大型注塑模具設(shè)計(jì)仿真工具：2400升固體廢棄物集裝箱#中英文翻譯#外文翻譯匹配

大型注塑模具設(shè)計(jì)仿真工具： 2400升固體廢 棄 物 集裝箱 摘要 大型容器產(chǎn)品通常使用諸如滾塑的程序 ， 這些技術(shù)沒有零件重量或尺寸限制 。 TIIP，薩拉戈薩大學(xué)注塑成型的機(jī)械工程 ，在 歐洲標(biāo)準(zhǔn) 下研 發(fā)的CONTENURTM 固體廢物的新容器高達(dá) 2000 升 ，其結(jié)果是一個新 的 主體達(dá) 60公斤重。設(shè)計(jì)過程中結(jié)合了數(shù)項(xiàng) CAE 工具（美學(xué)設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)及流變模擬），并在去年 6 月，顯示 了最終結(jié)果， 通過 了 不同 的 測試。如今，在 市場上有 超過5000 個成品 在模具 生產(chǎn)過程中沒有做過 基本的修改（超過 100 噸的重量）。本文重點(diǎn) 論述 集成工 具和流程的設(shè)計(jì)與產(chǎn)品定義（即注射壓力， 沖擊 厚度和形狀的一部分力量）的方法。在這個過程中，特別是模具控制一些參數(shù)（注射速度，溫度，粘度，澆口位置 .）的細(xì)節(jié)。 關(guān)鍵詞： CAE 設(shè)計(jì)；容器；注塑成型 1.引言 過去的幾年， CAE 工具在注射熱塑性彈性體成型行業(yè)，構(gòu)建了一個真實(shí)的革命。一個 開始 直到最終的解決方案（包括幾個過程如開發(fā)、測試的原型 ,修改數(shù)據(jù) ,新的測試 , ）的過程已經(jīng)被一個更快的設(shè)計(jì)、翻譯過程和最終的客戶在同一個電腦文件下一起工作（ “并行工程 ”）的過程取代。因此 ,對模具制造和完成時間減少極大 ,同時 ,引入 了 一些關(guān)于使用 CAE 的建議。 薩拉戈薩工業(yè)大學(xué)注射塑料 (T.I.I.P)車間 ,C.S.I.C 相關(guān)單位 ,在注射熱塑性彈性體成型中，使用 CAE 工具已經(jīng) 超 過 了 15 個年頭，同時在不同行業(yè)（機(jī)動車、家電、包裝、玩具等）的上百個項(xiàng)目中積累了 很多的 經(jīng)驗(yàn)。 T.I.I.P.的工作也包含著和歐洲不同的公司一起調(diào)研的項(xiàng)目（聚合物流變性、半自動磨具設(shè)計(jì)等）。 同時 ，這個組織一直意識到安排仿真 技術(shù) 制造的重要性 ， 這 種 形式已經(jīng)合作并 且 由塑料工業(yè)基金會注射成型部研究會體質(zhì)指導(dǎo)。這個組織給注射成型企業(yè)提供了各項(xiàng)服務(wù) ，并且從中沒有任何盈利（如圖 1）。許多國家的工業(yè)組織通過不同的程序和研究方向?qū)@個中心進(jìn)行了支持（新的工藝比如氣輔技術(shù)或噴流注射成型；新的設(shè)計(jì)比如使用壓力和溫度的設(shè)備的過程測量技術(shù)）。 圖 1 T.I.I.P 注塑成型區(qū)域概貌 2.容器工程 1999 年，第一個參與城市固體剩余物收集容器制造的西班牙公司（ Contenur SPAIN， SL）去 T.IIP-aiTIIP 集團(tuán)共同進(jìn)行大尺寸的注塑件的設(shè)計(jì)工作，隨后測試了這些方案在這 一領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)際可能性。 