計數(shù)器底座注塑件注塑模具設(shè)計【計算器外殼】【一模兩腔】,計算器外殼,一模兩腔,計數(shù)器,底座,注塑,模具設(shè)計,計算器,外殼 新型注塑模具冷卻通道設(shè)計 作者 A B M Saifullah, S.H. Masood 和 Igor Sbarski 摘要 注塑成型是大規(guī)模生產(chǎn)塑料零件時最通用并且最重要一種操作方法。在此項(xiàng)工藝當(dāng)中,冷卻系統(tǒng)的設(shè)計好壞是非常重要的,因?yàn)樗艽蟪潭壬蠜Q定了零件的生產(chǎn)周期。一個良好的冷卻系統(tǒng)設(shè)計可減少生產(chǎn)周期,并保證零件的尺寸穩(wěn)定性。本文敘述的是一個注塑膜的冷卻通道系統(tǒng)的橫切面內(nèi)容。對這些新的冷卻通道系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。工業(yè)園區(qū)采用比較分析法，用注塑仿真分析軟件分析塑料內(nèi)部，內(nèi)部有常見的冷卻通道。微注射成型機(jī)的塑料零件已得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。用模具表面溫度的分布情況和塑料零件的冷卻時間，或是凝固時間相比較分析得到的。結(jié)果表明，均勻的溫度分布可減少凝固時間，從而減少塑料零件成型周期。 1.介紹 注塑成型的方法廣泛使用于塑料部件的工藝生產(chǎn)當(dāng)中 [1]。注射成型的基本原理是,一個固體聚合物熔化后,注入到模具型腔內(nèi)，冷卻之后脫模。因此，主要階段是注射成型，過程包括填充、冷卻和脫模。塑模周期決定生產(chǎn)成本效益高低，而冷卻過程是尤為重要的一步。冷卻周期決定部件生產(chǎn)效率。因此，在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中，生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時間有密切關(guān)系，生產(chǎn)部件的時間越久，成本越高。減少冷卻時間可在根本上增加生產(chǎn)效率，并且減少生產(chǎn)成本。因此，理解和優(yōu)化典型的成型過程即內(nèi)傳熱是很重要的。熱交換率是塑料注射制品和模具的決定性因素，影響注塑模具的生產(chǎn)業(yè)績。 A B M Saifullah是工業(yè)研究機(jī)構(gòu)的一名博士生會員, 就讀于斯威本國立科技大學(xué)，澳大利亞墨爾本人，電子郵件：msaifullah@swin.edu.au。 IAENG. S. H. Masood的是斯威本國立科技大學(xué)機(jī)械制造工程系的一名教授, 澳大利亞墨爾本人。聯(lián)系電話:+ 61-3-9214 8260,傳真:+ 61-3-9214 5050,電子郵件:smasood@swin.edu.au Igor Sbarski博士是斯威本國立科技大學(xué)機(jī)械制造工程系的一名高級講師，澳大利亞墨爾本人。電子郵件:isbarski@swin.edu.au)。 熱量必須從塑膠材料上移開，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為止后,才可允許脫膜。此過程中需要完成冷卻時間或是凝固時間。對于最佳熱傳遞過程來說，在熔融的塑料材料和模具間，恰當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)設(shè)計是很有必要的。在模具型芯和型腔內(nèi)安裝直井眼然后注入冷凍液也就是冰水，使熔融的塑料散熱。此方法用于常規(guī)機(jī)械加工過程中，使用直鉆制造這類小孔,而卻不能生產(chǎn)像通道或是3D空間這類復(fù)雜的孔狀。 一個冷卻系統(tǒng)的替代方法, 在注射模具的過程當(dāng)中，符合或適合于模具型腔形狀和核心形狀，才能提供更好的熱傳遞，從而得到最優(yōu)生產(chǎn)周期。這種方法是用不同橫截面相同通道，盡量貼近模具表面減少熔融塑料的熱量。這確保零件均勻冷卻效率更佳。