2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  中文4678字</b></p><p>  畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯</p><p>  系  部: 機(jī)械工程系 </p><p>  專 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 </p><p>  

2、姓 名: </p><p>  學(xué) 號(hào): </p><p>  外文出處:Journal of Materials Processing</p><p>  Technology 171 (2006) 259—267 </p><p>  附

3、 件: 1.外文資料翻譯譯文;2.外文原文。</p><p>  附件1:外文資料翻譯譯文</p><p>  注塑模具的設(shè)計(jì)及其熱分析</p><p>  S.H. Tang ?, Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman</p><p>  摘要:本文介紹注塑模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本以及為

4、了獲得殘余熱應(yīng)力的影響在模具中執(zhí)行熱分析。這項(xiàng)技術(shù)、理論、方法在注射模具設(shè)計(jì)中必須被考慮運(yùn)用。在商業(yè)計(jì)算機(jī)上使用13.0版本的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件UG進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。使用商用有限元分析軟件LUSAS分析家分析發(fā)現(xiàn)并揭示由于試樣的冷卻不均勻使塑件存在殘余熱應(yīng)力的分析報(bào)告。該軟件提供模型的溫度等高線分布圖并通過(guò)注塑周期時(shí)間響應(yīng)曲線繪制溫度變化曲線。結(jié)果表明與其它區(qū)域相比收縮更可能會(huì)發(fā)生在冷卻渠道附近。模具這種不平衡的冷卻效果有助于不同區(qū)域翹曲

5、的產(chǎn)生。</p><p>  關(guān)鍵詞:注塑模具 設(shè)計(jì) 熱分析</p><p><b>  引言</b></p><p>  塑料工業(yè)被列為一個(gè)數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè),是世界上增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。在日常生活中幾乎所有的用品都離不開(kāi)塑料,而大多數(shù)這些塑料都可以用注塑的方法生[ 1 ]。 眾所周知注塑成型加工是以較低的成本生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的幾何體產(chǎn)品

6、[ 2 ]。</p><p>  注塑成型加工是一個(gè)循環(huán)過(guò)程。在注塑過(guò)程中有四個(gè)重要的階段。這四個(gè)階段是加料階段、保壓階段、冷卻階段和頂出頂出。塑料注塑成型加工首先是往注射機(jī)料斗中添加樹(shù)脂和適當(dāng)?shù)奶砑觿?,并加熱塑料注射機(jī)的料斗到噴嘴部分[ 3 ]。在注射溫度下模具型腔充滿熱聚合物熔體,在模具型腔填滿后的保壓階段,更高壓力下更多的聚合物熔體裝入型腔,以補(bǔ)償前期聚合物凝固引起的收縮。接下來(lái)是模具的冷卻階段,塑件在排出

7、前被冷卻到足夠的強(qiáng)度。最后一步是頂出階段,模具開(kāi)模同時(shí)頂出塑件, 然后模具再次合上并開(kāi)始下一個(gè)周期。</p><p>  事實(shí)證明設(shè)計(jì)和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一個(gè)昂貴的工程,包括反復(fù)修改加工,在模具設(shè)計(jì)任務(wù)中,設(shè)計(jì)模具明確附加幾何結(jié)構(gòu),核心方面通常包括相當(dāng)復(fù)雜的凸凹面[5]。</p><p>  為了設(shè)計(jì)模具必須考慮許多重要的設(shè)計(jì)因素。這些因素分別是模具的尺寸、型腔數(shù)、型腔的布

8、局、澆注系統(tǒng)、澆口系統(tǒng)、收縮和頂出機(jī)構(gòu)[ 6 ]。</p><p>  在模具的熱分析中,其主要目的是分析影響殘余熱應(yīng)力或壓力對(duì)產(chǎn)品尺寸的影響。熱誘導(dǎo)應(yīng)力主要發(fā)生在注塑成型的冷卻階段,主要是因?yàn)槠錈醾鲗?dǎo)性低以及熔融樹(shù)脂與模具之間的溫差。在冷卻期間產(chǎn)品的冷卻腔周圍溫度存在不均衡 [ 7 ]。</p><p>  在冷卻時(shí),冷卻管道附近的冷卻效果比遠(yuǎn)離冷卻管道區(qū)域的冷卻效果好。不同的溫度導(dǎo)致不

