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塑料托(tuō)盤注塑不同方案分析

作者:admin    來源(yuán):本站    發布時間:2019-10-03 00:43:45    瀏覽量:1655
塑料托盤注塑不同方案分析
在注射成(chéng)型(xíng)過程中,模具溫度直接影響到塑件的質量如收縮率(lǜ)、翹曲變形、 耐應力開裂性和表麵質量等,並且對生產效率起到決定性(xìng)的作用(yòng),在注射過程中, 冷卻時間占注射成型周期的約80%,然而,由於各種塑料的性能和成型工藝要求 不同,模具溫度的要求也不(bú)盡相同。
低的模具溫度可降低塑件的成型收縮率;模具溫度均勻、冷卻時間短、注射 速度快可以減小塑件的翹曲變形;對於結晶性聚合物,提高模具溫度可(kě)使塑件尺 寸穩定,避免後(hòu)結晶現象,但是將導致成型周期延長和塑件發脆(cuì)的缺陷;隨著結 晶型聚合物(wù)的結晶度的提(tí)高,塑料的耐應(yīng)力開裂(liè)性降低,因(yīn)此降低模具溫度是有(yǒu) 利(lì)的。但對於高粘度(dù)的無定型聚合物,由於(yú)其耐力開裂性與塑件的內應力直接相 關,因此提高模具(jù)溫度(dù)和充模速度,減少補料(liào)時間有(yǒu)利的;提高模具溫度可以改 善塑件的表麵質量。
模具溫度的高低取(qǔ)決於塑料結晶性、塑件尺寸與結構、性能要求以(yǐ)及(jí)其它工 藝條件如焰料溫度、注射速度、注射壓力和模塑周期等。
對於無定型聚合物,其焰體在注入模腔後(hòu)隨著溫度的降低而固化,但並不(bú)發 生相(xiàng)的轉變,模溫主要影響焰體(tǐ)的粘度,即充模速率。因此,對於熔融(róng)粘度較低 和中等(děng)的無定(dìng)型塑料如聚苯乙烯、醋酸纖維素等,采用較低的模具溫度可以縮短 冷卻時間。對於熔融粘度高的塑料如聚碳酸酯、聚苯醒、聚(jù)碉等,則必須采取較 高的模具溫度以避免產生(shēng)冷流痕、注不滿等缺陷,同(tóng)時由於其軟化溫度較高,提 高(gāo)模具(jù)溫度可以調整塑件的冷卻速率,使之均勻一致(zhì),以防止塑件因溫度差過大 而產生凹痕、內應(yīng)力和裂紋等問題。
結晶性聚合物在注入(rù)模腔(qiāng)後,當溫度降(jiàng)低到熔(róng)點以下即開(kāi)始結晶,結晶的速 率受冷卻(què)速率並最終由模具溫(wēn)度(dù)控製。高(gāo)的模具溫度將導致大的結晶速率,有(yǒu)利 於分子的鬆馳過(guò)程,因此尺寸穩定但(dàn)是塑件發脆,適用於結晶速率很小的塑料如 聚對苯二(èr)甲酸乙二酯。低的模具溫度(dù)將導致塑件中的分子結(jié)晶度的降低,
本文(wén)中采用的(de)材料為聚丙烯(xī)PP),適合的模具溫度為40°C,由於本試驗主 要著重於試模階(jiē)段,在試模階段模具各部分溫度可以近(jìn)似於(yú)恒溫,因此本文采用 的模具溫度為均勻的(de)40C,加之本研究采用熱流道係(xì)統,采用針閥式澆口控製,
不會因為有無冷卻係統影響製品(pǐn)收縮,冷卻係統的影響可以忽略。在(zài)保證分析結 果較為準(zhǔn)確的情況下,為了加快CAE模擬分(fèn)析時(shí)間及提高效率本文分析中不加入 冷卻係統。
4.3.1設計(jì)方案一(yī)
本文主要從改(gǎi)變塑料托盤的(de)澆(jiāo)注係統設計入手。由(yóu)於模型經過對稱分析處理, 模型呈四邊形,結構如果采(cǎi)用(yòng)單澆口,無論從哪一邊進料,整個流(liú)程都非常長, 並且在最後焰料(liào)的交匯處,由於熔料溫度過低,分子長(zhǎng)鏈之間的(de)交錯纏結不(bú)充分, 會形成非常脆弱的熔接線,熔接線(xiàn)部位在承(chéng)受(shòu)外(wài)力時(shí)容易發生開裂甚(shèn)至(zhì)斷裂(liè),嚴 重影(yǐng)響托(tuō)盤的性能。因此初步選(xuǎn)定(dìng)4點進料,進料口在每條邊的中間部位。
MPI視窗的坐標係中,澆口位置分別為(wéi)(-237.67, -417.73, 0) , (-407.19, -265.24, 0)(-239.15, -105.57, 0)(-77.79, -287.34, 0)。從模具結構考 慮,由於模型中間存在著四個比較大的空腔,因此適合做分流(liú)道,所以研究中澆 注係統(tǒng)采用熱流道與冷流道結合的方式,熱流道係統具有節能、高效,可進行(háng)連 續注(zhù)塑的特(tè)點。將冷熱混合流道(dào)係統建模後進(jìn)行有(yǒu)限元網格(gé)劃分,流道部分采用 圓柱形網格單元(yuán)。如圖4-4所示,圖中熱流道(dào)用紅顏色表示,分流道(dào)用綠色表示。
 
