注塑模具的设计和热分析

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1、注塑模具的设计和热分析摘要这篇论文主要阐述了设计注塑模具用以翘曲试片的试验和通过研究模具中的热残余应力对它的热分析。注塑模具的设计需要的技术，理论，方法，以及需要考虑的方面也在论文中有所陈述。模具的设计需要使用商业CAD软件Unigraphics13.0。模型由于不均匀冷却产生的热残余应力的分析和计算需要使用商业有限元分析软件LUSASAnalyst13.5。这种软件通过绘制时间响应曲线来提供模具温度分布的等值曲线图和注塑周期的温度变化。结果表明，较其他区域而言，收缩更有可能发生在靠近冷却通道的区域。这种在模具不同区域中的不均匀冷却效应导致了翘曲的产生。1引言塑料工业是世界

2、发展最快的工业之一，位列少有的几个十亿美元级工业之一。几乎所有与塑料有关的日常生活用品都能通过注塑成型的方法生产。注塑成型工艺是低成本制造各种不同形状和复杂几何构造塑料制品的一种著名的制造工艺。注塑成型工艺是一个周期性工艺。包括四个阶段，注塑，保压，冷却，脱模。注塑成型工艺开始于将树脂和适量添加剂通过加料斗加入到注塑成型机器的加热/注射系统。注射阶段，模腔充满注射温度的聚合物熔体。在模腔充满后，进入保压阶段，附加的聚合物熔体在高的压力下被注入到模腔内，用以补偿预计的在聚合物固化过程中的收缩。在冷却阶段，模具不断冷却，直到零件有足够的刚度被顶出。最后一步是脱模阶段，模具打开，

3、零件被顶出，在这一阶段后，模具重新合模，开始下一生产周期。设计和生产一种具有所需性能的注塑零件是一项经验占主导的高代价的工业，包括重复的对实际模具的修改。在模具的设计任务中，设计模具的特殊的附加几何特征，通常在核心部分，包括投影和下降，是十分复杂的。要设计一款模具，众多的方面都要在考虑之中。这些方面包括模具尺寸，型腔数量，型腔布局，转子系统，注射孔系统，收缩和顶出方面。在模具的热分析方面，主要目的是分析热残余应力和模压对于产品尺寸的作用。热致压力理论上在注射模的冷却阶段发展，主要是低的热传导性能和树脂熔体与模具的温度差的结果。不均匀的温度场在型腔的周围在冷却阶段出现。在冷却

4、阶段，靠近冷却通道的部位经验上比远离冷却通道的部位温度低一些。这种温度的差异导致了材料经历不同的收缩导致的热应力。大的热应力会引起翘曲问题。因此，仿真注射模零件在冷却过程中的热残余应力区是很重要的。通过了解热应力的分布特征，热残余应力引起的变形将会被预测。这篇论文主要阐述了设计注塑模具用以翘曲试片的试验和通过研究模具中的热残余应力对它的热分析。2方法2.1翘曲试片的设计这一部分举例说明了翘曲试验试片被应用于注塑模具中的情况。显而易见的，翘曲是薄壁零件的主要问题。因此，产品研发的主要目的是去设计一种由翘曲问题决定零件效果的薄壁注塑模零件。翘曲试片从薄壁塑料中开发。试片的总体外

5、形尺寸：长120mm，宽50mm，厚1mm。翘曲试片的制作材料是丙烯腈二乙烯丁二烯树脂（ABS工程塑料），注射温度，时间和压力分别是210℃，3s和60MPa，图1展示了翘曲试片。2.2翘曲试片注塑模具的设计这一部分描述了制作翘曲试片模具中的设计方面和其他一些考虑因素。翘曲试片注塑模具的制作材料是AISI1050碳钢。图1.翘曲试片的制作模具设计中考虑到的四种设计概念包括：I．具有两条分型线，单型腔的三板模（概念一）。由于高成本而放弃应用。II．具有一条分型线，单型腔无浇注系统的双板模具（概念二）。由于每次注射的生产数量底而放弃使用。III．具有一条分型线，双型腔，有浇注和

6、顶出系统的双板模具（概念三）。由于顶杆会对薄的试片造成破坏而放弃使用。IV．具有一条分型线，双型腔，有浇注系统的双板模具（概念四）。在顶出过程中使用直交口拉出器代替顶杆，防止试片制品被破坏。在试片模具的设计上，第四种设计方案被采用。更多的设计考虑因素将会应用到设计中。第一，注视模具的的设计基于注塑机的台板尺寸。压板的最大尺寸有一个极限，它由两个拉杆的距离限制。两拉杆的距离是254mm。因此，模具压板的宽度的最大值不能超过这个距离。此外，两拉杆间应预留4mm的空间，用于模具的安装定位和操作。这样，最终的最大模具宽度为250mm。采用标准为250mm×250mm的模具基底。这种

7、模具基底标准适用于模具基底或压板的右上角和左下角有卡钳的机器。模具板的其他相关尺寸在表1中列出。模具的设计中的夹紧压力应高于模腔内部应力（反作用力），以避免滑动的产生。基于模具标准给出的模具几何尺寸，型芯板的宽度和高度分别为200mm和250mm。这种尺寸使芯板的两个型腔能够水平的放置，并且使板腔具有足够的空间固定用于注射熔融塑料的浇口衬瓦。因此，标准分型线应设计在制品的表面。制品在模具开启时通过分型线的一个平面上脱模。表1模具板尺寸部件尺寸（mm）—宽度×高度×厚度顶部压紧板250×250×250型腔板200×2