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文檔簡介
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
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