蒸汽高光注塑模具設計方法及疲勞壽命研究.pdf

1、塑料產(chǎn)品在生產(chǎn)生活中的廣泛應用不斷推動著塑料成型工藝的改進，人們在要求高精度、高強度、高表面質量、低成本塑件的同時，也就要求了更高效、更經(jīng)濟、更環(huán)保的塑料成型工藝的出現(xiàn)?？焖贌嵫h(huán)注塑成型就是這樣一種新型的成型工藝，其生產(chǎn)的塑件表面具有高光潔度、無熔接痕，可免除打磨、噴涂等二次加工工序，又稱高光無熔痕注塑。
　　 本論文研究的蒸汽高光注塑模具就是利用蒸汽加熱的快速熱循環(huán)注塑模具(Steam Rapid Heating Cycle

2、 Molding，簡稱SRHCM)。與常規(guī)注塑成型工藝相比，SRHCM工藝在熔體注射前增加了蒸汽快速加熱型腔的環(huán)節(jié)，有效提高了熔體填充型腔時的流動性能，消除了制品表面的熔接痕，并大大提升了制品的光潔度，冷卻階段則利用冷凝水快速降溫，整個SRHCM的成型周期與常規(guī)注塑相當。然而SRHCM工藝快熱快冷的工藝特點使得SRHCM模具的疲勞壽命相對較低，單純通過增大模板尺寸提高強度，往往會以降低成型效率及加熱效果為代價，因此兼顧模具成型效率和疲勞

3、壽命，開發(fā)高效長壽命模具是十分必要的。
　　 論文首先結合SRHCM工藝特點和傳熱學、疲勞強度理論，對SRHCM模具型腔的傳熱、變形、應力及疲勞壽命情況進行了分析和理論計算。計算得到了蒸汽及冷卻水的換熱系數(shù)，為型腔熱傳導的有限元分析提供了必要的數(shù)據(jù)；根據(jù)模具鋼CENA1的常規(guī)疲勞試驗數(shù)據(jù)擬合得到了其S-N曲線和S-N擬合方程，為型腔疲勞仿真提供了較準確材料數(shù)據(jù)。
　　 論文對影響SRHCM模具型腔加熱冷卻效率及疲勞壽命的

4、各種因素進行了分析。利用正交試驗法、響應面法及非線性規(guī)劃等，對型腔二維模型的管道排布進行了多目標優(yōu)化設計。得到了管道排布各因素對傳熱效果和應力壽命的影響規(guī)律、影響排序和顯著性分析，獲得了各試驗指標的擬合方程及響應曲面，得到的優(yōu)化解與模擬實驗的結果吻合良好，對平板狀塑件的型腔管道排布設計有一定的指導作用。
　　 論文結合生產(chǎn)實際，對42寸液晶電視機前殼的SRHCM型腔進行了三維熱傳導、熱應力及疲勞壽命有限元分析。改進了蒸汽管道布局

5、，提出了側立邊管道“一遠一近”的排布形式，顯著提高了型腔加熱的均勻性；建立了用于加熱、合模、注射、冷卻全過程模擬的分析模型，更準確的反映了型腔、塑件及型芯的溫度變化規(guī)律及特點；對比研究了五種不同管-面距離的型腔模型的加熱冷卻效率及效果。分析了型腔在全約束及半約束固定方式下的熱變形及熱應力情況，發(fā)現(xiàn)半約束固定方式中的“間隙”結構有利于型腔應力的釋放和壽命的提高；通過模擬發(fā)現(xiàn)，在合模和注射階段中鎖模力及注射壓力可減小型腔的部分熱應力，而塑料

6、熔體的高溫使型腔快速膨脹，應力增加，其對成型面處熱應力的影響更加明顯。對比五種管-面距離模型的應力及疲勞壽命情況，獲得了管-面距離對模具疲勞壽命的影響規(guī)律。
　　 根據(jù)實際生產(chǎn)中SRHCM模具型腔壽命偏低的問題，以提高加熱均勻性和使用壽命為目標，優(yōu)化設計了42寸液晶電視機前殼的SRHCM型腔的加熱/冷卻管道。42寸液晶電視機前殼的SRHCM型腔在采用半約束固定方式下，管徑8mm，底面管間距18mm，管-面距離12mm，側立邊管道