汽車活塞托架三維模型及注塑模具設(shè)計【一模一腔】【說明書+CAD+UG】

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Rahmati的郵箱，rahmatirapidtoolpart.com。英國拉夫堡大學(xué)快速生產(chǎn)研究小組的負(fù)責(zé)人和教授。實(shí)驗(yàn)方法在構(gòu)建快速成型注塑模具工具過程當(dāng)中，根據(jù)光固化快速成型250型號快速成型機(jī)上的CAD數(shù)據(jù)，直接將環(huán)氧樹脂殼層嵌入到模具當(dāng)中。這些嵌入物正好通過鋼框架插入到鋼模具當(dāng)中，模具背面用鋁粉或是鋁薄片和環(huán)氧樹脂的混合物填充(圖1)。這些混合物額外增加了嵌入物力量并使模具具有散熱特點(diǎn)。使用50噸的巴頓菲爾注塑機(jī)測試快速成型工具，生產(chǎn)聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯零件。如圖2彈簧澆注系統(tǒng) 快速成型模具上內(nèi)模腔鋼框架模后填充材料 鐵心用鋼框架頂出針 快速成型模具下內(nèi)膜圖1：快速成型模具工具鑲件橫截面圖2：從快速成型工具取出后的模具狀態(tài)模具加工過程當(dāng)中，測出型腔模具溫度和壓力，利用不同的熱電偶控制熔體溫度，以盡可能地確保型腔狀態(tài)保持一致。使用光學(xué)顯微鏡或是掃描電子顯微鏡檢測兩種模具斷裂樣本。裂縫的立方體用于橫截面和斷裂面的研究。裂縫當(dāng)中嵌入模具材料的立方體，使用鑄造材料鑄好，切割然后使用光學(xué)顯微鏡將其拋光，以便于檢測?？墒牵褂脪呙桦娮语@微鏡研究立方體斷裂面和模心，導(dǎo)致快速成型模具工具出現(xiàn)失效機(jī)理。注射壓力分析在噴射器底部放上測壓軟件來檢測壓力剖面（如圖3）。澆道套 模制澆鑄道 噴射器內(nèi)角模腔邊噴射器中間噴射器 測壓元件模蕊側(cè)噴射器中間測壓元件電纜圖3：噴射器和測壓元件的位置在頂針施加的壓力將轉(zhuǎn)移到放置在噴射器另一末端的測壓元件上。取五個頂針其中的三個,其中一放在噴射器中間，另外兩個放在噴射器拐角處，測量壓力。所有的測壓元件與數(shù)據(jù)記錄器連接，并用電腦操作。在注射過程中記錄的變化電壓轉(zhuǎn)換成為壓力。結(jié)果如圖4描繪所示，在噴射器中間達(dá)到最大噴射壓力1650 psi （11.4兆帕), 在噴射器拐角壓力下降到約1300psi(9兆帕)。180016001400120010008006004002000快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個地方的壓力剖面Corner Pressure 1Middle PressureCorner Pressure 303691215182124時間 (秒)圖4. 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個地方的壓力剖面?？焖俪尚铜h(huán)氧樹脂模具工具相關(guān)溫度和材料的研究圖5記錄了在周期時間內(nèi)的典型實(shí)際溫度，在開始下一次注射前，溫度達(dá)到451攝氏足夠在規(guī)定時間內(nèi)完成使模具冷卻過程。為了計算抗?jié)q強(qiáng)度和剪切應(yīng)力，需準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)樣品，規(guī)格按照ISO527測量剪切應(yīng)力，按照ISO179檢測沖擊強(qiáng)度。120100806040模心1模心2模心3模心4型腔1型腔2型腔3型腔4 2000100200300400500600時間 秒)圖5：環(huán)氧樹脂模具工具內(nèi)逐次循環(huán)溫度變化沖擊強(qiáng)度平均值被測定為28.4 kJ/m2 ，不同溫度平均值如圖6描繪所示。環(huán)氧樹脂拉力和剪切力測試結(jié)果如圖7所示。10090沖擊強(qiáng)度8070605040302010 20 30 40 50 60 70 80 90溫度 (攝氏度)圖6：飽和環(huán)氧樹脂的不同溫度下相關(guān)的沖擊強(qiáng)度。70706060抗拉強(qiáng)度(MPa)50剪切應(yīng)力(MPa)50404030302020101000102030405060708090100110溫度 (C)圖7：快速成型環(huán)氧樹脂5170型號模具的相關(guān)溫度下的最大抗拉強(qiáng)度和最大剪切應(yīng)力失效機(jī)理分析當(dāng)塑膠被注入到在型腔時,型腔內(nèi)突然壓力上升, 在成型周期期間內(nèi)腔壓力達(dá)到最高(圖4)。這種壓力表現(xiàn)出核心特征,這可能導(dǎo)致工具斷裂,如果超過材料的極限抗拉強(qiáng)度極限抗撓曲強(qiáng)度，圖8顯示了在注塑期間各種可能發(fā)生的情況,。