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    塑料托盤注塑不同方案分析

    作者:admin????來源:本站????發布時間:2019-10-03 00:43:45????瀏覽量:712
    塑料托盤注塑不同方案分析
    在注射成型過程中,模具溫度直接影響到塑件的質量如收縮率、翹曲變形、 耐應力開裂性和表面質量等,并且對生產效率起到決定性的作用,在注射過程中, 冷卻時間占注射成型周期的約80%,然而,由于各種塑料的性能和成型工藝要求 不同,模具溫度的要求也不盡相同。
    低的模具溫度可降低塑件的成型收縮率;模具溫度均勻、冷卻時間短、注射 速度快可以減小塑件的翹曲變形;對于結晶性聚合物,提高模具溫度可使塑件尺 寸穩定,避免后結晶現象,但是將導致成型周期延長和塑件發脆的缺陷;隨著結 晶型聚合物的結晶度的提高,塑料的耐應力開裂性降低,因此降低模具溫度是有 利的。但對于高粘度的無定型聚合物,由于其耐力開裂性與塑件的內應力直接相 關,因此提高模具溫度和充模速度,減少補料時間有利的;提高模具溫度可以改 善塑件的表面質量。
    模具溫度的高低取決于塑料結晶性、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。
    對于無定型聚合物,其焰體在注入模腔后隨著溫度的降低而固化,但并不發 生相的轉變,模溫主要影響焰體的粘度,即充模速率。因此,對于熔融粘度較低 和中等的無定型塑料如聚苯乙烯、醋酸纖維素等,采用較低的模具溫度可以縮短 冷卻時間。對于熔融粘度高的塑料如聚碳酸酯、聚苯醒、聚碉等,則必須采取較 高的模具溫度以避免產生冷流痕、注不滿等缺陷,同時由于其軟化溫度較高,提 高模具溫度可以調整塑件的冷卻速率,使之均勻一致,以防止塑件因溫度差過大 而產生凹痕、內應力和裂紋等問題。
    結晶性聚合物在注入模腔后,當溫度降低到熔點以下即開始結晶,結晶的速 率受冷卻速率并最終由模具溫度控制。高的模具溫度將導致大的結晶速率,有利 于分子的松馳過程,因此尺寸穩定但是塑件發脆,適用于結晶速率很小的塑料如 聚對苯二甲酸乙二酯。低的模具溫度將導致塑件中的分子結晶度的降低,
    本文中采用的材料為聚丙烯PP),適合的模具溫度為40°C,由于本試驗主 要著重于試模階段,在試模階段模具各部分溫度可以近似于恒溫,因此本文采用 的模具溫度為均勻的40C,加之本研究采用熱流道系統,采用針閥式澆口控制,
    不會因為有無冷卻系統影響制品收縮,冷卻系統的影響可以忽略。在保證分析結 果較為準確的情況下,為了加快CAE模擬分析時間及提高效率本文分析中不加入 冷卻系統。
    4.3.1設計方案一
    本文主要從改變塑料托盤的澆注系統設計入手。由于模型經過對稱分析處理, 模型呈四邊形,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, 并且在最后焰料的交匯處,由于熔料溫度過低,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 重影響托盤的性能。因此初步選定4點進料,進料口在每條邊的中間部位。
    MPI視窗的坐標系中,澆口位置分別為(-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 慮,由于模型中間存在著四個比較大的空腔,因此適合做分流道,所以研究中澆 注系統采用熱流道與冷流道結合的方式,熱流道系統具有節能、高效,可進行連 續注塑的特點。將冷熱混合流道系統建模后進行有限元網格劃分,流道部分采用 圓柱形網格單元。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。
     
    4-4方案一澆口設計
     
    分析結果及解析:

