游戲手柄外殼注塑模具設計【1模2腔含5張CAD圖帶外文翻譯】
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附錄 1：外文翻譯降低注塑成型模具報廢率的新設計特征Mehdi Moayyediana,* Kazem Abharya，Romeo Marian aa 南澳大學工程學院，莫森湖校區(qū)第二屆國際材料，工業(yè)和制造工程會議， MIMEC2015， 2015 年 2 月 4 - 6 日，巴厘島印度尼西亞摘 要本文提出了注塑成型流道系統(tǒng)的新的橫截面形狀。新的幾何形狀的目的是減少廢料和循環(huán)時間，也使模具工具更容易排出澆道系統(tǒng)。SolidWorks Plastic分析了注塑成型過程中塑料零件的短缺缺陷，以驗證新建議的幾何結構。針對兩個厚度為 1mm的圓形平板，提出了不同比例的橢圓截面流道系統(tǒng)。SolidWorks Plastic采用有限元法（FEM）對注塑件進行模擬。選擇填充時間，熔體溫度，模具溫度，保壓時間和純冷卻時間作為注塑機的輸入。這項研究的貢獻是設計新的冷流道系統(tǒng)的幾何形狀，以減少廢料和循環(huán)時間，也使注射成型時澆注系統(tǒng)更容易。這項研究結果顯示新幾何沒有短缺缺陷。另外，顯示了陡度和冷卻時間的顯著減少。與圓形橫截面相比，廢鋼和冷卻時間分別減少了25％和 2.5％。流道系統(tǒng)與模具壁的接觸面的減少改善了流道系統(tǒng)更容易從模腔排出。關鍵詞：注塑工藝，模具設計，轉輪幾何形狀，短缺缺陷1.引言過去的一個世紀里，塑料的迅速增長及其擴散到所有市場。根據(jù)世界原料重量的消耗，由于其性質和較低的生產成本，塑料是其他老材料，如鋁，鋼，橡膠，銅和鋅相比最高 [1,2]。注射成型是制造塑料制品最重要的工藝之一，大約三分之一的塑料通過注塑工藝轉化為零件 [3]。 注塑成型工藝在包裝，航空航天，建筑工程，汽車零部件，家居用品等諸多行業(yè)的應用越來越廣泛 [1，3，4] 。 注射成型注塑件的最終質量取決于材料特性，模具設計和工藝條件 [4-6]。 注塑有三個基本操作。首先，塑料顆粒將被轉化成熔體。然后，將熔融的塑料通過澆口，流道和澆口系統(tǒng)注入模腔或模腔內，最后打開模具將模腔從模腔中排出[1，7，8] 。Runner系統(tǒng)是評估注射部件質量的參數(shù)之一。流道系統(tǒng)是澆口和澆口之間的連接線。 轉輪系統(tǒng)的主要目的是將熔融塑料從澆口轉移到澆口。在冷流道系統(tǒng)中，廢料的主要來源是經(jīng)過澆道和澆口系統(tǒng)的廢料。因此，對于轉輪系統(tǒng)設計將評估不同的規(guī)則，以證明轉輪系統(tǒng)在注塑中的重要性，例如（a）較小的轉輪尺寸以最小化廢品；（b）容易從模具中取出并從模制部件上取下；（c）用最小的凹痕和焊縫快速填充腔體 [9-12]。 流道系統(tǒng)設計的三個主要參數(shù)是流道橫截面形狀，直徑和型腔布局 [9]。對于不同的應用，澆道系統(tǒng)有 7種類型的橫截面形狀 [9,10,13]。最后，根據(jù)要求，可以推薦不同類型的轉輪橫截面 [14]。在考慮現(xiàn)有不同橫截面形狀之后，本文的貢獻是將流道系統(tǒng)的橢圓幾何形狀定義為有效的橫截面形狀。 我們設計和使用本文定義的橢圓截面形狀的基本目標基本上是使轉輪尺寸更小，以使廢料最小化，減少注塑的總周期時間，并容易地從模具中取出零件。 除了我們的預期之外，還發(fā)現(xiàn)了一些與流道參數(shù)和流道系統(tǒng)的新幾何相關的顯著現(xiàn)象，這些將在另一篇論文中討論。本文將介紹轉輪系統(tǒng)的橢圓形或橫截面形狀的設計標準，并對轉輪系統(tǒng)的圓形和半橢圓形進行比較。