塑料電子表蓋注塑模具設(shè)計【含CAD圖紙+三維SW+文檔】
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二 應(yīng)用計算機輔助工程在橡膠注射
模具與冷流道系統(tǒng)設(shè)計和制造
IMECE2007學(xué)報
2007 ASME國際機械工程國會和博覽會
11月11日- 15日2007年,西雅圖,華盛頓,美國
IMECE2007-43851
Supasit Rodkwan
位于Kasetsart大學(xué),位于泰國曼谷，是塑膠模具、工業(yè)生產(chǎn)和機械工程部門和技術(shù)部門的研究和發(fā)展學(xué)院
Chana Raksiri
位于Kasetsart大學(xué),位于泰國曼谷，是塑膠模具、工業(yè)生產(chǎn)和機械工程部門和技術(shù)部門的研究和發(fā)展學(xué)院
Rungtham Panyawipart
位于Kasetsart大學(xué),位于泰國曼谷，是塑膠模具、工業(yè)生產(chǎn)和機械工程部門和技術(shù)部門的研究和發(fā)展學(xué)院
Kunnayut Eiamsa-ard
位于Kasetsart大學(xué),位于泰國曼谷，是塑膠模具、工業(yè)生產(chǎn)和機械工程部門和技術(shù)部門的研究和發(fā)展學(xué)院
摘 要
隨著最近全球范圍內(nèi)對橡膠制品需求的增長，最新的技術(shù)被用來改進橡膠
制品的制造技術(shù)的改進，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)進度和生產(chǎn)成本。冷流道系統(tǒng)是一個可以幫助解決部分問題和節(jié)約材料。但是，由于缺乏能夠預(yù)測橡膠注射成型過程中行為的數(shù)值工具。設(shè)計師仍然需要使用它們的經(jīng)驗和試錯法來設(shè)計模具和冷流道系統(tǒng)。因此，在這次研究中，用一個由SBR材料制作的墊片模具作為案例研究，研究使用CAE和冷流道系統(tǒng)應(yīng)用于橡膠注射成型過程的設(shè)計。實驗和仿真吻合得很好，并且原料在實際中重量減少12%，這樣可帶來產(chǎn)品成本的降低。最后，可以發(fā)現(xiàn)，使用CAE軟件可以幫助模具設(shè)計師和制造商更好地了解注塑過程中橡膠的流動模式和行為，從而得到更好的質(zhì)量。
前 言
目前,在全球范圍內(nèi)對橡膠產(chǎn)品的需求有顯著增長。最新的計算機技術(shù)和先進的工程已經(jīng)被用來提高這些產(chǎn)品的設(shè)計和制造。這可以帶來更好的部分質(zhì)量和減少生產(chǎn)準備時間和成本。冷流道系統(tǒng)的技術(shù)可以幫助節(jié)約原材料，冷流道系統(tǒng)的技術(shù)可以幫助節(jié)約原材料,尤其是對有長澆注和流道系統(tǒng)的帶來大規(guī)模生產(chǎn)。然而,由于缺乏數(shù)值工具能夠預(yù)測行為的橡膠注射成型過程中,運營商在運營中仍然需要運用自己的經(jīng)驗和試錯法來設(shè)計和制造模具和冷流道系統(tǒng)。此外,尚未發(fā)現(xiàn)比較實證在該地區(qū)的使用計算機輔助工程的模具設(shè)計和制造(CAE)研究工作。因此,本文對CAE,一個在橡膠注射過程使用實時分析和預(yù)測強大注射技術(shù)。冷流道系統(tǒng)是應(yīng)用于模具的橡膠墊片用于橡膠注射過程所以可以達到有效成型和更好的零件的質(zhì)量。
材料和方法
在這個工業(yè)研究性的工作,一個選擇苯橡膠(SBR)的橡膠墊片的案例研究如圖1。型號ES2700/250的恩格爾模式V厄爾,能力250噸的注射機用于這項研究。這臺機器嘗試多樣的不同的階段流型、溫度和注射時間調(diào)查。冷流道系統(tǒng)與十六個型腔與模具大小為496×546×240毫米，替代當前的熱流道系統(tǒng),如圖2所示,用于在橡膠產(chǎn)品制造工廠墊片生產(chǎn)線。冷流道系統(tǒng)設(shè)計能夠有效地使用橡膠原料在流道系統(tǒng)的橡膠注射機，類似于在熱塑性塑料注射成型機利用熱流道系統(tǒng)。此外,可以減少部分的缺陷如空缺部分的橡膠部分，這個冷流道系統(tǒng)的原理如圖3所示。 橡膠化合物的溫度在流道系統(tǒng)調(diào)整到合適的低水平維持在未硫化的橡膠化合物階段。模具的冷流道塊溫度(1)是由冷卻系統(tǒng)(2)和一個隔熱板(3),可以保護的熱量加熱在一個上模(4)可導(dǎo)致硫化過程，隨后,橡膠是通過冷流道注射到冷流道噴嘴，隨后,橡膠是通過冷流道噴嘴注射到冷流道(5)噴嘴和模具之間空氣間隔來絕緣。最后,橡膠是注射進了模腔。
圖一：橡膠墊片
圖二：模具墊片與熱流道系統(tǒng) 圖三： 一個橡膠注塑模具冷流道系統(tǒng)
