。對于微孔注射成型 件與在其表面上無渦形痕跡，平均氣泡直徑為超過 550 毫米。另一方面，微注射成型 具有渦形痕跡可以具有小于 300毫米和細胞密度比其漩渦 - 自由對應約 8倍以上的平均泡孔直徑。 17 對于聚丙烯，微孔注塑件，直徑 149 米和細胞密度 為 27， 000 平均立方厘米的氣泡被未經其表面上螺旋紋實現(xiàn)。 大稀疏氣泡，產生了巨大的泡孔尺寸分布。另一方面， 外， 本更正規(guī)。 更均勻 、 更密集的氣泡雖然它有比 從這些顯微組織的分析，可以得出的結論是模制有中等或較高氣體濃度典型微孔塑料比那些模塑具有較低的氣體含量具有更小和更密集的氣泡。 對于 漩渦無微孔注塑件， 由于 細胞在充填階段比典型的微孔注射成型的成核發(fā)生得更慢 更遲 ，所以它 是一種 權衡較細和較致密的細胞形態(tài) 的 。與核的數(shù)量較少時，模制零件往往有較大的和稀疏的氣泡。而相比于那些在典型的微注射模制零件的細胞大（由于較慢的成核速率），這些細胞仍處于亞毫米范圍內。然而，應該指出的是，典型的微孔注塑件通常具有 100毫米或更小和周圍 106 外，細胞形態(tài)可以影響機械性能和尺寸穩(wěn)定性。在下面的章節(jié)將介紹對它們 進一步的研究。氣體發(fā)泡的結晶和結晶形態(tài)的影響，以及在微注射成型（參見 [33，數(shù)學建模和數(shù)值預報需要進一步的研究。 機械性能 圖 9示出的微孔注塑件的相對的力學性能 與 傳統(tǒng)的注塑件 之比 。對于 變 在 漩渦無微孔注塑件 斷比比 微孔部件具有更 低 更小的和更均勻的具有較高的氣體濃度，從而更均勻和斷裂之前不再伸長關聯(lián)氣泡。發(fā)現(xiàn)不同的氣體量對于屈服應力無明顯變化。有趣的是，漩渦無微孔注塑件具有比典型的微孔更好的彈性模量和極限應力注塑件。這是因為降低了發(fā)泡劑增加皮膚層的未發(fā)泡，使得一些微孔注射成型部件的機械性能增加 [36 18 圖 9如相對于傳統(tǒng)的注塑件微孔注射的相對的力學性能模塑部件。 （ a） b） 聚丙烯試樣表現(xiàn)類似于 樣中所示的機械性能。 外，低氣體含量 的 注塑件比他們同 類型 有更高的最終應力。菌株在漩渦的無微孔注塑件 比 典型的微孔注塑試樣要少得多。顯而易見的是，微孔塑料的細胞形態(tài) 嚴重 影響其機械性能。也可能是斷裂伸長率顯著影響它的細胞形態(tài)。一種微注射成型零件具有更微小的氣泡和氣泡均勻分布往往表現(xiàn)出比那些用更少但更大的泡沫 有 更大的斷裂伸長率。 寸穩(wěn)定性 注塑件與氣體濃度的尺寸穩(wěn)定性 如 圖 10 所示 ，如氣體含量的增加微孔注塑件 的收縮率明顯降低。兩個 樣變化在厚度方向上都大于流19 動方向和橫向。如果單元格核太低，可能無法完全實現(xiàn)改善尺寸穩(wěn)定性。 一個用氮氣的 的 微孔 分的收縮最接近研究中 的 常規(guī)注塑部分的六個不同批次的試樣。對 收縮類似的模式進行觀察。由于 而致密的氣泡 ， 收縮率在每一個方向比低密度聚乙烯微孔注射成型 低。 圖 10 注射收縮成型部件與氣體用量。 （ a） 的 （ b） 20 第五章 結論 通過降低過飽和度 、 活化能會 使 核細胞增加，從而大大降低了泡孔成核速率。這阻礙了在模具填充階段的細胞的成核，從而防止對聚合物 /氣體溶液的 形成 熔體前沿形成氣泡，從而產生渦流的無微孔注塑件。從理論和實驗上這 ， 項研究表明這種方法的可行性。 在這項研究中旋流無微孔注塑件產生了類似的表面質量， 比 傳統(tǒng)的注塑成型件的重量減輕 8％的 優(yōu)勢 。表面缺陷，如缺乏亮度，氣體流痕，和粗糙表面長久以來都被認為是微孔注射成型過程不可避免的缺點 ，該成型方式如果沒有 進行了無需任何附加設備或設備改造 或是 所要求的其他方法 將被淘汰。 典型的微孔注塑件的微觀結構顯示出比漩渦無微孔注 塑件更小和更密集的氣泡?？梢钥闯?，隨著氣體量逐漸增大，注塑件具有減小的氣泡大小和增加的泡沫密度，同時保持表面的質量，直到 達到 一定程度的過飽和或氣體的劑量為止。當達到這個閾值，然而，細胞的成核速率足夠高，渦形痕跡開始出現(xiàn)在表面上。