    1)充填時間
    如圖4-5所示,從藍色到紅色表示充填的先后次序。左上角部分最后填充完成 的時間是4.718秒,時間長于其他三角。這表明本方案充填不均勻,這將引起制品 部分過保壓,導致收縮不均勻。制品最后填充的部分相對于先充填的部分冷卻更 加緩慢,因此其冷卻收縮過程滯后于其它區域,這就容易導致收縮不均勻,制品 內部產生應力,這種應力在外力或環境因素(潮濕、高溫,輻射)等作用下容易 釋放出來,制品產生變形,開裂甚至斷裂。

     
     
     
     
     
     
     
    2)壓力分布
    型腔壓力分布如圖4-6所示,大部分面積為綠色區域,在左上角位置為藍色區 域,從壓力分布的情況來看,該方案壓力分布不均勻,壓力相差近34MPa,這必 然導致整個型腔中的應力不平衡,最終在制品中產生不等的殘余應力,會使制品 產生較大的翹曲變形。

     
    4-6方案一壓力分布
     
    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
    當高壓的塑料熔體充滿型腔時,會產生一個沿注射機軸向的很大推力,該推 力應小于注射機額定的鎖模力,否則在注射成型時會因鎖模力不緊而發生溢邊跑 料現象。如圖4-8所示,本方案最大鎖模力達2500kN,此鎖模力乘以4倍為 lOOOOkN,依然遠小于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為4.480mm,對于PP材料而言,變形量不影響 制品的使用性能。
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    4-9方案一翹曲變形分析
     
    4.3.2設計方案二
    方案二在方案一基礎上更改4個澆口位置,將澆口位置更加靠近澆口托盤的
    左上角位置,在MPI空間中,具體四個澆口的位置坐標值更改為(-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4-11所示,本方案充填時間5.116s,略長于方案一的填充時間。托盤四 個角落充滿所需時間基本相近。這是一種較為理想的流動平衡狀態,這種流動平 衡狀態不易出現過保壓現象,可以有效控制冷卻后制品內部應力。

     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
    2)壓力分布
    方案二的型腔壓力分布如圖4-12所示,大部分面積為綠色區域,在右上角位
    置為藍色區域,壓力相差近30MPa,方案二相較于方案一有明顯下降。但30MPa

    的壓力差還是比較大,型腔中的應力不平衡現象沒有根本性改善,注塑完成后制 品可能因為內部較大應力的存在,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
    注塑壓力如圖4-13,該方案注塑口壓力最大值為60MPa,優于方案一的
    70MPao注塑壓力的減小可以節約能源,減少型腔內部的應力,同時可以減少鎖模 力及制品的翹曲變形量。
     
    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,在整個托盤注塑條件下,鎖
    模力在8000kN左右,優于方案一的lOOOOkN。減少鎖模力一方面可以注塑機能耗,
    49

     

    另一方面可以降低型腔內部應力。
    4-14方案一鎖模力分布
    5)翹曲變形
    如圖所示,方案二的翹曲變形最大量為4.320mm,略小于方案一•的變形量。
    0.462
    Scale f500 mm|
    4.15方案二翹曲變形分析
    4.320H
    Scste Fscior^ 1.S00
    4. 3.3設計方案三
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     

     


     
     
     
     
     
     
     
     
     
    根據方案二的分析結果,將澆注系統中的澆口位置進行微調,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) 充填時間
    如圖4-16所示,本方案充填時間4.909s,優于方案二5.116s。同時,四個角 落充滿所需時間基本相近。流動平衡,不易出現過保壓現象。

    2)壓力分布
    方案三型腔壓力分布如圖4-17所示,大部分面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, 型腔壓力狀態進一步改善。
    Pressure
     
    4-17方案三壓力分布
     
    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。與方案二相當, 優于方案一的最大注塑壓力。

    4)鎖模力
    如圖4-19所示,本方案最大鎖模力達1750kN,優于其他兩個方案。
     
    4-19方案三鎖模力分布
     
    5)翹曲變形
    方案三翹曲變形量如下圖所示,最大翹曲變形處位于托盤下部,最大值為
    4.258mm,由于壓力分布均勻,相對于前兩個方案,翹曲變形量有所變小。

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