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優(yōu)化注塑條件考慮核心轉(zhuǎn)變
對于一個塑料電池盒與薄壁深腔
摘要
這篇文章的目的是利用數(shù)值分析和實驗的方法來檢驗型芯移動時對注射模參數(shù)的影響以及對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。實驗設計(DOE)是用來評估適當?shù)某尚蜅l件下,使型芯移動量最小的一個重要參數(shù)。結(jié)果表明,DOE的主要參數(shù)是注射壓力,當注射壓力降低時型芯移動量也在減小。此外,研究結(jié)果表明,初始模具溫度和注射時間幾乎不影響型芯移動。實驗的結(jié)果表明,當注射壓力接近32 MPa時，制造的產(chǎn)品不發(fā)生彎曲。分析的結(jié)果與實驗對比,確定了最佳注射成型條件。此外,結(jié)果表明,模擬注塑一個塑料電池盒薄壁深腔的工藝應考慮型芯移動。
關鍵詞:優(yōu)化注塑條件;型芯飄動;薄壁深腔;試驗設計。
1.引言
介紹最近汽車行業(yè)中人們普遍關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,一個高噴射壓力能增加一個型芯移動,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)在模具設計和注塑條件強烈影響型芯移動[6]。Leo 等人報道,模具中強度較差的模板的彎曲會使產(chǎn)品的厚度發(fā)生變化[7]。Bakharev等人報道,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型芯移動的作用情況[4]。
本文對注射成型參數(shù)影響具有薄壁深腔的塑料電池盒考慮到其型芯的飄動時，來評估最佳注射模型條件。實驗設計是用來評估最小化型芯偏移時適當?shù)某尚蜅l件,以及確定主要成型參數(shù)。多次進行了試驗研究用來獲得一個理想的噴射壓力。最優(yōu)注塑條件是通過對實驗結(jié)果進行數(shù)值分析對比獲得的。
2. 探討研究型芯偏移對產(chǎn)品的質(zhì)量的影響。
實驗和數(shù)值分析來模擬型芯偏移的注射成型特點,一個三維的注射成型進行了分析使用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。為了考慮型芯移動現(xiàn)象的數(shù)值分析,動模的模具和活動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。聚丙烯融化溫度設定在230 oC。
實驗設計(DOE)用來定量檢查型芯移動對注塑參數(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)的特點是用計算估算優(yōu)的條件下最小型芯移動。用每個參數(shù)的貢獻比率來估算使用方差分析(ANOVA)獲得型芯移動的主要參數(shù)影響。
注射成型機用600噸的夾緊力進行幾個實驗。圖2顯示了模具的設計,以及模具的制造實驗。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。為了檢驗型芯移動在模擬注塑工藝中的影響,實驗結(jié)果用數(shù)值分析進行比較。
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毫米和動模型芯變形對稱。此外,他們注意到F2和F3變化的部分相比,是可以忽略不計的其他部分。從結(jié)果的注塑成型分析、S / N和貢獻比率計算的F1,F5、F6部分的型芯與相對較大的型芯偏移。
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、保溫時間、注射時間、初始模具溫度是最大的時候,他們的標準分別是是30 MPa,1.6秒,4.4秒,40攝氏度。當注射壓力降低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 注射時間和初始模具溫度都可以忽略不計,見圖4和表3。從這些結(jié)果,指出注射時間和初始模具溫度幾乎沒有影響到型芯偏移。
3.2 DOE實驗結(jié)果使用結(jié)果
實驗條件的注射時間、保溫時間、初始模具溫度分別設定在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驗結(jié)果。在所有的實驗條件中不包括短時間注射,如圖5所示。當然,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。當注射壓力是32 MPa時薄壁易變形的產(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)化注塑條件的測試被確定為注射壓力32 MPa、注射時間1.6秒,保持時間4.4秒,初始模具溫度為40攝氏度。實驗的圖6(a)表明,在壁厚之間的差異分析的實驗是減少從-0.15 mm ~ 0.18毫米到-0.09毫米~ 0.07毫米當型芯偏移被認為是在數(shù)值分析。結(jié)果進行了數(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測的型芯偏移分析。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)值分析會計為核心轉(zhuǎn)變可以預測產(chǎn)品的變形期后在0.15毫米的計算精度。數(shù)值分析的結(jié)果表明,當型芯偏移被認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)采用了實驗和數(shù)值分析。彈性變形的型芯被認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,當注射壓力降低時型芯偏移減小。此外,它是指出,注射時間、保壓時間、初始模具溫度幾乎沒有影響型芯偏移。通過實驗證明,一個注射壓力約為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)值分析與實驗,獲得了最佳注塑條件。此外,結(jié)果表明,型芯偏移應該準確地模擬一個塑料電池盒薄壁深腔注塑工藝。
5.作者Ahn博士介紹
Ahn1992年在韓國釜山國立大學獲得機械工程學士學位。他1994年和2002年在KAIST(韓國科學技術院 )又分別獲得了碩士和博士學位。Ahn博士目前任韓國光州的朝鮮大學機械工程系教授。Ahn博士的研究興趣包括快速原型設計制造，輕質(zhì)夾板，激光材料加工，及模具。
《機械科學與技術雜志》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)。
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