收音機(jī)中框零件注射模設(shè)計-外殼面板注塑?!?3張CAD圖紙+PDF圖】
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大型注塑模具設(shè)計仿真工具:2400升固體廢棄物集裝箱摘要 大型容器產(chǎn)品通常使用諸如滾塑的程序,這些技術(shù)沒有零件重量或尺寸限制。TIIP,薩拉戈薩大學(xué)注塑成型的機(jī)械工程,在歐洲標(biāo)準(zhǔn)下研發(fā)的CONTENURTM固體廢物的新容器高達(dá)2000升 ,其結(jié)果是一個新的主體達(dá)60公斤重。設(shè)計過程中結(jié)合了數(shù)項CAE工具(美學(xué)設(shè)計,機(jī)械設(shè)計及流變模擬),并在去年6月,顯示了最終結(jié)果,通過了不同的測試。如今,在市場上有超過5000個成品在模具生產(chǎn)過程中沒有做過基本的修改(超過100噸的重量)。本文重點論述集成工具和流程的設(shè)計與產(chǎn)品定義(即注射壓力,沖擊厚度和形狀的一部分力量)的方法。在這個過程中,特別是模具控制一些參數(shù)(注射速度,溫度,粘度,澆口位置.)的細(xì)節(jié)。關(guān)鍵詞:CAE設(shè)計;容器;注塑成型1.引言 過去的幾年,CAE工具在注射熱塑性彈性體成型行業(yè),構(gòu)建了一個真實的革命。一個開始直到最終的解決方案(包括幾個過程如開發(fā)、測試的原型,修改數(shù)據(jù),新的測試,)的過程已經(jīng)被一個更快的設(shè)計、翻譯過程和最終的客戶在同一個電腦文件下一起工作(“并行工程”)的過程取代。因此,對模具制造和完成時間減少極大,同時,引入了一些關(guān)于使用CAE的建議。 薩拉戈薩工業(yè)大學(xué)注射塑料(T.I.I.P)車間,C.S.I.C相關(guān)單位,在注射熱塑性彈性體成型中,使用CAE工具已經(jīng)超過了15個年頭,同時在不同行業(yè)(機(jī)動車、家電、包裝、玩具等)的上百個項目中積累了很多的經(jīng)驗。T.I.I.P.的工作也包含著和歐洲不同的公司一起調(diào)研的項目(聚合物流變性、半自動磨具設(shè)計等)。 同時,這個組織一直意識到安排仿真技術(shù)制造的重要性,這種形式已經(jīng)合作并且由塑料工業(yè)基金會注射成型部研究會體質(zhì)指導(dǎo)。這個組織給注射成型企業(yè)提供了各項服務(wù),并且從中沒有任何盈利(如圖1)。許多國家的工業(yè)組織通過不同的程序和研究方向?qū)@個中心進(jìn)行了支持(新的工藝比如氣輔技術(shù)或噴流注射成型;新的設(shè)計比如使用壓力和溫度的設(shè)備的過程測量技術(shù))。 圖1 T.I.I.P注塑成型區(qū)域概貌 2.容器工程 1999年,第一個參與城市固體剩余物收集容器制造的西班牙公司(Contenur SPAIN,SL)去T.IIP-aiTIIP集團(tuán)共同進(jìn)行大尺寸的注塑件的設(shè)計工作,隨后測試了這些方案在這一領(lǐng)域應(yīng)用的實際可能性。該項目的主要目標(biāo)是快速制造大容量(2400 L和更多)的容器,與市場產(chǎn)品中加入了昂貴的加固結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)成型的焊接金屬板或塑料制品產(chǎn)生競爭。顯然,構(gòu)成容器的所有部件中,主要的困難是單一模腔部分的制造。這個文獻(xiàn)提供了幾個零件和模具設(shè)計的例子和失敗的建議2,3,但是不太可能找到40kg重的大的塑料部件,而且,這個模具尺寸上的一個錯誤沒有簡單的解決方案(運輸?shù)侥>吖ぞ咧圃焐痰闹圃旃S將會太昂貴,試驗和誤差的方法也是不提供)。對于這個部件的設(shè)計,必須考慮到以下幾個方面: 與歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN125744要求的基本尺寸一致;卸載電阻(排出側(cè))如(圖2);在功能條件和位置區(qū)具有高的耐沖擊性;表面容易清洗;美學(xué)設(shè)計;最低的成本(不僅是加工和裝配,還包括維護(hù));安裝的沖壓機(jī)施加的鎖模力限制(大型機(jī)器鎖模力的限制范圍在5000噸和10000噸之間);準(zhǔn)備標(biāo)記,也就是說,有自由的和平坦的空間;;材料的限制:采用其他CONTENUR設(shè)計的相同材料。圖 2. 裝卸作業(yè)的邊界條件,材料非線性模型,有限元模型。 特別注意的兩個限制:范圍內(nèi)的最低成本和最大鎖模力。對于最低成本,厚度是關(guān)鍵(原料的成本),在制造時確定;因此,派生機(jī)器的成本大約為厚度5的平方。另一方面,為了降低其合模力,部件的投影面積和分布的壓力與一部分厚度也有很大的關(guān)系(狹窄區(qū)域產(chǎn)生較高的注射壓力,可能也會產(chǎn)生大合模力)。由Castany等研發(fā)的方法,不僅用于注射成型,也適用于其它類似的技術(shù)6-8,如下:(a) 測定產(chǎn)品的可行性:鎖模力和厚度在歐洲標(biāo)準(zhǔn)允許的基本幾何條件下調(diào)整尺寸。在這一步只是一般的線條設(shè)計,而不做功能細(xì)節(jié)。