如何精確地去維護所希望的細胞的形態(tài)，也就是，更小和更密集的氣泡供一個漩渦 - 自由表面為微孔注塑件需要進一步調查。 在渦流無微孔注射成型部件的斷裂應變比典型的微孔注塑部分的明顯降低。另一方面，渦流無微孔注射成型部件表現(xiàn)出比典型的微孔注塑部分更高的彈性模量和極限應力。對于尺寸穩(wěn)定性，微 孔的注塑件的收縮 因 增加氣體的用量 而 被減小。模塑用 氮甲漩渦無微孔 本顯示可接受的收縮性能 與 常規(guī)的注射成型部件具有可比性，或更好在某些情況下比。 在這項研究中，使用一個恒定的模具填充速率。然而，不同的模具填充速率會影響在腔中的壓力，進而影響細胞的成核速率。這種模具灌漿速率效應和氣體發(fā)泡的結晶和結晶形態(tài)，以及在微注射成型的數(shù)學建模和數(shù)值預報的影響還需要進一步研究。 21 致謝 作者感謝 人護理產品提供的財政和技術支持。此外，作者由衷地感謝微孔塑料制造實驗室在多倫多大學提供一些在本研究中使用的技術數(shù)據(jù)。 參考文獻 [1] 司， 站， 。 [ 2 ] 999 ; 45:41 。 [ 3 ] ， ， 膠和復合材料 2007 ; 35:198 。 [ 4 ] D, W, H, W。聚合物 - 塑料技術與工程 2007 ; 46:815 。 [ 5 ] , , , S.。國際聚合物加工 2006 年21:393 。 [ 6 ] W, D。聚合物 - 塑料科技 2005 年工程 ; 44:795 。 [ 7 ] .004 年 4:22 。 [ 8 ] C, A, R, W。聚合物加工的程序 學會第 24 屆年會 ; 2008 ， 44 ：對。 795 。 [ 9 ] E, R, W, , F, E.。美國專利 6884823 ; 2005 [ 10 ] D, K, H, W. 。蜂窩聚合物 2004 年 23:39 。 [ 11 ] J, S. 。聚合物工程與科學 2010 ， 50:1281 。 [ 12 ] S ， 004 年 19:77 。 [ 13 ] K ， ， ，艾格體育雜志泡沫塑料的 2004 年 40:489 。 [ 14 ] B, , , , . 006 ; 10:697 。 [15] L, , , K, 流體 2009 ; 47:493 。 [16] , （雜志）皮草 學 ; 1926 年三月三十一日： 22 277 。 [17] , , O 。物理化學 1995 年度回顧 ; 46:489 。 [18] , 普林格 ; 2002 年 275 。 [19] S 。塑料工程 ; 1988 年八月： 53 。 [20] S, P 。聚合物工程與科學， 1987; 27 （ 7 ） ： 485 。 [21] S, P。聚合物工程與科學， 1987; 27 （ 7 ） ： 493 。 [22] B, C。聚合物加工 和 原理和設計。約翰 威利父子公司 ; 1998 年 72 [23] C, M, E。氣體和液體的性質。麥格勞 - 山書 ; 1986644。 [24] K, J。聚合物工程和 1994 年版 ;34:1137。 [25] , G, 。聚合物 2007 年 48:5928。 [26] G, 論文在新澤西技術研究所 ; 2002 年 5 月 ， 17。 [27] G, W。應用聚合物科學 1995， 58:2213。 [28] , , , B, .，應用聚合物科學的老城五雜志 2007 年 103:2945。 [29] , , B, 。 聚合物科學 B 部分聚合物的 物理 2007;45:2497。 [30] , , B, , , 固相萃取技術論文 ， 2004 年，紙＃ 421。 [31] 。 聚合物界面和粘結性。 版社 ; 1982 年 67 [32] 。 [33] , S。聚合物工程與科學 2004， 44:2274。 [34] , S, W.。 [機械 科學與技術 2009;23:3349。 [35] K, J.。美國化學工程師學會（中國符合 2004 年41:357。 [36] R, .009;49:949。 [37] J, W。蜂窩聚合物 2005 年 24:279。 [38] J, W.。 聚合物 - 塑料科技 2006 年工程 ;45:871。