該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是快速制造大容量（ 2400 L 和更多）的容器，與市場產(chǎn)品中加入了昂貴的加固結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)成型的焊接金屬板或塑料制品產(chǎn)生競爭。顯然，構(gòu)成容器的所有部件中，主要的困難是單一 模腔 部分的制造。 這個文獻(xiàn)提供了幾個零件和模具設(shè)計(jì)的例子和失敗的建議 2,3，但是不太可能找到 40kg 重的大的塑料部件，而且，這個模具尺寸上的一個錯誤沒有簡單的解決方案（運(yùn)輸?shù)侥＞吖ぞ咧圃焐痰闹圃旃S將會太昂貴，試驗(yàn)和誤差的方法也是不提供）。 對于這個部件的設(shè)計(jì)，必須考慮到以下幾個方面： 與歐洲 標(biāo)準(zhǔn) EN125744要求的基本尺寸一致； 卸載電阻（排出側(cè)）如（圖 2）； 在功能條件和位置區(qū)具有高的耐沖擊性； 表面容易清洗； 美學(xué)設(shè)計(jì)； 最低的成本（不僅是加工和裝配，還包括維護(hù)）； 安裝的沖壓機(jī)施加的鎖模力限制（大型機(jī)器鎖模力的限制范圍在 5000 噸和10000 噸之間）； 準(zhǔn)備標(biāo)記，也就是說，有自由的和平坦的空間 ;； 材料的限制：采用其他 CONTENUR 設(shè)計(jì)的相同材料。 圖 2. 裝卸作業(yè)的邊界條件，材料非線性模型，有限元模型。 特別注意的兩個限制：范圍內(nèi)的最低成本和最大鎖 模力。對于最低成本，厚度是關(guān)鍵（原料的成本），在制造時確定；因此，派生機(jī)器的成本大約為厚度 5的平方。 另一方面，為了降低其合模力，部件的投影面積和分布的壓力與一部分厚度也有很大的關(guān)系（狹窄區(qū)域產(chǎn)生較高的注射壓力，可能也會產(chǎn)生大合模力）。 由 Castany 等研發(fā)的方法，不僅用于注射成型，也適用于其它類似的技術(shù)6-8，如下： （ a） 測定產(chǎn)品的可行性：鎖模力和厚度在歐洲標(biāo)準(zhǔn)允許的基本幾何條件下調(diào)整尺寸。在這一步只是一般的線條設(shè)計(jì)，而不做功能細(xì)節(jié)。一些基本的結(jié)果如下表 1 所示。這些分析通過遺傳物質(zhì)的基本參數(shù)，高密度 聚乙烯（表 2）得到。對于高級步驟，通過幾個溫度條件計(jì)算。 （ b） 選擇材料，結(jié)合熔體流動指數(shù)（ MFI）和機(jī)械性能，在注入點(diǎn)的位置進(jìn)行模擬，甚至不知道組件最終的幾何形狀，但得出幾個注入點(diǎn)的最好的位置是在容器主體的底部區(qū)域。該標(biāo)準(zhǔn)同時與模具結(jié)構(gòu)和零件的形狀有關(guān)。 （ c） 分析主體的形式和零部件的厚度，比較結(jié)構(gòu)上的選擇方案：側(cè)壁形狀，包括氣體輔助技術(shù)注入管的側(cè)壁形狀增加的慣性等也被列入考慮。 （ d） 顯然，模具的尺寸和凹陷的存在使得部件和模塊設(shè)計(jì)出現(xiàn)了一個 其他問題。這種方式中，容器上部邊框的半圓形狀是一個很困難的設(shè)計(jì)問題，它由使用性能確 定，但是在合模區(qū)域存在滑移。 （ e） 將合適的 零件體積和可行 的 不同形式 與厚 度和機(jī)械阻力的形式制造 相結(jié)合。在這一步驟，有限元分析、 3D 設(shè)計(jì)和注料仿真 技術(shù)同時進(jìn)行 （圖 3、 4）。最終的零件尺寸如表 3。 