目前，隨著快速成型技術(shù)的來臨，例如：直接金屬沉淀工藝，直接金屬激光燒結(jié)工藝，還有許多先進(jìn)的計算機(jī)輔助工程軟件的,可以給模具設(shè)計并制造許多復(fù)雜布局和復(fù)雜橫切面的更高效冷卻通道[2、3、4]。本文介紹了一種方形截面的冷卻通道注塑壓模，并模仿這種方法生產(chǎn)一種圓形塑料碗，并與使用模擬仿真分析軟件制作的直線形冷卻通道相比較。用這個方形冷卻通道和傳統(tǒng)的直線形冷卻通道壓模來完成這項(xiàng)驗(yàn)證性試驗(yàn)，是為了用微注射成型機(jī)制作的模具將一個圓形通道分為兩種塑材。結(jié)果表明方形冷卻通道壓模的冷卻時間和溫度分布都比直線形冷卻通道壓模有優(yōu)勢。 零件和模具設(shè)計方面 1. 零件設(shè)計 用聚丙烯制成的圓形塑料碗，如圖1(a)，采用Pro-Engineer CAD軟件設(shè)計的。輸出初始圖形規(guī)格模具表面圖形文檔，在輸入到MPI中進(jìn)行分析。塑料零件體積是177.90和質(zhì)量是162.3mg。試驗(yàn)測試零件如圖1(b)，此零件使用Pro-Engineer軟件設(shè)計出來的。使用Pro-Engineer CAD軟件對聚丙烯和丙烯腈這兩種類型的塑料材料已做了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。測出零件體積是8.8,聚丙烯部分和丙烯腈部分質(zhì)量分別為8.58mg和8.13mg。 2 .模具設(shè)計 模具設(shè)計當(dāng)中利用Pro / Molde 設(shè)計Pro / Engineer 系統(tǒng)組件。采用計算機(jī)數(shù)控技術(shù)制造模具。圖2中所示的模具有兩個部分型心和型腔。采用電腦數(shù)控技術(shù)將方形冷卻通道一半設(shè)計在型腔部分和另一半設(shè)計在型心部分。然后將這兩部分用螺絲連接，并用液態(tài)填料密封以免漏水。 圖- 1：CAD模型（a）圓形塑料碗，（b）被測試部分。 圖- 2 ：CAD模型的核心（上）和兩個型腔。 3．分析結(jié)果 MPI仿真軟件被用來零件分析[5]。用聚丙烯塑料材料分析注入、冷卻、變形這三步順序。對比分析出方形冷卻系統(tǒng)通道與傳統(tǒng)的直線形冷卻通道的區(qū)別。直線形通道的直徑為12mm，方形通道長度為12mm（圖3）。0.995cm周長的聚變嚙合已被應(yīng)用到工業(yè)當(dāng)中。直線形通道和方形通道的嚙合元素的數(shù)量分別為12944個和12291個。這兩種情況下均使用25°標(biāo)準(zhǔn)海水，雷諾數(shù)為10000，熔煉溫度是230℃的冷卻介質(zhì)。比較分析MPI結(jié)果如圖4，從圖中看出，直線形通道溫度分布比方形通道更為均勻些，而方形通道所需冷卻時間相對直線形較少。直線形冷卻通道除了頂頭部分很小以外，大部分零件冷卻時間需要大概24秒，而方形冷卻通道圖解表明其冷卻時間要少于20秒。直線形冷卻通道的凝固時間大概在0.46-93.7秒之間，方形冷卻通道冷卻時間在0.3-87.15秒之間。因此,使用方形冷卻通道，需要5秒的冷卻時間，冷卻時間減少了35%。 圖- 3 MPI分析，（a）：直線型冷卻通道，（b）：方形冷卻通道 圖4比較二者冷卻時間，（a）：方形冷卻通道（b）直線形冷卻通道。 4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果 對一個圓形的塑料零件用模具加工機(jī)器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如圖5所示。零件直徑是40mm，厚度是7mm。模具標(biāo)準(zhǔn)尺寸是10x10x2.5。 模具材料是低碳鋼。用TECHSOFT迷你模具加工機(jī)即一個小型注塑機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證如圖6。兩個采用PICO技術(shù)生產(chǎn)的TC08 K型熱電偶已被用來測量被測試零件的上下表面溫度。