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機(jī)械科學(xué)與技術(shù)雜志 24 2010 145 148 作者 Dong Gyu Ahn 2009年4月24 日收到手稿 修訂2009年9月21日 接受于2009年10月12日 具有薄壁深腔的塑料電池盒考慮到其型芯的飄動(dòng)時(shí) 最佳注射 模型條件 摘要 這篇文章的目的是利用數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)檢驗(yàn)型芯移動(dòng) 時(shí)對(duì)注射模參數(shù)的影響以及對(duì)薄壁深腔塑料電池盒的最佳注塑條件 與傳統(tǒng)的注射成型分析不同 模具的活動(dòng)部件利用三維四面體網(wǎng)格 來(lái)表示以數(shù)值分析法來(lái)考慮型芯移動(dòng) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) DOE 是用來(lái)評(píng)估適 當(dāng)?shù)某尚蜅l件下 使型芯移動(dòng)量最小的一個(gè)重要參數(shù) 結(jié)果表明 DOE 的主要參數(shù)是注射壓力 當(dāng)注射壓力降低時(shí)型芯移動(dòng)量也在減小 此 外 研究結(jié)果表明 初始模具溫度和注射時(shí)間幾乎不影響型芯移動(dòng) 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明 當(dāng)注射壓力接近32 MPa時(shí) 制造的產(chǎn)品不發(fā)生彎曲 分析的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比 確定了最佳注射成型條件 此外 結(jié)果表明 模擬注塑一個(gè)塑料電池盒薄壁深腔的工藝應(yīng)考慮型芯移動(dòng) 關(guān)鍵詞 優(yōu)化注塑條件 型芯飄動(dòng) 薄和深墻 薄壁深腔 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 1 引言 介紹最近汽車行業(yè)中人們普遍關(guān)心的問(wèn)題之一是用減小車輛整 體重量來(lái)提高燃油效率以及減少車輛對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響 1 3 薄塑 料部件注射成型工藝性可以較大的減小汽車的重量 大幅度降低生 產(chǎn)工藝 1 人們都在積極努力的從事各項(xiàng)研究來(lái)開發(fā)薄壁塑料件的 注塑模成本和縮短生產(chǎn)周期 1 制造生產(chǎn)薄壁深腔的塑料零件必須 要使用高噴射壓力和高噴射速度 4 然而 一個(gè)高噴射壓力能增加 一個(gè)型芯移動(dòng) 這是型芯在注塑中空間位置的偏差形成的 5 Shepard 等人發(fā)現(xiàn)在模具設(shè)計(jì)和注塑條件強(qiáng)烈影響型芯移動(dòng) 6 Leo 等人報(bào)道 模具中強(qiáng)度較差的模板的彎曲會(huì)使產(chǎn)品的厚度發(fā)生變 化 7 Bakharev等人報(bào)道 可以通過(guò)模具填充模擬和易變形模具的 零件的彈性分析可事先知道注塑成型時(shí)型芯移動(dòng)的作用情況 4 本文對(duì)注射成型參數(shù)影響具有薄壁深腔的塑料電池盒考慮到其 型芯的飄動(dòng)時(shí) 來(lái)評(píng)估最佳注射模型條件 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是用來(lái)評(píng)估最 小化型芯偏移時(shí)適當(dāng)?shù)某尚蜅l件 以及確定主要成型參數(shù) 多次進(jìn)行 了試驗(yàn)研究用來(lái)獲得一個(gè)理想的噴射壓力 最優(yōu)注塑條件是通過(guò)對(duì) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值分析對(duì)比獲得的 2 探討研究型芯偏移對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量的影響 實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析來(lái)模擬型芯偏移的注射成型特點(diǎn) 一個(gè)三維的注 射成型進(jìn)行了分析使用MPI V6 1 圖1模型分析說(shuō)明 電池盒的尺 寸是164 4毫米 W 251 4毫米 L 184 0毫米 H 最大和最小厚度 的薄壁分別是2 7毫米和1 8毫米 深腔的深度為168 7毫米 澆注系 統(tǒng)由一個(gè)錐形澆道 初始直徑8毫米和最后直徑15毫米 圓形通道 的直徑8毫米 澆口直徑在2毫米 為了考慮型芯移動(dòng)現(xiàn)象的數(shù)值分析 動(dòng)模的模具和活動(dòng)部件分別用四面體網(wǎng)格376674 EA和61098 EA殼網(wǎng) 格代表 注射材料是聚丙烯樹脂 聚丙烯融化溫度設(shè)定在230 oC 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) DOE 用來(lái)定量檢查型芯移動(dòng)對(duì)注塑參數(shù)的影響 表1 顯示了注塑參數(shù)的水平幅附圖用繪 3 4 正交陣列表示 信噪比 S N 的特點(diǎn)是用計(jì)算估算優(yōu)的條件下最小型芯移動(dòng) 用每個(gè)參數(shù)的貢 獻(xiàn)比率來(lái)估算使用方差分析 ANOVA 