鏡盒式計算器底蓋注塑模具設(shè)計

鏡盒式計算器底蓋注塑模具設(shè)計,盒式,計算器,注塑,模具設(shè)計 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(xiàng)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(diǎn)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(shí)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(xiàng)目中積累了很多的經(jīng)驗(yàn)。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(xiàng)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(xiàng)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(shí)際可能性。 該項(xiàng)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(yùn)輸?shù)侥＞吖ぞ咧圃焐痰闹圃旃S將會太昂貴，試驗(yàn)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)EN12574[4]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(diǎn)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(diǎn)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(shí)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(shí)的試驗(yàn)驗(yàn)證。 圖5 用于工業(yè)生產(chǎn)條件為2400L試驗(yàn)驗(yàn)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(shí)用性的編程就不能編入到注射成型機(jī)內(nèi)部，因?yàn)橐簤合到y(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(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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。