表 1 簡單塑料模型，第一次仿真分析結(jié)果 主體厚度 (mm)/質(zhì)量 (kg) 最大注射壓力 (MPa) 鎖模力 (kN) 6/52 96 166,000 7/60 71 122,000 8/68 55 94,000 9/76 44 74,000 10/84 35 59,000 表 2 基本模擬計(jì)算參數(shù) 熔體溫度（ ） 240 在恒定速度下的注射時間 秒 20 百分率 50 模具溫度（ ） 40 表 3 2400 L 主體的基本尺寸（毫米） 高度 1600 寬度 1480 長度 1600 圖 3. 3D 數(shù)模（ Pro-E 繪制） 圖 4. C-mold 軟件：噴出的塑料溫度和冷卻線管路 用這些 基本尺寸 核算這四步，設(shè)計(jì)組對于最終的幾何圖樣有一個初始目標(biāo)，這些細(xì)節(jié)包含輸出角度，收音機(jī)，設(shè)置的輔助配件的位置（軟木、滑軌等）。生產(chǎn)流動分析為 關(guān)鍵性 的方式， 與 美國，日本和墨西哥實(shí)業(yè)公司模具 廠的模具 工人一起 將模具的各部分固定在最佳的位置 。 這個過程的主要方面和仿真 技術(shù) （為了保證注射工人的操作其他 的細(xì)節(jié)不能存在）是： 1. 2.5D 幾何圖形式樣模型。 2. 模腔注澆口位置。使用速度軌道去更好的控制料的流動性。 根據(jù) 軌道的流動澆注的設(shè)計(jì)原則 使 澆注與填滿模腔同步結(jié)束（避免保壓效應(yīng)），尤其 要 考慮到半圓形區(qū)域的邊界形狀。 3.最佳條件 ：溫度的選擇、涉及的厚度、設(shè)計(jì)的耐久強(qiáng)度評價條件。溫度在 210 到 250 的評價。 4. 必須要依靠正確的速度程序調(diào)節(jié)填料形式。在恒定速度的 條件下 ，假想不允許的壓力值的增長，強(qiáng) 化 機(jī)器的極限。集裝箱磨具的最終布置，建議使用幾個沖壓速度。 這個步驟用目前已經(jīng)存在的小型集裝箱（如圖 5） ，進(jìn)行了現(xiàn)實(shí)的試驗(yàn)驗(yàn)證。 圖 5 用于工業(yè)生產(chǎn)條件為 2400L 試驗(yàn)驗(yàn)證真正的集裝箱模型 用 CAE 技術(shù)計(jì)算側(cè)面標(biāo)準(zhǔn)的沖壓速度如圖 6 所示。但是這個 “函數(shù) ”如果沒有實(shí)用性的編 程 就不能 編入 到注射成型機(jī) 內(nèi)部 ，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)不能精確的 隨著所有 梯度 上升 。無論如何，這個優(yōu)化程序后，能夠 得到 大約 15%的 鎖模 力。 圖 6 計(jì)算機(jī)顯示的側(cè)面理論沖擊速度 5. 加注條件準(zhǔn)備好以后，模具制造者從一個初步設(shè)想到設(shè)計(jì)的裝備 ， 已經(jīng)用一個新的數(shù)值模型和最 終 的熱流道系統(tǒng)模具 所 驗(yàn)證。 對于 減少填充壓力 ， 這個連續(xù)的工藝 是有可能性的 ，但是實(shí)際的工藝安排，維護(hù)，一定的停工降低了 其 用途。 6. 最后，模具冷卻分析、包裝和彎曲矯正過程走向成熟。在這種方式下，Kyowe 工業(yè)公司 根據(jù)材料的傳熱性采 用不同 的建筑 材料，調(diào)整冷卻管路。成品模具的重量超過了 150， 000kg（相當(dāng)于 150 公噸）。 事實(shí)上，在注射成型中，超過 6000 個部件在制造中沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。報廢、 使用性能 、加工比率是和目前 1000L 的集裝箱（每小時 20-25 個零件）相似的。其他組件同時設(shè)計(jì)，實(shí)際上，得到 的 最后的結(jié)果非常復(fù)雜，比如：集裝箱的系統(tǒng)，明顯的小于它的主體