從[2]可以發(fā)現(xiàn)為流動的控制方程的橡膠注射過程中:
其中ρ是流體密度，V是流體的體積
其中 g是單位質(zhì)量，σ是應(yīng)力常量
這里，cP是恒壓,β是體積膨脹系數(shù),p是壓力和k是熱導(dǎo)率
在仿真設(shè)計中,計算機輔助設(shè)計(CAD)用于構(gòu)造墊片部分幾何形狀，如圖4，和16個模腔以及澆口及水口系統(tǒng)。然后,分析橡膠注塑過程,使用3 d-SIGMA橡膠注塑仿真軟件,得到優(yōu)化的電流流道系統(tǒng)設(shè)計。
圖四;一個墊圈CAD文件
在橡膠注射成型仿真過程中,澆口尺寸是首先確定。使用初步模擬了流型圖5中所示,可以發(fā)現(xiàn),合適的矩形門尺寸是0.50×0.70×5.00毫米和每個對面的墊圈腔為5.00毫米。設(shè)計使得相等的流量通過每個門到每個墊圈腔如圖6。然后,一個完整的模具與冷流道系統(tǒng)設(shè)計如圖7能獲得后續(xù)分析。注射過程中溫度設(shè)置如圖8所示。 此外,結(jié)果收集后穩(wěn)態(tài)條件下10個周期注射過程。
圖5。橡膠墊圈的流型。
圖6。通過每一門的流量
圖7。一個完整的模具和冷流道系統(tǒng)
180
o
C
180
o
C
75
o
C
75
o
C
75
o
C
Upper mold
Lower mold
Cold runner block
Barrel
Cooling in
Cooling out
100
o
C
圖8。注塑工藝溫度
結(jié)果
使用冷流道系統(tǒng)設(shè)計、墊片模具生產(chǎn)如圖9和圖10所示，分別比較的實際 測試和模擬工作在每個階段行程距離30毫米到38毫米的產(chǎn)品形狀的見表1 - 4?？梢钥闯?從模擬預(yù)測工作它與使用注射機生產(chǎn)的產(chǎn)品形狀吻合很好。然而,在模具生產(chǎn)幾由于何公差錯誤可以發(fā)生不匹配的形狀。
表一：比較在一個沖程距離30毫米的實際研究和模擬注塑產(chǎn)品的形狀
30 金屬注射成型. of Stroke
表二：比較一個距離32毫米沖程實際研究和模擬注塑產(chǎn)品的形狀在
32 金屬注射成型. of Stroke
表三：比較在一個距離34毫米沖程實際研究和模擬注塑產(chǎn)品的形狀
34 金屬注射成型. of Stroke
表四。比較距離38毫米實實際研究和模擬注塑產(chǎn)品形狀的。
38 金屬注射成型. of Stroke
此外,溫度在一個特定的點上模具測量和模擬比較如表5所示。這種差異是因為在實際測量熱損失。
表五。比較實驗研究和模擬注入溫度。
Simulation
Injection Try Out
174.10
o
C
140.60 oC
171.10
o
C
143.10 oC
69.90
o
C
71.20 oC
圖11顯示了橡膠空氣在不同區(qū)域的部分接觸時間。 】
高數(shù)據(jù)在一個特定的區(qū)域可以參考大量可能發(fā)生的空氣陷阱和缺填充。展示的位置在每個階段的橡膠流的注入填充時間,如圖12。通過材料可以發(fā)現(xiàn)硫化橡膠的年齡，如圖13所示。圖14和圖15顯示模具的溫度和冷流道噴嘴固化時間為180秒，從溫度分布可以看到,冷流道系統(tǒng)可以使橡膠材料到未硫化的階段時,流道系統(tǒng)，而超過90%橡膠部分在每個型芯是充滿的，如圖16。此外,使用模具和冷流道系統(tǒng)在這部作品中,實驗表明,原始的橡膠材料在每個注射周期經(jīng)驗減少12.42%注射重量比模具熱流道系統(tǒng)。
圖9。墊圈冷流道系統(tǒng)。
圖10。一個墊片模具。
圖11。空氣接觸時間和空氣之間的橡膠。
注射橡膠的最大填充時間
圖12。在注射過程中填充時間。
圖13。部分橡膠的壽命。
圖13。橡膠圖14。部分模具溫度在180度c的固化時間。
圖15。冷流道噴嘴溫度180度c的固化時間。
圖16。這個的橡膠固話在180度固化時間。
結(jié)論
在本研究中,利用CAE和冷流道系統(tǒng)應(yīng)用于設(shè)計和制造的橡膠注射成型工藝與由SBR墊圈模具作為一個案例研究。實驗和仿真結(jié)果相關(guān)和原材料的使用是在一個令人滿意的數(shù)量減少會導(dǎo)致產(chǎn)品成本的降低。此外,利用CAE技術(shù)可以協(xié)助模具設(shè)計師和模具制造商更好地了解橡膠在注射過程一個流模式和行為，因此可以獲得部分更好的質(zhì)量。
引用
【1】.彈性體成型技術(shù)”Elastech哈德遜,俄亥俄州,美國,2003。
【2】.Kenedy,彼得,”流分析注塑模具”,Hanser出版商,美國紐約,1995年。
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