9、同的收縮,不同的收縮導(dǎo)致熱應(yīng)力而顯著的熱應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致翹曲問(wèn)題。因此,在冷卻階段對(duì)注射工件進(jìn)行殘余熱應(yīng)力模擬分析是非常重要的[ 8 ] 。通過(guò)了解熱應(yīng)力的分布特點(diǎn),可以預(yù)測(cè)殘余熱應(yīng)力引起的變形。</p><p>  本文介紹了注塑模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲試樣以及為了獲得殘余熱應(yīng)力影響而在模具中執(zhí)行熱分析。</p><p><b>  2. 方法</b></p>

10、<p>  2.1 設(shè)計(jì)翹曲測(cè)試樣本</p><p>  本節(jié)說(shuō)明了用于注塑模具的翹曲測(cè)試樣品的設(shè)計(jì)。很顯然翹曲的主要問(wèn)題存在于產(chǎn)品的薄殼特征。因此,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的主要目的是設(shè)計(jì)一個(gè)塑件,以確定注塑工件薄殼翹曲問(wèn)題的有效因素。</p><p>  翹曲測(cè)試樣本是薄殼塑料。樣本的總體尺寸長(zhǎng)120mm,寬50mm,厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)作為材料,在注射溫度為

11、210℃,壓力為60MPa,持續(xù)3s時(shí)間生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本。圖1顯示了翹曲測(cè)試樣本的制作</p><p>  圖1 翹曲測(cè)試樣本制作</p><p>  2.2 翹曲測(cè)試樣本注塑模具的設(shè)計(jì)</p><p>  本節(jié)介紹了設(shè)計(jì)生產(chǎn)翹曲測(cè)試標(biāo)本時(shí),在模具的設(shè)計(jì)方面和其他方面的考慮因素。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。在模具設(shè)計(jì)時(shí)考慮了四個(gè)構(gòu)思,

12、其中包括:</p><p>  i. 三板式模具(構(gòu)思1 )有一個(gè)型腔兩個(gè)分型面。由于成本高,所以不適用。</p><p>  ii. 兩板式模具(構(gòu)思2 )有一個(gè)型腔一個(gè)分型面但無(wú)澆注系統(tǒng)。由于單位時(shí)間內(nèi)注射生產(chǎn)量低,不適用。</p><p>  iii. 雙板模具(構(gòu)思3 )有一個(gè)分型面和兩個(gè)型腔,帶澆注和頂出系統(tǒng)。由于塑件的是薄殼的,頂桿可能破壞工件,所

13、以不適用。</p><p>  iv. 雙板模具(構(gòu)思4 )有一個(gè)分型面和兩個(gè)型腔帶澆注系統(tǒng),只用拉料桿為頂出機(jī)構(gòu),避免頂出時(shí)破壞塑件。</p><p>  翹曲測(cè)試樣本模具設(shè)計(jì)的第四個(gè)構(gòu)思被應(yīng)用。在模具設(shè)計(jì)中,還有許多因素需要考慮。</p><p>  首先,根據(jù)注塑機(jī)使用的壓板尺寸設(shè)計(jì)模具。注塑機(jī)行程是有限的,通過(guò)兩個(gè)拉桿間的距離確定注射機(jī)的最大行程。注射機(jī)

14、兩個(gè)拉桿間的距離為254mm,因此,最大模板寬度不應(yīng)超過(guò)254mm這個(gè)距離。此外在模具和兩連桿中留出4mm的間隙便于模具的拆裝。這最終使模具最大寬度250mm。250X250的標(biāo)準(zhǔn)模架最終被使用。其他有關(guān)模板的尺寸則列于表1</p><p>  模具已設(shè)計(jì)了夾緊壓力,鎖模力應(yīng)高于內(nèi)部腔力(反作用力)以避免飛邊的發(fā)生。</p><p>  以提供的標(biāo)準(zhǔn)模架尺寸為根據(jù),凹模的寬度和高度的分別是

