676 止動板零件沖壓成形工藝及沖裁模具設計【全套17張CAD圖】

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i.三板模（類型1）一個 型腔兩條分型線。費用較高，不適用。 ??????? ? ii.二板模（類型2）一個 型腔一條分型線，沒有澆注系統(tǒng)。每次生產(chǎn)數(shù)量少，不適用。 ??????? iii.二板模（類型3）兩個 型腔一條分型線，帶有澆注和脫模系統(tǒng)。如果零件太薄有可能會被頂桿推破，不適用。 ?????? iv.?二板模（類型4）兩個 型腔一條分型線，利用直澆口脫模以避免損壞零件。 在為翹曲測試樣本設計模具時宜選用第四種類型。設計時還有許多因素需要考慮。 首先，模具的設計基于選用的注塑機的壓板尺寸。壓板的最大區(qū)域取決于兩系桿之間的距離，這對于注塑機來說是一個限制。這里用的注塑機的兩系桿距離為254mm。所以模具板材的最大寬度不能超過這個距離。此外，還有4mm的空間留在系桿和模具之間以便模具的拆裝。這使模具的最大尺寸為250mm，可采用標準模具基體。并在模具基體的右上角和左下角用卡釘固定在壓板上。其他相關模板的尺寸見表1。 表1 各模板尺寸 零件 尺寸（mm）—長 寬 高 頂部壓緊板 母模板 公模板 側板/底版 推桿固定板 推板 動模座板 250×250×25 200×250×40 200×250×40 37×250×70 120×250×15 120×250×20 250×250×25 模具必須與夾壓力一同設計讓夾緊力比模腔內作用力力更高 (反應力) 從而避免塑料噴濺的發(fā)生。 根據(jù)標準模具提供的尺寸，公模板的寬和高分別為200mm和250mm。這些尺寸使水平地被安置的公模板上有足夠的空間來設計雙模腔，而母模板只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。所以，在產(chǎn)品的表面只會留下一條分型線的痕跡。在開模時產(chǎn)品和流道將在分型面同時脫落。 這套模具的澆口形式是標準澆口或側澆口。澆口是位于流道和產(chǎn)品之間的。澆口的底部被設計成只有0.5mm厚并有20°的斜度目的是為了更容易注入塑料。澆口的另一頭也就是溶融塑料注入的一側則有4mm寬0.5mm厚。 設計這個模具時，選用了截面為拋物面形式的流道，可以只在公模板上方便的加工。但是，這種形式的流道與圓形流道相比有更多的熱量損失和廢料。這可能使熔融塑料冷卻過快。所以在設計時應使流道比較短且至少要有6mm的徑向尺寸。 材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時被送到個模腔對于流道設計來說是很重要的一點?；谶@點，模腔的布局一般都是對稱的。 另外，氣孔的設計也是模具設計中一個重要的方面。公模板和母模板的配合表面有很高的加工精度以防止注塑時泄露的發(fā)生。但是，這會使空氣被封閉在閉合模腔內從而導致短射或使零件不完整。合適起氣孔設計可以使空氣釋放出來不會出現(xiàn)零件不完整的現(xiàn)象。 冷卻系統(tǒng)是沿模腔長度方向在模具上打出的水平孔，只起冷卻作用。在湍流情況下，水線可以充分冷卻模具。圖2顯示了在公模板上氣孔、水線以及模腔的布局。 圖2 在公模板上氣孔、水線以及模腔的布局 在這個設計中，脫模系統(tǒng)只有推桿固定板、澆口套和推板。交口套的位于公模的中心，它的作用不僅是將產(chǎn)品固定在合適位置，在開模是還起到將產(chǎn)品拉出模腔的作用。因為產(chǎn)品非常薄，通常為1mm，所以不需要設計其附加的推桿。模腔里的推桿反而有可能在脫模的時候在零件上推出破孔。 最后，還要根據(jù)材料的收縮率留出足夠的公差補償。 圖3所示的是用Unigraphics設計的模具三維模型以及線框模型。 3.結果與討論 3.1. 產(chǎn)品的生產(chǎn)及改良 模具的設計和制造完成后，試模注塑出來的翹曲試樣會存在很多缺陷。包括短射、噴濺和翹曲。短射的解決可以通過在模腔的角落里銑出附加的氣孔來排出被困的空氣。同時，減小注射壓力可以減小噴濺的發(fā)生。對于翹曲的控制可以通過控制很多因素，例如注射時間、注射溫度和溶料溫度。 經(jīng)過這些修整之后，模具可以生產(chǎn)出低成本高質量的翹曲試樣，這些試樣需要經(jīng)過簡單的拋光處理。圖4顯示的是修整后的模具，加工出附加的排氣孔可避免短射現(xiàn)象的發(fā)生。 圖4 附加氣孔以避免短射 3.2. 模具及產(chǎn)品的詳細分析 模具和試樣都準備好之后，就可以對其進行分析了。在注塑的過程中，210℃熔融的ABS通過母模上的澆口套直接注入模腔，經(jīng)過冷卻，制件就成型了。制件的生產(chǎn)周期為35s，包括20s的冷卻時間。用來制造模具的材料是AISI 1050碳鋼。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。 