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塑料托盤(pán)注塑不同方案分析

作者:admin    來源:本站    發布時間:2019-10-03 00:43:45    瀏覽量:1512
塑料托盤(pán)注塑不同方案(àn)分析
在注射成型過程(chéng)中(zhōng),模具溫度(dù)直接影響到塑件的質量如收縮率、翹曲變形、 耐應力開裂性和表麵質量等,並且對(duì)生產(chǎn)效率起到決定性的(de)作用,在注射過程中, 冷卻時(shí)間占注射成型周期的(de)約80%,然而,由於各種塑料的性能和成型工藝要求(qiú) 不同,模(mó)具溫度的要求也不盡相同。
低的(de)模具溫度可降低塑件的成型收縮率;模具溫度均勻(yún)、冷卻時間短、注射 速度快可以減(jiǎn)小塑件的翹曲變形;對於結晶(jīng)性聚合物,提高模具溫度可使塑件尺 寸穩定,避免後(hòu)結晶現象,但是將導致成型周期延(yán)長和塑(sù)件發脆的(de)缺(quē)陷;隨著結 晶型聚合物的結晶度(dù)的提高,塑料的耐應力開裂性降(jiàng)低,因此降低模具溫度是有 利的。但對於高粘度的無(wú)定(dìng)型聚合物,由於其耐力開(kāi)裂(liè)性與塑件的內應力直接相 關,因(yīn)此提高模具溫度和充模速度,減少補料(liào)時間有(yǒu)利的;提高模具溫度可以(yǐ)改 善塑件的表麵質量。
模具溫度的(de)高低取決於塑料結晶性、塑件尺寸與結構、性能要求以及其它工 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隨著溫度的降低而固化,但並不發 生相的轉變,模溫主要影響焰體的粘度,即充(chōng)模速率。因此,對於熔融粘度較(jiào)低 和中等的無定型塑料如(rú)聚苯乙烯(xī)、醋酸纖維素等,采用較低的模具溫度可(kě)以縮(suō)短 冷卻時間。對於熔(róng)融粘度高(gāo)的塑料如聚(jù)碳酸酯、聚苯醒、聚碉等,則必須采取較 高的(de)模具(jù)溫度以避免產生冷流痕、注不滿等缺陷,同時由於其軟化溫度較高,提 高模具溫度可以調整塑件的冷卻速率,使(shǐ)之(zhī)均勻一致,以防止塑件因溫度差過大 而產生凹痕、內應力和裂紋(wén)等問題。
結晶性聚合物在注入模腔後,當溫度降低到熔點(diǎn)以下即開始結晶,結晶的速 率受冷卻(què)速率並最(zuì)終由模具溫度控製。高的模具溫度將導致大的結晶速率,有利 於分子的鬆馳過程,因此尺寸穩定但是塑件發脆(cuì),適(shì)用於結晶速率很小的(de)塑料如 聚對苯二(èr)甲酸乙二酯。低的模具溫(wēn)度將導(dǎo)致塑件中的分子(zǐ)結晶度的降(jiàng)低,
本文中采用的材料為聚丙烯PP),適合的模具溫度(dù)為40°C,由於本試驗主 要著重於試模階段,在試模階段模具各部(bù)分溫度可以近似於恒溫,因此本文采用 的模具溫度為均勻的40C,加之本研究采用熱(rè)流道係統(tǒng),采(cǎi)用針(zhēn)閥式澆口控製,
不會因為有無冷卻係統影響製品收縮,冷卻係(xì)統的影響可以忽略。在(zài)保證分析結 果較為準(zhǔn)確(què)的情況下,為了加快CAE模擬分析時間及提高效率本文分析中不加入 冷卻係統。
4.3.1設計方案一
本文主要從(cóng)改變(biàn)塑料托盤的澆注係統(tǒng)設計入手。由於模型經過對稱分析(xī)處理(lǐ), 模型呈四邊(biān)形,結構如果采用單澆口,無論從哪一邊進料,整個流程都非常長, 並(bìng)且在最後(hòu)焰料的交匯處,由於熔料溫度過低,分子長鏈之間的交錯纏結不充分, 會形成非常脆弱的熔接線,熔接線部位在承受外力時容易發生開裂甚至斷裂,嚴 重影響托盤的性(xìng)能。因此初步選定4點(diǎn)進料,進料口在每條邊的中間部位。
MPI視窗的坐標係(xì)中,澆(jiāo)口位(wèi)置分別為(-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(kǎo) 慮,由於模型中間存在著四個比較大的空腔,因(yīn)此適(shì)合(hé)做分(fèn)流(liú)道,所以研究中澆 注係統(tǒng)采用熱流(liú)道與冷流道結合的方式,熱流(liú)道係統具有節能(néng)、高效,可進行連 續注塑的(de)特點。將冷熱混合流道係統建(jiàn)模後進行(háng)有限元網格劃分,流道部(bù)分采用(yòng) 圓柱(zhù)形網格單元。如圖4-4所示,圖中熱流道用紅顏色表示,分流道用綠色表示。
 
圖(tú)4-4方案一澆口(kǒu)設(shè)計
 
分析結果及解(jiě)析:

1)充填時間
如圖4-5所示,從藍色到紅色表示充填的先後次序(xù)。左上角部分最後填充完成 的時(shí)間是4.718秒,時間長於其他三角。這表明本方案(àn)充填不均(jun1)勻,這將引起製品 部分過保壓,導致收縮不均勻。製品最後填充的部分相對於先充填的部分冷卻(què)更 加緩慢,因此其(qí)冷(lěng)卻收縮(suō)過程(chéng)滯後於(yú)其它區(qū)域,這就容易導致收縮不均勻,製(zhì)品 內部(bù)產生應力,這種應力在外力或環(huán)境因素(潮濕、高溫,輻射)等作用下容易 釋放出來,製品產生變形,開裂甚至(zhì)斷裂。