15、200和250毫米,使得模板上的這些尺寸有足夠的空間設(shè)計(jì)兩個(gè)水平的型腔,而凸模只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。因此,在產(chǎn)品的表面只設(shè)計(jì)了一個(gè)分型面。在開(kāi)模的時(shí)候,塑件和流道在分型面上被分開(kāi)。</p><p>  模具設(shè)計(jì)了直接澆口或側(cè)澆口。澆口位于流道和塑件之間。為了便于注入塑料澆口底部設(shè)計(jì)了一個(gè)20°的錐角斜度和0.5mm的壁厚。為了熔融塑料的流入,還設(shè)計(jì)了4mm寬,0.5mm厚的澆口。&l

16、t;/p><p>  在模具設(shè)計(jì)時(shí),選定了拋物面類型的流道。在這種情況下,它的優(yōu)點(diǎn)是僅需簡(jiǎn)單的加工模具凸模部分。然與圓形截面類型相比,這種類型的流道有不利之處,如更多的熱量損耗和廢料。這可能會(huì)導(dǎo)致熔融塑料更容易固化。所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)縮短流道長(zhǎng)度并增大流道直徑至少有6mm。</p><p>  材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時(shí)被送到個(gè)模腔對(duì)于流道設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很重要的一點(diǎn)?;谶@點(diǎn),模腔的布局一

17、般都是對(duì)稱的。</p><p>  另一個(gè)設(shè)計(jì)方面是考慮到了氣孔設(shè)計(jì)。凹模和凸模配合面之間有非常好的修整,以防止飛邊的發(fā)生。然而當(dāng)模具閉合時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致空氣閉于型腔內(nèi),導(dǎo)致塑件注射不足或不完整。設(shè)計(jì)足夠多的通風(fēng)孔以確保型腔內(nèi)的空氣可以被釋放,避免不完整的塑件發(fā)生。</p><p>  為了讓冷卻更均勻,冷卻系統(tǒng)沿著模具型腔水平設(shè)置。在紊流的情況下,冷卻渠道提供了足夠的冷卻水冷卻模具。圖2顯

18、示了在凸模上氣孔和冷卻管道的布局。</p><p>  圖2 凸模上氣孔和冷卻管道的布局</p><p>  在此模具設(shè)計(jì)中,頂出系統(tǒng)只由推桿固定板、拉料桿,澆口套組成。拉料桿設(shè)置與凸模的中心位置,在模具打開(kāi)時(shí)不僅承擔(dān)拉著塑件到適當(dāng)?shù)奈恢?,而且在頂出階段,作為推桿從模具中推出塑件。因?yàn)樯a(chǎn)的產(chǎn)品僅有1毫米非常薄的,所以沒(méi)有額外推桿被使用或設(shè)置。在頂出階段額外的推桿可能會(huì)造成塑件產(chǎn)生孔或破壞

19、塑件。</p><p>  最后,為補(bǔ)償材料的收縮足夠的尺寸偏差被考慮。 圖3顯示三維實(shí)體造型,以及利用UG開(kāi)發(fā)的模具的線框模型</p><p>  圖3 三維實(shí)體造型以及利用UG開(kāi)發(fā)的模具的線框模型</p><p><b>  3.結(jié)果和討論</b></p><p>  3.1塑件的制作生產(chǎn)及調(diào)整</p>

20、<p>  從模具設(shè)計(jì)和制作的角度看,在試運(yùn)行階段制作的翹曲測(cè)試樣本存在缺陷。該缺陷是注射不足,飛邊和翹曲。飛邊后來(lái)通過(guò)在型腔角上銑削額外的氣孔讓空氣排除的方法解決。同時(shí),通過(guò)減小注塑機(jī)壓力減少了飛邊的產(chǎn)生。通過(guò)控制注射時(shí)間、注射溫度、熔融溫度等不同參數(shù),控制翹曲變形。</p><p>  經(jīng)過(guò)這些修改,模具在低成本的情況下生產(chǎn)出了高質(zhì)量的翹曲測(cè)試樣本,這些試樣還需要修整。圖4顯示修整后的模具,這是加