表2 ABS以及AISI 1050碳鋼的性能 模具，AISI 1050碳鋼 試樣，ABS 密度 7860 kg/m3 彈性模量 208 GPa 泊松比 0.297 屈服強度 365.4MPa 抗拉強度 636MPa 熱膨脹率 65×10?6 K?1 電導率 0.135 W/(m K) 比熱 1250 J/(kg K) 1050 kg/m3 2.519 GPa 0.4 65MPa ? 11.65×10?6 K?1 49.4 W/(m K) 477 J/(kg K) 由于對稱，在注塑過程中只需對公模和母模垂直截面的上半部分進行熱分析。 圖5所示的是多層模板閉合的熱分析模型。 建模包括分配各部分的性能以及模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進行分析，還可以繪制時間響應曲線顯示再某段時間內特定區(qū)域的溫差變化。 對試樣的分析可以用LUSAS分析員13.5.版本分析雙向拉伸應力。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達塑性極限。 圖5 熱分析模型 圖6 試樣分析的加載模型 3.3. 模具及試樣分析的結果及討論 模具分析過程對不同時間段的熱量分布作了觀測。圖7所示是在一個完整的注塑周期中不同時間段的二維等高線熱量分布圖。 對模具進行二維分析后，可繪制出時間響應曲線以分析殘余熱應力對制件的影響。 圖8所示是繪制時間響應曲線所選的節(jié)點。 圖9—17所示的是圖8中各節(jié)點的溫度分布曲線。 圖7 不同時間段的熱量等高線分布圖 圖8 在制件上為繪制時間響應曲線選擇的節(jié)點 圖9 節(jié)點284的溫度分布曲線 從圖9—17中的溫度分布曲線可以清楚的看出每個節(jié)為曲線圖選擇計畫翻譯經(jīng)歷溫度的增加, 也就是從那對特定的溫度周圍超過溫度比較高的周圍溫度然后在這保持持續(xù)一段特定時間的溫度。?這些增加溫度是由溶化塑料的注入產(chǎn)品的型腔所引起的。 在一段特定時間之后, 溫度更進一步增加達成最高的溫度，然后保持該溫度。?這里的溫度增加是由于包裝階段相關的高壓導致的。?這個溫度一直持續(xù)到冷卻階段的開始。?計畫翻譯的曲線圖不是平滑適當?shù)牡侥禽斎肴芑说某涮钗锫实娜鄙俟δ芩芰虾屠鋬鰟┑睦鋮s比率。繪制的曲線是不平滑的，因為注入熔融塑料的速率和冷卻速率是相應的。這條曲線僅反應了一個周期里可以達到的最高溫度。 熱殘余應力的分析中最關鍵的階段在冷卻階段。這是因為冷卻階段導致材料冷卻從高溫到玻璃態(tài)轉變溫度的低溫。?物質的不均勻收縮可能產(chǎn)生熱應力從而引起翹曲。 圖10 節(jié)點213的溫度分布曲線 圖11 節(jié)點302的溫度分布曲線 圖12 節(jié)點290的溫度分布曲線 如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度顯示，離水線越近的地方冷卻效果越好，相反則越差。冷卻越快收縮也越大。雖然，節(jié)點284離水線最遠，卻冷卻得很快，那是因為熱量被釋放到周圍的環(huán)境中了。 圖13 節(jié)點278的溫度分布曲線 圖14 節(jié)點1838的溫度分布曲線 圖15 節(jié)點1904的溫度分布曲線 圖16 節(jié)點1853的溫度分布曲線 圖17 節(jié)點1866的溫度分布曲線 根據(jù)以上所述，水線位于產(chǎn)品型腔的中心引起了中心周圍的溫度高于其他區(qū)域。因此，中心區(qū)域會由于受到收縮力的作用產(chǎn)生更大的收縮從而產(chǎn)生翹曲。?然而, 冷卻溫度在不同的節(jié)點處的不同很小，翹曲效果不非常明顯。設計一個有比較小的殘余熱應力作用和一個有效率的冷卻系統(tǒng)的模具對于一個設計者來說是很重要的。 對于產(chǎn)品分析, 從被實行開始到分析塑料產(chǎn)品,在產(chǎn)品上不同負荷因素的狀態(tài)下的應力分配情況可以通過觀察生成的二維曲進行線分析。 分析的時候選擇了一個臨界節(jié)點，即節(jié)點127，這是拉應力最大的時候。此時參考負載應力曲線如圖23,它很清楚表明產(chǎn)品在增加拉力負荷，直到它達到了23的負載因數(shù),這意謂產(chǎn)品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對產(chǎn)品的固定端以施加最大應力3.27 ×107 Pa時損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。 4.結論 經(jīng)過翹曲測試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來設計的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質量達到最高。生產(chǎn)測試試樣所需的成本很低而且只需經(jīng)過很少的表面處理。 通過注塑模的熱分析得出殘余熱應力對試樣的影響，對加載拉應力的分析也可以預測到翹曲測試試樣所能承受的最大拉力。 參考文獻 [1] R.J. 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