對作者而言，在注塑過程參數(shù)和材料特性方面已經(jīng)做了很多嘗試，但對于包括澆道，澆口和澆道的注射系統(tǒng)，還有一些出版物，但沒有提及分析和模擬轉輪系統(tǒng)的橢圓形橫截面形狀。本文簡單介紹了轉輪系統(tǒng)的結構，并對橢圓轉輪的優(yōu)點進行了評估。 然后，通過 SolidWorks設計帶澆道和澆口系統(tǒng)的注塑零件。為了精確的模擬結果，通過 SolidWorks Plastic考慮 FEM。2.轉輪系統(tǒng)的橫截面形狀轉輪系統(tǒng)的主要目的是通過澆口將熔融的塑料從澆口轉移到所有腔體。 流道系統(tǒng)有不同的橫截面形狀，每個都有不同的應用 [13]。 設計師應該評估不同的因素，為特定產品選擇合適的流道系統(tǒng)形狀。 對于兩板模具，效率最高的流道系統(tǒng)最流行的形狀是圓形。 對于三板工具，如果轉輪只在一半的模板上制造，則梯形和改進的梯形是最好的選擇，但是仍然是不可接受的，因為門不能與中心流動流 [10]。 從矩形，正方形和多邊形形狀的空腔中彈出流道系統(tǒng)是具有挑戰(zhàn)性的。 它是由不同截面的現(xiàn)有角落產生的。 如果設計者沒有確定澆道系統(tǒng)的適當?shù)臋M截面形狀及其尺寸，就會發(fā)生導致模腔不完全填充的壓力下降和模具壁熱傳遞的高水平 [9,13,15]。 因此，可以考慮用不同的流道系統(tǒng)橫截面來調節(jié)熔融塑料的流量。 最后，通道的形狀和長度對于具有最佳流動是重要的，因此具有較少缺陷的最佳產品 [16]。3.流道系統(tǒng)具有橢圓形橫截面形狀在注射成型中，流道系統(tǒng)的最常見的橫截面形狀是圓形的。在選擇特定零件設計的圓形時，應該評估的三個主要元素是：（a）較小的尺寸盡量減少廢品；（b）更容易從模具中彈出；（c）以最小的凹痕，焊縫和短射線快速填充模腔[9-11]。因此，考慮到澆道系統(tǒng)的新的幾何形狀以使廢料最小化，與澆口的中央流動流線對齊，適當?shù)靥畛湟粋€或多個腔體，并且容易地從模具中排出零件是本文的目標。最后，賽跑者系統(tǒng)考慮橢圓橫截面形狀。為了獲得塑性缺陷最小的注射成型部件，必須精確比較流道系統(tǒng)的圓形和橢圓形截面形狀。為了證明轉輪的橢圓橫截面形狀的重要性及其被選作模具設計中重要問題的原因，需要對轉輪系統(tǒng)的其他幾何形狀進行評估。比較圓和橢圓的截面的最佳幾何形狀是矩形和正方形。 矩形是一種不同寬度的正方形。 根據(jù)不同的應用場合，選擇不同寬度比的矩形流道系統(tǒng)。與方形相比矩形的優(yōu)點之一就是盡量減少轉輪系統(tǒng)的廢料，并且易于從模具中排出，但壓降是減小方形寬度的缺點之一 [13]。圓與橢圓之間的比較與正方形和矩形具有相同的結構。D 是圓的直徑，a 是長軸長度，b 是橢圓的短軸長度。長軸長度固定，短軸長度根據(jù)工業(yè)應用的不同而不同。盡管為了減少廢料，更容易將零件從模腔中排出，并縮短周期時間，最好減小短軸的長度，這取決于零件的設計。 因此，b 的不同比例取決于零件設計的諸多因素，如尺寸和厚度。 廢料的減少，部分脫模的部分更容易，周期時間減少，以及與澆道系統(tǒng)的澆口的中心流動流動是與圓形相比具有橢圓橫截面形狀的優(yōu)點。4.模擬在為此應用程序設計兩個圓形零件作為兩個樣品之后，下一步是使用SolidWorks Plastic來模擬零件。 對于模擬部分，定義注射系統(tǒng)是必要的。因此，如圖 1a所示，考慮設計澆道，b = 0.7a 澆道和澆口系統(tǒng)。 為了確保分析結果準確，有限元分析（FEM）將在仿真中發(fā)揮重要作用，如圖 1b所示。 根據(jù)樣本的幾何形狀，選擇有限元分析的表面網(wǎng)格的三角形形狀。 所選材料為聚丙烯（PP）。 