21、工額外的排氣孔可以消去注射不足。</p><p>  圖4 加工額外的排氣孔可以消去注射不足</p><p>  3.2.模具和產(chǎn)品詳細(xì)分析</p><p>  在塑料注射成型過(guò)程中,熔融ABS在210 ? C溫度下通過(guò)凹模上的澆口襯套直接注射到模具型腔,經(jīng)過(guò)冷卻,塑件就成型了。塑件的生產(chǎn)周期需要花35秒,包括20秒冷卻時(shí)間。</p><p>

22、;  用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本材料的是ABS在注射溫度、時(shí)間、壓力分別為210℃,3秒和60MPa。用于生產(chǎn)翹曲測(cè)試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。</p><p>  運(yùn)用有限元軟件分析材料性能在決定溫度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。</p><p>  模具分析主要是凹模和凸模,因?yàn)樗麄兪切纬伤芗牡胤?。因此,使?3.5版本的商用有限元分析軟件L

23、USAS分析家研究不同時(shí)段溫度的分布。使用二維熱分析研究殘余熱應(yīng)力在不同區(qū)域?qū)δ>叩挠绊憽?lt;/p><p>  由于對(duì)稱性,只要通過(guò)凸模的垂直斷面或在注射階段當(dāng)凸凹模合在一起時(shí)的側(cè)面圖建立模型執(zhí)行熱分析。圖5所示的是模板的熱分析模型。</p><p><b>  圖5 模具熱分析</b></p><p>  建立模型包括分配各部分的性能以及模型

24、的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進(jìn)行分析,還可以繪制時(shí)間響應(yīng)曲線顯示再某段時(shí)間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。</p><p>  對(duì)試樣分析,使用13.5版本的LUSAS分析家進(jìn)行雙向拉伸應(yīng)力分析。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住,然后慢慢增加拉力一直到達(dá)塑性極限。圖6所示的是分析的負(fù)載模型。</p><p>  圖6 負(fù)載模型分析的產(chǎn)品。</p>&

25、lt;p>  3.3. 模具及試樣分析的結(jié)果及討論</p><p>  模具分析過(guò)程對(duì)不同時(shí)間段的熱量分布作了觀測(cè)。圖7所示是在一個(gè)完整的注塑周期中不同時(shí)間段的二維等高線熱量分布圖。</p><p>  圖7 不同時(shí)段溫度分布圖</p><p>  對(duì)模具進(jìn)行二維分析后,可繪制出時(shí)間響應(yīng)曲線以分析殘余熱應(yīng)力對(duì)制件的影響。圖8所示是繪制時(shí)間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點(diǎn)。

26、</p><p>  圖8 繪制時(shí)間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點(diǎn)</p><p>  圖9到圖17顯示了在圖8中被標(biāo)注的不同節(jié)點(diǎn)的溫度分布曲線</p><p>  圖9節(jié)點(diǎn)284溫度分布</p><p>  圖10 節(jié)點(diǎn)213溫度分</p><p>  圖11 節(jié)點(diǎn)302溫度分布</p><p>  圖1

27、2 節(jié)點(diǎn)290溫度分布</p><p>  圖13 節(jié)點(diǎn)278溫度分布</p><p>  圖14 節(jié)點(diǎn)1838溫度分布</p><p>  圖15 節(jié)點(diǎn)1904溫度分布</p><p>  圖16 節(jié)點(diǎn)1853溫度分布</p><p>  圖17 節(jié)點(diǎn)1866溫度分布</p><p>  從圖

28、9—17中很顯然被選擇用來(lái)繪制曲線的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度都是遞增的,也從室溫到高于室溫,然后再次溫度下保持一段時(shí)間。這些溫度上升是由于塑料溶液注入到了塑件的型腔內(nèi)造成的。</p><p>  經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,溫度進(jìn)一步上升直至達(dá)到最高溫度,然后保持在最高溫度下。由于保壓階段涉及高壓導(dǎo)致溫度上升。溫度保持不變直到冷卻階段開(kāi)始,從而導(dǎo)致模具溫度減小到一個(gè)低值,然后保持該低值。繪制的曲線是不平滑的,因?yàn)樽⑷肴廴谒芰系乃俾屎?/p>