4-4方案(àn)一澆口設計
 
分析結果(guǒ)及解析:

1)充填時間
如圖(tú)4-5所示,從(cóng)藍色(sè)到紅色表示充填的先後次序。左上角(jiǎo)部(bù)分最(zuì)後填充完成(chéng) 的時(shí)間是4.718秒,時間長(zhǎng)於(yú)其他三角。這表(biǎo)明(míng)本方案充填不均勻,這將(jiāng)引起製品 部分過保壓,導致收(shōu)縮不均勻。製品(pǐn)最後填充的部分相(xiàng)對於先充填的部分冷卻更 加緩(huǎn)慢,因此其冷卻收縮過程(chéng)滯後於其(qí)它區域,這就容易導致收縮不均勻,製品(pǐn) 內部產(chǎn)生應力,這種應力在(zài)外力或環境因素(潮濕(shī)、高溫,輻射)等作用下容易 釋放出來,製品產生變形,開裂甚至斷裂。

 
 
 
 
 
 
 
2)壓力(lì)分布
型腔壓力(lì)分布(bù)如(rú)圖4-6所示,大部分麵積為綠色區域,在左上角位置為藍色區 域,從(cóng)壓力分布的情(qíng)況來看,該方案壓力分布不均勻,壓力相差近(jìn)34MPa,這必 然導致整個(gè)型腔(qiāng)中的應力不(bú)平衡,最終在製品中產生不等的殘餘應力,會使製品 產生較大的翹曲變形。

 
4-6方(fāng)案(àn)一壓力分布
 
3)注塑壓力
注塑(sù)壓(yā)力(lì)如(rú)圖4-7,壓力的大小直接(jiē)決定了注塑機的最小壓力,而且壓(yā)力越(yuè)小 流動(dòng)平衡性越好(hǎo)。該方案注塑口壓力最(zuì)大值(zhí)為70MPa°這個注塑壓力比較合理(lǐ)。
 

 
 
 
 
 
4)鎖(suǒ)模力
當高壓的塑料熔體充滿型腔時,會產生一個沿注射機(jī)軸向的很大推力,該推 力應小(xiǎo)於(yú)注射機額定的鎖模力,否(fǒu)則在注射成型時會因鎖模力不緊而發生溢邊跑 料現象。如圖4-8所示,本方案(àn)最(zuì)大(dà)鎖模力達2500kN,此鎖模力乘以4倍為 lOOOOkN,依然遠小於注塑機的最大鎖模力21000kNo因此是可以接受的。


 
 
 
5)翹(qiào)曲變形
方案一注塑翹曲變形量最大值為4.480mm,對(duì)於PP材料而言,變形量不影響 製品的使用性(xìng)能。
OefieatMk* M
 