獲得型芯移動(dòng)的主要參數(shù)影響 注射成型機(jī)用600噸的夾緊力進(jìn)行幾個(gè)實(shí)驗(yàn) 圖2顯示了模具的 設(shè)計(jì) 以及模具的制造實(shí)驗(yàn) 模具的尺寸為750毫米 700毫米 W L 870毫米 H 主要參數(shù)變化在 10 的由DOE提出條件來(lái)確定最佳 條件 為了檢驗(yàn)型芯移動(dòng)在模擬注塑工藝中的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果用數(shù)值 分析進(jìn)行比較 3 討論與結(jié)果 3 1 DOE的注射成型結(jié)果分析 圖3和表2注塑分析顯示結(jié)果 在任何注塑條件的組合下動(dòng)模的 型芯的變形方向相同 見圖3圖3和表2表明 變形的F1 F5 F6部分的 型芯是大于0 1毫米和動(dòng)模型芯變形對(duì)稱 此外 他們注意到F2和F3 變化的部分相比 是可以忽略不計(jì)的其他部分 從結(jié)果的注塑成型分 析 S N和貢獻(xiàn)比率計(jì)算的F1 F5 F6部分的型芯與相對(duì)較大的型 芯偏移 圖4和表3DOE顯示結(jié)果 圖4中 可以看到 S N比率的噴射壓力 保溫時(shí)間 注射時(shí)間 初始模具溫度是最大的時(shí)候 他們的標(biāo)準(zhǔn)分別 是是30 MPa 1 6秒 4 4秒 40攝氏度 當(dāng)注射壓力降低S N比率在 注射壓力也增加明顯 見圖4 表3顯示 平均比例的噴射壓力是近76 3 在比率中的噴射壓力 明顯高于其他參數(shù) 從這些結(jié)果 指出主要參數(shù) 主要影響型芯偏移 的 就是注射壓力 不同的S N 注射時(shí)間和初始模具溫度都可以忽略 不計(jì) 見圖4和表3 從這些結(jié)果 指出注射時(shí)間和初始模具溫度幾乎 沒(méi)有影響到型芯偏移 3 2 DOE實(shí)驗(yàn)結(jié)果使用結(jié)果 實(shí)驗(yàn)條件的注射時(shí)間 保溫時(shí)間 初始模具溫度分別設(shè)定在1 6 秒 4 4秒 40攝氏度 注射壓力變化范圍在27 32 MPa 圖5顯示了注射成型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在所有的實(shí)驗(yàn)條件中不包括短 時(shí)間注射 如圖5所示 當(dāng)然 在注射壓力低于30 MPa不能制作薄壁易 變形的模制產(chǎn)品 見圖5 a 這是保持壓力不足的結(jié)果 當(dāng)注射壓力 是32 MPa時(shí)薄壁易變形的產(chǎn)品也不能生產(chǎn) 見圖5 b 從這些結(jié)果 塑料電池盒的薄壁深腔優(yōu)化注塑條件的測(cè)試被確定為注射壓力32 MPa 注射時(shí)間1 6秒 保持時(shí)間4 4秒 初始模具溫度為40攝氏度 實(shí)驗(yàn)的圖6 a 表明 在壁厚之間的差異分析的實(shí)驗(yàn)是減少?gòu)?0 15 mm 0 18毫米到 0 09毫米 0 07毫米當(dāng)型芯偏移被認(rèn)為是在數(shù)值 分析 結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值分析比較 見圖6 此外 它是指出 厚度變 化的深腔是正確預(yù)測(cè)的型芯偏移分析 圖6 b 表明 偏芯偏移略微影 響變形期后的模制產(chǎn)品模式 數(shù)值分析會(huì)計(jì)為核心轉(zhuǎn)變可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品 的變形期后在0 15毫米的計(jì)算精度 數(shù)值分析的結(jié)果表明 當(dāng)型芯偏 移被認(rèn)為是從注射壓力降低到32 0 MPa從50 2 MPa 這是由于增加 了空腔體積引起的彈性變形的型芯 基于上述結(jié)果 型芯偏移注塑分 析可以正確地模擬電池外殼的薄壁深腔注塑工藝 4 結(jié)論 注射成型對(duì)型芯偏移成型的塑料電池盒薄壁深腔的影響參數(shù)采 用了實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析 彈性變形的型芯被認(rèn)為是反映型芯偏移影響 數(shù)值分析 通過(guò)數(shù)值分析和DOE顯示注射壓力是主要過(guò)程參數(shù)影響型 芯偏移 當(dāng)注射壓力降低時(shí)型芯偏移減小 此外 它是指出 注射時(shí)間 保壓時(shí)間 初始模具溫度幾乎沒(méi)有影響型芯偏移 通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明 一 個(gè)注射壓力約為32 MPa是不可以制造較厚壁厚模制產(chǎn)品 比較結(jié)果 的數(shù)值分析與實(shí)驗(yàn) 獲得了最佳注塑條件 此外 結(jié)果表明 型芯偏移 應(yīng)該準(zhǔn)確地模擬一個(gè)塑料電池盒薄壁深腔注塑工藝 5 作者Ahn博士介紹 Ahn1992年在韓國(guó)釜山國(guó)立大學(xué)獲得機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位 他 1994年和 2002年在 KAIST 韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院 又分別獲得了碩士和 博士學(xué)位 Ahn 博士目前任韓國(guó)光州的朝鮮大學(xué)機(jī)械工程系教授 Ahn博士的研究興趣包括快速原型設(shè)計(jì)制造 輕質(zhì)夾板 激光材料 加工 及模具