 
 
 
 
 
 
 
2)壓力分布
型腔壓力分布如圖4-6所示(shì),大部分麵積為綠色(sè)區域,在左上角位置為藍色(sè)區 域,從壓(yā)力分布的情況來看,該(gāi)方案壓力分布不均(jun1)勻(yún),壓力(lì)相差近34MPa,這必 然導(dǎo)致整個型腔中的(de)應(yīng)力不平衡,最終在製品中產生不等的殘餘應力,會(huì)使製(zhì)品 產生較大的翹曲(qǔ)變形。

 
4-6方案一壓力分(fèn)布(bù)
 
3)注塑壓力
注塑壓力如圖4-7,壓力的大小直接決定了注塑機的最小壓力,而且壓力越小 流動平衡(héng)性越好。該方案注塑口壓力最大值為70MPa°這個注塑壓力比較合理。
 

 
 
 
 
 
4)鎖模力
當(dāng)高壓的塑料熔體(tǐ)充滿型腔時,會產生一個沿注射機軸向的很大推力,該推 力應小於注射機額(é)定的(de)鎖(suǒ)模(mó)力,否則在注射成型時會因鎖模力不緊(jǐn)而發生溢邊(biān)跑 料現象。如圖4-8所示,本方案最大(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)翹曲變形
方案一注塑翹曲變形量最大值(zhí)為4.480mm,對於(yú)PP材料而(ér)言,變(biàn)形量不影響 製品的使(shǐ)用性能。
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4-9方案一翹曲變形分析
 
4.3.2設計方案(àn)二
方案二在方案一基礎上更改4個澆(jiāo)口位置,將澆口(kǒu)位置更加靠近澆口托盤的
左上角位置(zhì),在MPI空間中,具體四個澆(jiāo)口的位置坐標值更改(gǎi)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
如圖(tú)4-11所示,本方案充填時間5.116s,略長(zhǎng)於方案一的填充時間。托盤四 個角落充滿所需時間基本相近。這是一種較為(wéi)理想的流動平衡狀態,這種流動平 衡狀態不易(yì)出現過保壓現象,可以有效控製冷卻後製品內(nèi)部應力。

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2)壓力分布
方案二的型腔壓力分布如圖4-12所示,大部分(fèn)麵積為綠色區(qū)域,在右上(shàng)角位
置為藍(lán)色區域,壓力相(xiàng)差(chà)近30MPa,方案二相較於方案一(yī)有明顯下降。但30MPa

的壓力(lì)差還是比較大,型腔中的應力不平衡現象沒有根本性改善,注塑完成(chéng)後製 品可能因為內部較(jiào)大(dà)應力的存在,在外力及外部環境影響下產生變形、開裂或斷 裂。
 
4-12方案二壓力分布
 
3)注塑壓力(lì)
注塑壓力如圖4-13,該方案注塑口壓力最大值為60MPa,優於方案一(yī)的
70MPao注塑壓力的(de)減小可以節約能源,減少型腔內(nèi)部的應力,同時可以減少鎖模 力及(jí)製品的翹曲變(biàn)形量。
 
4-13方案二澆注口壓力分布
 
4)鎖模力
如圖4-14所示,方案二的最大鎖模力達2000kN,在整個托盤注塑條(tiáo)件(jiàn)下,鎖
模力在8000kN左右,優於方案一的lOOOOkN。減少鎖模力一方麵可以(yǐ)注塑機(jī)能耗,
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另一方麵可以降低型腔內(nèi)部應力。
4-14方案一鎖模力分布
5)翹曲變形
如圖(tú)所示,方案二的翹曲變形最大量為4.320mm,略小於方案一•的變形量。
0.462
Scale f500 mm|
4.15方案二翹曲變(biàn)形分析
4.320H
Scste Fscior^ 1.S00
4. 3.3設計方案三
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 


 
 
 
 
 
 
 
 
 
根據(jù)方案二的分析結果,將澆注係統中的(de)澆口位置進行(háng)微(wēi)調,本方案調整澆
0)(-407.19, -369.93, 0)(-305.41, -105.57,
0)(-77.79 -311.53, 0)
分析結果及解析:
1) 充(chōng)填時間
如圖4-16所(suǒ)示,本(běn)方(fāng)案充填時間4.909s,優於方案二(èr)5.116s。同時,四個角 落充(chōng)滿(mǎn)所需時間基本相近。流動平衡(héng),不易出現過保壓現象。

2)壓力分布(bù)
方案三型腔壓力分布如圖4-17所示,大部分麵積為淺綠色及淡藍色區域,在 左下角位置為藍色區域,壓力相差僅20MPa左右,較上兩個方案都有明顯下降, 型腔壓力(lì)狀態進一(yī)步改善。
Pressure
 
4-17方案三壓力分布(bù)
 
3)注塑壓力
方案三注塑壓力如圖4-18,該方案注塑壓力最大值為60MPa。與(yǔ)方案二相當, 優於方案一(yī)的最大注塑壓力。

4)鎖模力
如圖(tú)4-19所示,本方案(àn)最大鎖模(mó)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(suǒ)示,最大(dà)翹曲變形處位於托盤下部,最大值為
4.258mm,由於壓力分布均勻(yún),相對於前兩(liǎng)個方案,翹曲變形量有所變小。

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