29、冷卻速率是相應(yīng)的。繪制的曲線圖僅僅顯示了在周期內(nèi)溫度能達(dá)到的最大值。</p><p>  冷卻階段是決定殘余熱應(yīng)力的最關(guān)鍵階段。這是因?yàn)槔鋮s階段,材料冷卻從上面到下面玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。物質(zhì)的不均勻收縮可能產(chǎn)生熱應(yīng)力從而引起翹曲。</p><p>  如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度,很明顯在冷卻管道附近的塑件由于溫度減小的更多,塑件獲得了更好的冷卻而遠(yuǎn)離冷卻管道區(qū)域的塑件冷卻效果差。冷卻效

30、果好、冷卻速度快意味著在該區(qū)域發(fā)生更多的收縮。最遠(yuǎn)的區(qū)域節(jié)點(diǎn)284,雖然遠(yuǎn)離冷卻管道,但由于向空氣中散熱冷卻更快。</p><p>  因此,冷卻通道設(shè)在產(chǎn)品型腔的中心,造成冷卻管道附近和其他區(qū)域間產(chǎn)生溫差。由于發(fā)生收縮使得在塑件的中心區(qū)域產(chǎn)生壓應(yīng)力以及由于發(fā)生不均衡的收縮導(dǎo)致翹曲。然而,在冷卻后不同節(jié)點(diǎn)的溫差很小,翹曲變形也不是很明顯。對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)一副殘余熱應(yīng)力效果小和高效的冷卻系統(tǒng)是非常重要的。</

31、p><p>  對(duì)于產(chǎn)品分析,從被實(shí)行開(kāi)始到分析塑料產(chǎn)品,在產(chǎn)品上不同載荷因素的狀態(tài)下的應(yīng)力分配情況可以通過(guò)觀察生成的二維曲進(jìn)行線分析。圖18—21顯示了不同荷載增量下的等效應(yīng)力圖。</p><p>  圖18 荷載增量1下的等效應(yīng)力圖</p><p>  圖19 荷載增量14下的等效應(yīng)力圖</p><p>  圖20 荷載增量16下的等效應(yīng)力圖

32、</p><p>  圖21 荷載增量23下的等效應(yīng)力圖 </p><p>  在關(guān)鍵的127節(jié)點(diǎn),選定產(chǎn)品的最大拉應(yīng)力進(jìn)行分析。應(yīng)力應(yīng)變曲線和應(yīng)力負(fù)載增量曲線。如圖22和23</p><p>  圖22 應(yīng)力應(yīng)變曲線</p><p>  圖23 應(yīng)力與負(fù)載增量曲線</p><p>  參考負(fù)載應(yīng)力曲線如圖23,它很

33、清楚表明產(chǎn)品在增加拉力載荷,直到它達(dá)到了23的負(fù)載因數(shù),這意謂產(chǎn)品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對(duì)產(chǎn)品的固定端以施加最大應(yīng)力3.27 ×107 Pa時(shí)損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。</p><p>  該產(chǎn)品應(yīng)力分析資料十分有限,因?yàn)樯a(chǎn)產(chǎn)品的目的是為了翹曲測(cè)試,所以沒(méi)必要進(jìn)行拉伸負(fù)載分析。但是在未來(lái),應(yīng)當(dāng)確定產(chǎn)品情況,以便在其他各種負(fù)載情況下執(zhí)行進(jìn)一步的分析。</p><p

34、><b>  4.結(jié)論</b></p><p>  經(jīng)過(guò)翹曲測(cè)試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到最高。生產(chǎn)測(cè)試試樣所需的成本很低而且只需經(jīng)過(guò)很少的表面處理。</p><p>  通過(guò)注塑模的熱分析得出殘余熱應(yīng)力對(duì)試樣的影響,對(duì)加載拉應(yīng)力的分析也可以預(yù)測(cè)到翹曲測(cè)試試樣所能承受的最大拉力。</p><p><b

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