一些基本的結(jié)果如下表1所示。這些分析通過遺傳物質(zhì)的基本參數(shù),高密度聚乙烯(表2)得到。對于高級步驟,通過幾個溫度條件計算。(b) 選擇材料,結(jié)合熔體流動指數(shù)(MFI)和機(jī)械性能,在注入點的位置進(jìn)行模擬,甚至不知道組件最終的幾何形狀,但得出幾個注入點的最好的位置是在容器主體的底部區(qū)域。該標(biāo)準(zhǔn)同時與模具結(jié)構(gòu)和零件的形狀有關(guān)。(c) 分析主體的形式和零部件的厚度,比較結(jié)構(gòu)上的選擇方案:側(cè)壁形狀,包括氣體輔助技術(shù)注入管的側(cè)壁形狀增加的慣性等也被列入考慮。(d) 顯然,模具的尺寸和凹陷的存在使得部件和模塊設(shè)計出現(xiàn)了一個其他問題。這種方式中,容器上部邊框的半圓形狀是一個很困難的設(shè)計問題,它由使用性能確定,但是在合模區(qū)域存在滑移。(e) 將合適的零件體積和可行的不同形式與厚度和機(jī)械阻力的形式制造相結(jié)合。在這一步驟,有限元分析、3D設(shè)計和注料仿真技術(shù)同時進(jìn)行(圖3、4)。最終的零件尺寸如表3。表1 簡單塑料模型,第一次仿真分析結(jié)果 主體厚度(mm)/質(zhì)量(kg) 最大注射壓力 (MPa) 鎖模力(kN) 6/52 96 166,000 7/60 71 122,000 8/68 55 94,000 9/76 44 74,000 10/84 35 59,000 表2 基本模擬計算參數(shù) 熔體溫度() 240 在恒定速度下的注射時間 秒 20 百分率 50 模具溫度() 40表3 2400 L主體的基本尺寸(毫米) 高度 1600 寬度 1480 長度 1600圖3. 3D數(shù)模(Pro-E繪制) 圖4. C-mold軟件:噴出的塑料溫度和冷卻線管路 用這些基本尺寸核算這四步,設(shè)計組對于最終的幾何圖樣有一個初始目標(biāo),這些細(xì)節(jié)包含輸出角度,收音機(jī),設(shè)置的輔助配件的位置(軟木、滑軌等)。生產(chǎn)流動分析為關(guān)鍵性的方式,與美國,日本和墨西哥實業(yè)公司模具廠的模具工人一起將模具的各部分固定在最佳的位置。這個過程的主要方面和仿真技術(shù)(為了保證注射工人的操作其他的細(xì)節(jié)不能存在)是:1. 2.5D幾何圖形式樣模型。2. 模腔注澆口位置。使用速度軌道去更好的控制料的流動性。根據(jù)軌道的流動澆注的設(shè)計原則使?jié)沧⑴c填滿模腔同步結(jié)束(避免保壓效應(yīng)),尤其要考慮到半圓形區(qū)域的邊界形狀。3.最佳條件:溫度的選擇、涉及的厚度、設(shè)計的耐久強(qiáng)度評價條件。溫度在210到250的評價。4. 必須要依靠正確的速度程序調(diào)節(jié)填料形式。在恒定速度的條件下,假想不允許的壓力值的增長,強(qiáng)化機(jī)器的極限。集裝箱磨具的最終布置,建議使用幾個沖壓速度。這個步驟用目前已經(jīng)存在的小型集裝箱(如圖5),進(jìn)行了現(xiàn)實的試驗驗證。圖5 用于工業(yè)生產(chǎn)條件為2400L試驗驗證真正的集裝箱模型 用CAE技術(shù)計算側(cè)面標(biāo)準(zhǔn)的沖壓速度如圖6所示。但是這個“函數(shù)”如果沒有實用性的編程就不能編入到注射成型機(jī)內(nèi)部,因為液壓系統(tǒng)不能精確的隨著所有梯度上升。無論如何,這個優(yōu)化程序后,能夠得到大約15%的鎖模力。 圖6 計算機(jī)顯示的側(cè)面理論沖擊速度5. 加注條件準(zhǔn)備好以后,模具制造者從一個初步設(shè)想到設(shè)計的裝備,已經(jīng)用一個新的數(shù)值模型和最終的熱流道系統(tǒng)模具所驗證。對于減少填充壓力,這個連續(xù)的工藝是有可能性的,但是實際的工藝安排,維護(hù),一定的停工降低了其用途。6. 最后,模具冷卻分析、包裝和彎曲矯正過程走向成熟。在這種方式下,Kyowe工業(yè)公司根據(jù)材料的傳熱性采用不同的建筑材料,調(diào)整冷卻管路。成品模具的重量超過了150,000kg(相當(dāng)于150公噸)。事實上,在注射成型中,超過6000個部件在制造中沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。報廢、使用性能、加工比率是和目前1000L的集裝箱(每小時20-25個零件)相似的。其他組件同時設(shè)計,實際上,得到的最后的結(jié)果非常復(fù)雜,比如:集裝箱的系統(tǒng),明顯的小于它的主體。 本文作者,定論:CAE輔助工具在設(shè)計中是最基本的工具,同相關(guān)知識和使用相似的模具進(jìn)行真實的實驗驗證相比。鳴謝本文作者,對于T.I.I.P-a.i.T.I.I.P組織和CONTENUR 技術(shù)人員的支持、設(shè)備和最終的目標(biāo)致以衷心的感謝。特別感謝D.Castany,感謝他們的專門技能在塑料注射成型工藝、設(shè)計、在很多培訓(xùn)班里面進(jìn)行的講解和世界研討會。
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