在8(a),沒有失敗,8(b)中出現(xiàn)一個彎曲故障，8(c)有一個剪切破壞。瞬間彎曲應(yīng)力會導(dǎo)致過程失敗,或是裂紋擴(kuò)展，疲勞失效。立方體模制流動方向旋轉(zhuǎn)點(diǎn)熔體壓力傳感器 熔體壓力傳感器(a) (b) (c)圖8：注射期間發(fā)生不同情況下示意圖，(a) 沒有失敗; (b) 玩去破壞; (c) 剪切失敗.在注射過程中抗彎失敗觀察到絕大多數(shù)失敗的情況是在彎曲應(yīng)力上。出現(xiàn)彎曲故障時注射壓力克服了工具的抗彎強(qiáng)度,致使繞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn),最終導(dǎo)致斷裂(圖8(b)。如果注射壓力超出了快速成型模具工具的抗彎強(qiáng)度這種情況可能會出現(xiàn),但通?？箯澥∈怯捎谑褂么螖?shù)過多 (圖9)。表1記錄了快速成型模具立方體的抗彎強(qiáng)度的相關(guān)理論計算。ZYX軸方向的彎曲應(yīng)力XahYY 中性軸塑性流動圖9立方體壓力參量和迎風(fēng)氣流示意圖表 1快速成型模具立方體彎曲應(yīng)力 慣性矩 力矩 彎曲應(yīng)力 40 1攝氏度撓曲強(qiáng)度 （m4) (N m) (Mpa) (Mpa) 立方體1108 x 1012 1.687 46.85 65.0 然而,在實(shí)踐當(dāng)中,產(chǎn)生了數(shù)以百計的快速成型模具工具零件失效情況,過高地估計理論模型的彎曲應(yīng)力。這兩個理由，第一，最小寬高比為10時彎曲應(yīng)力方可承擔(dān),而實(shí)驗(yàn)當(dāng)中高寬比為四。第二, 在注射過程中注射壓力施加應(yīng)該在在立方體的前面,但是現(xiàn)實(shí)中這種壓力施加在熔壓方塊的后面。疲勞裂紋擴(kuò)展 圖10是一幅拍攝在實(shí)際故障發(fā)生前的制模斷面圖，圖中顯示的是在后續(xù)注射制模時真實(shí)的逆裂紋方向，也就是裂紋產(chǎn)生的相反方向。圖11顯示了一個簡單的立方體的抗彎失敗圖,而圖10是經(jīng)過大量的鏡頭拍攝得到的。在快速成型模具工具在設(shè)置應(yīng)力集中時發(fā)生裂紋萌生,如尖銳的角度和階梯(此為快速成型模具工具零件固有性質(zhì))。圖10：制模過程失敗前產(chǎn)生的多余的裂紋圖11：抗彎失敗后裂紋擴(kuò)展圖裂縫破壞的跡象如圖12所示,能看到在破裂面條紋形式排列,每條裂紋都代表裂紋擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。圖12 掃描式電子顯微鏡下觀察到的斷裂面上的真實(shí)條紋剪切破壞剪切破壞在熔體流動的方向剪切時出現(xiàn)。圖13展示了快速成型模具立方體的剪切斷面圖。值得注意的是,快速成形模具立方體是通過塑料流動堆積而成的表2記錄了剪切應(yīng)力的計算結(jié)果, 在操作期間產(chǎn)生快速成型工具的最大剪切應(yīng)力，均低于快速成型工具工具的抗剪強(qiáng)度。此外, 在表2最后一列所示注射溫度超過401攝氏度時快速成型工具可以被制做成功。圖14,描繪立方體各點(diǎn)最大剪切應(yīng)力的剪切應(yīng)力與平均剪切應(yīng)力比較，以及最大剪切應(yīng)力各點(diǎn)拋物曲線情形。表 2快速成型模具立方體個點(diǎn)剪切應(yīng)力剪切面積 AS (mm2)剪切力 V (N)剪切應(yīng)力 tave (Mpa)剪切強(qiáng)度（40 1攝氏度） (Mpa)最高溫度 (1C)立方體136421.6411.7124.365.3立方體2 230421.6414.0524.361.5立方體3 324421.6417.5724.355.9立方體418421.6423.4224.346.4 N.A.圖14：最大立方體底部剪切壓力分布圖結(jié)論該技術(shù)成功的關(guān)鍵是快速成形工具必須有極低的導(dǎo)熱系數(shù)和較短的注射時間 (圖15)。這兩個因素是快速成型注塑模具成功的關(guān)鍵, 可大多情況下都被忽略了。圖15：注射期間壓力與溫度相關(guān)分布圖工作的結(jié)果可歸納如下:使用環(huán)氧樹脂過以生產(chǎn)超500個零件，并且使用外間空氣冷卻型腔到451攝氏度。在注射過程中工具的失效歸因于塑料溫度。在注射過程中在工具韌性不好,或在工具溫度過高時可能會出現(xiàn)失敗。經(jīng)驗(yàn)和理論計算確認(rèn),在注射過程中大多是由于抗彎曲應(yīng)力失效而失敗。減少了長寬比的特征會降低工具抗彎曲失敗的現(xiàn)象。在注射過程中很少可能由于彎曲破壞而導(dǎo)致剪切應(yīng)力失效，由于快速成形工具要求特定條件，溫度超過401攝氏度才能注射。參考文獻(xiàn)1. 1 D. 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