對表面網(wǎng)格進行了不同尺寸的評估，最終選擇了 1mm的表面網(wǎng)格尺寸作為注入部分，而對于包括澆口，流道和澆口在內的注入系統(tǒng)，考慮到尺寸較小，由于注入系統(tǒng)的靈敏度這個模擬。 因此，在 SolidWorks Plastic中選擇澆道和澆道的表面網(wǎng)格尺寸為 0.3mm，澆口的網(wǎng)格尺寸為 0.2mm。 對于直徑為 100mm的兩個圓形部件，澆道和澆口長度總共為 28mm。 另外，澆道的長度為 60mm，拔模角度為 1.5°。 圖 1（a）澆口，流道和澆口系統(tǒng)的最終零件 圖 1（b）最終部分的有限元分析下一步是定義過程參數(shù)。 在選定的材料和注塑機的基礎上，填充時間為0.59秒，熔體溫度為 230°℃，模具溫度為 50°℃，保壓時間為 2.04秒，純冷卻時間為 3.9秒。 注射系統(tǒng)的幾何形狀和尺寸被評估為影響操作周期時間，冷卻時間，凹痕和短射等不同缺陷的重要標準。 檢查新的流道系統(tǒng)在新的幾何形狀和尺寸方面是否可以接受的主要因素是容易填充，填充時間分析，凹痕分析以及注射結束時的注射壓力。 如圖 2a所示，橢圓截面的填充容易度在最可接受水平的綠色區(qū)域。 與澆口和澆道尺寸和幾何形狀有關的另一個常見缺陷是凹痕。 凹痕是凹陷的表面在冷卻過程中發(fā)生注塑成型的塑料 [17]。 如圖 2b所示，除了不在關鍵區(qū)域的澆道外，注入部分沒有凹痕，并且澆道和澆道的表面質量也不顯著，因為它們在注射結束時被認為是廢料。 因此，圓形和橢圓形橫截面的注射部件的表面質量是相同的。圖 2（a）容易填充橢圓交叉的注入部分 圖 2（b）水槽標志著轉輪系統(tǒng)的橢圓形橫截面形狀的模擬注射成型的一個常見缺陷是短暫的。 如果流動距離很長，或者在薄壁上，短射擊將發(fā)生在遠離門的地方 [17]。 根據(jù)仿真結果，該部分能夠成功地填充，甚至橢圓形橫截面形狀的填充時間也低于圓形橫截面形狀的填充時間，如圖 3所示。 圖 3（a）橢圓截面 （b）圓形截面的填充時間確保注入部分沒有短射的另一個參數(shù)是評估表示注入部分的每個區(qū)域處的流動前沿溫度的流動前沿中心溫度。SolidWorks Plastic 最近添加了適用于短暫分析的模塊。 如圖 4所示，在 SolidWorks塑料模擬的基礎上，注射部位各個區(qū)域的流動前端中心溫度均為 230.15°C，流道橫截面形狀為圓形，橫截面形狀為橢圓形。這意味著對于兩種幾何形狀來說，腔內短射的可能性都很低。圖 4（a）橢圓截面 （b）圓截面的流動前沿中心溫度評估轉輪和閘門系統(tǒng)的合適尺寸所需的最重要的參數(shù)之一是最大入口壓力。這部分可以成功填充注射壓力 42.1MPa。 注射壓力小于最大注射壓力極限的66％，這是令人滿意的，如圖 5所示。圓形橫截面的注射壓力為 39.655MPa，接近于橢圓形橫截面部分。圖 5 澆道系統(tǒng)的圓形和橢圓形橫截面形狀的注射壓力5.結論注塑冷流道系統(tǒng)廢料的主要原因是由澆口，流道和澆口系統(tǒng)組成的供料系統(tǒng)。有不同的應用程序截面不同。在這項研究中，成功地開發(fā)了橢圓形橫截面與圓形橫截面相比的新的幾何形狀，用于注入兩個厚度為 1mm的圓形板。填充時間、熔融溫度、模具溫度、壓力保持時間和純冷卻時間被評估為工藝參數(shù)。橢圓形橫截面與當前截面幾何形狀中具有最高效率的圓形橫截面相比，對于注射部件，廢料減少 25％，冷卻時間減少 2.5％。模擬結果表明，轉輪的橢圓形橫截面形狀是一個有效的幾何形狀，以減少廢料和總循環(huán)時間，也容易將模制件從模腔中排出。它演示了轉輪系統(tǒng)新幾何的穩(wěn)健性。除了我們的預期之外，還發(fā)現(xiàn)了與流道參數(shù)和流道系統(tǒng)的新幾何相關的顯著現(xiàn)象，這將在另一篇論文中討論。將進行實驗設置以證明模擬結果的正確性。附錄 2：外文原文