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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)格來表示以數(shù)值分析法來考慮型芯移動(dòng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)是用來評(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)心的問題之一是用減小車輛整體重量來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)，來評(píng)估最佳注射模型條件。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是用來評(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)研究用來獲得一個(gè)理想的噴射壓力。最優(yōu)注塑條件是通過對(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(34)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)是減少從-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?；谏鲜鼋Y(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。通過數(shù)值分析和DOE顯示注射壓力是主要過程參數(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有影響型芯偏移。通過實(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。