聚丙烯和丙烯腈的熔解溫度均是250°C。標(biāo)準(zhǔn)海水已被用來作為冷卻介質(zhì),由于室溫25℃,所以叫做冷卻水。冷卻通道直徑是5mm,正方形冷卻通道和直線型冷卻通道標(biāo)準(zhǔn)截面尺寸是5mm。每隔一秒測試一下兩個熱電偶的表面溫度。圖7記錄了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑的方型通道頂部和底部的表面比直線型通道更早冷卻。方形冷卻通道的頂部和底部的表面溫度在特定時間立即注射后最高記錄是52.1和53.36℃，30秒后溫度分別降低到42.47℃和43.07℃,而直線形冷卻通道頂部和底部最高溫度記錄分別是53.24℃和52.01℃,30秒后降到溫度分別為47.72℃和47.47℃。所以，采用方形通道溫度平均可降低4到5℃。用聚丙烯作為零件的材料時實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)有類似的結(jié)果。從圖8可看出使用方形冷卻通道時, 溫度可能降低2 到3℃。實(shí)驗(yàn)測試出20個樣品是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯材料制成的，發(fā)現(xiàn)樣品都具有相同的數(shù)據(jù)。圖9記錄了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樣品試驗(yàn)和聚丙烯實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果 圖- 5：（a）低碳鋼核心（左）（b）低碳鋼直線形和正方形冷卻通道模具型腔 圖6測試注塑實(shí)驗(yàn)裝置，左：迷你裝置，右： PC輸出溫度。 圖7 ABS溫度比較圖 圖- 8：聚丙烯溫度比較圖 圖- 9抽樣檢測，左：ABS塑料，右：聚丙烯塑料。 4.結(jié)論 注射成型過程轉(zhuǎn)換到冷卻過程是至關(guān)重要的一步,因?yàn)槔鋮s時間通常約占總周期的一半，從而直接影響到模具塑料產(chǎn)品的收縮和彎曲程度。因此,在模具設(shè)計當(dāng)中一個良好的冷卻通道系統(tǒng)是至關(guān)重要的,因其影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。MPI仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明使用方形冷卻通道可減少35%的冷卻時間，總周期20%的時間可大大提高注射模零件的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。 鳴謝 這些作者都要感謝來自沃森工業(yè)工程學(xué)院的Meredith女士和Phil Watson。他們得到了斯威本國立科技大學(xué)的電腦數(shù)控生產(chǎn)模具技術(shù)的支持。 參考文獻(xiàn) [1] D.V.Rosato, D.V.Rosato和M.G. Rosato，注塑成型手冊第三頁,波士頓,英文文獻(xiàn)(2003)。 [2] X. Xu, E. Sach 和S.Allen,注塑模具冷卻通道的適形設(shè)計，聚合物工程科學(xué)，4, 1, 1269-1272，(2001)。 [3] D.E. Dimla, M. Camilotto, and F. Miani:注射成型冷卻通道的工具的設(shè)計和優(yōu)化,J.變形。材料科學(xué)論壇,容量: 561-565,聚丙烯。1999-2002, (2007)。 [4]一個B和s . h . Masood M Saifullah、優(yōu)化設(shè)計和熱分析冷卻通道的注射模塑料零件模具,材料科學(xué)論壇,由561-565 1999 - 2002年,頁。(2007)。 [5 A B Saifullah, S. H. Masood和Igor Sbarski，塑料注射成型時使用新型冷卻通道優(yōu)化周期時間和改進(jìn)零件質(zhì)量。ANTEC@NPE 2009年,美國。