Saric «m|
4-9方案一翹曲變形分析
 
4.3.2設計方案二(èr)
方案二在方案一基礎上更改(gǎi)4個澆口位置,將澆口位置更加靠近澆口托(tuō)盤的
左上角位置,在MPI空間中,具體四個澆(jiāo)口的位置坐標值更改為(-322.32, -417.73,
0)(-407.19, -369.93, 0)(-324.54, -105.57, 0)(-77.79, -298.26, 0)

如圖4-10所示。

 
 

 

1)充填時間(jiān)
如圖4-11所示,本方(fāng)案充填時間5.116s,略(luè)長於方案一的填充(chōng)時間。托盤四(sì) 個角落充滿所需時(shí)間基(jī)本相(xiàng)近。這(zhè)是一種較為理想的流動平衡狀態,這種流動平 衡狀態不易出現過保壓現象,可以有效控(kòng)製冷(lěng)卻後製品內(nèi)部應力。

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2)壓力分(fèn)布
方案二的型(xíng)腔壓力分布如圖4-12所示,大部分麵積為綠色區域,在右上(shàng)角位
置為藍色區域,壓力(lì)相差近30MPa,方案二相較於方案一有明顯下降(jiàng)。但30MPa

的(de)壓力差還是比較大,型腔中(zhōng)的應力不平衡(héng)現象沒有根本性改善,注塑完成後製 品可能因為內部(bù)較大應力的存在,在(zài)外力及外部(bù)環境影響下產生變形、開裂或(huò)斷 裂。
 
4-12方案二壓力分布
 
3)注塑壓力
注塑壓力如圖4-13,該方案(àn)注塑(sù)口壓力最大(dà)值為(wéi)60MPa,優於方案一的
70MPao注塑壓力的減小可以節約能源,減少(shǎo)型腔內部的(de)應力,同(tóng)時可以減少鎖模 力及(jí)製品(pǐn)的翹曲變形量。
 
4-13方案二澆注口(kǒu)壓力分布(bù)
 
4)鎖模力
如圖4-14所示(shì),方案二的最大(dà)鎖模力達2000kN,在整個托盤(pán)注塑條件下,鎖
模力在8000kN左右,優於(yú)方案一的lOOOOkN。減少鎖模力一方(fāng)麵可以注塑機能耗,
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另一方麵可以降低型腔內部應(yīng)力。
圖(tú)4-14方案一(yī)鎖模力分布
5)翹曲變形
如圖所示,方案二的(de)翹曲變形最大量為4.320mm,略小於方案一•的變形量。
0.462
Scale f500 mm|
4.15方(fāng)案二翹曲變形分析(xī)
4.320H
Scste Fscior^ 1.S00
4. 3.3設計方案三
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
根據方(fāng)案(àn)二(èr)的分析(xī)結果,將澆注係(xì)統中的澆口位置進行微調,本方案調整澆
0)(-407.19, -369.93, 0)(-305.41, -105.57,
0)(-77.79 -311.53, 0)
分析結果(guǒ)及解析:
1) 充填時(shí)間
如圖4-16所示,本方案充填時間(jiān)4.909s,優於方案(àn)二5.116s。同時,四個角 落充滿所需時間(jiān)基本相(xiàng)近。流動平衡(héng),不易出現過保壓現(xiàn)象。

2)壓力分布
方案三型腔壓力分布(bù)如圖4-17所示,大部分麵積為淺綠色及淡藍色區域,在 左下角位置為(wéi)藍色區域,壓(yā)力相差僅20MPa左右,較上兩個(gè)方案都(dōu)有明顯下(xià)降, 型腔壓(yā)力狀態進一步改善。
Pressure
 
4-17方案(àn)三壓力分布
 
3)注塑(sù)壓力
方案三(sān)注塑壓力如圖4-18,該方案注塑(sù)壓力最大值為60MPa。與方案二相當, 優於方案一的最大注塑壓力。

4)鎖模力
如圖4-19所示,本方案最大鎖模力達1750kN,優於其他兩個方案。
 
4-19方案三鎖模力分布
 
5)翹(qiào)曲變形
方案三翹曲變形量如下圖所示,最大翹(qiào)曲變形處位於托盤下部,最大值為
4.258mm,由於壓力分布均勻,相(xiàng)對於前兩個方案,翹曲變形量有所(suǒ)變小。

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