,CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案,在模具制造加工之前,在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、保压、冷却情况,以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题,及时修改制件和模具设计,而不是等到试模以后再返修模具。
这不仅是对传统模具设计方法的一次突破,而且对减少甚 3至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等,都有着重大的技术经济意义 。
2 塑料材料分析2.1 塑料材料的基本特性 中国目前小孩比例甚多,市场也看中了这一点,为了适应小孩的需要,很多厂家开始生产以小孩为主要消费者的各种玩具,本次设计就是以此为基点,设计生产一套小电机外壳造型的注射模具,该电机外壳类似电吹风,玲珑小巧,握在掌心,在炎热夏季做清凉解暑之用,颇受小孩子喜欢,具有广阔的市场前景。
设计中利用 CAD/CAE 技术进行模具设计和成型工艺分析。
首先,在三维高端软件 UGNX 上进行产品 3D 造型,然后使用 Auto CAD 绘制注射模具总装图和模具零件图,最后将产品三维图转入 MOLDFLOW 软件中进行注射工艺过程模拟分析,确定最佳的注射工艺参数,同时分析制品缺陷的原因及解决办法。
图(1)塑件三维造型图 塑件三维造型如图(1)所示,显示的是塑件的三维等轴侧视图,外壳分为左右两部分,整体上呈对称结构,边侧开个小孔,用于伸出小电动机的转轴部分,近侧壁一方装有类似肋板的电机固定装置,下部伸出部分各有一个锪平孔,用于装配玩具风扇手柄。
且一方开一小槽,用于电池与电机的联接。
外壳两部分互设有配合边缘,四周设有四个导向装置,便于快速装配使用。
该电机外壳外表光滑,呈透明状。
故选用材料为聚苯乙烯 PS,它是一种优良的热塑性工程材料。
2.2 塑件材料成型性能 塑件材料对注射工艺和模具结构的适应能力叫做注射成型性能,注射成型性能的好坏直接影响到成型加工的难易程度和制品质量的优劣,同时还影响生产效率的高低和设备的辐射能损耗等。
PS 成型性能主要有: 聚苯乙烯(Polystyrene)简称 PS。
其世界产量仅次于 PE、PVC、PP 居世界第四位,后来高抗冲级的 PS 产生(简写 HIPS)拓宽了 PS 的用途范围。
PS 为无定型、非极性线性高聚物。
由于在分子链上有苯环取代基,分子的不对称性增加,内旋转受到限制,为此,呈现刚性,性脆。
玻璃化温度较高,为 80~100 C ,分子量一般在 5 万~20 万。
PS 的密度为 1.054 g / cm 3 ,为无色透明粒状热塑性树脂。
具有良好的化学稳定性,它能溶解于苯、四氯化碳、甲苯、氯仿、除丙酮以外的酮类、酯类等。
能耐一般酸、碱、盐的腐蚀。
热稳定性好,成型温度范围宽,在粘流态下温度的少许波动不会影响注射过程。
吸湿性极小,只有 0.02~0.06,所以在加工前,可以不干燥,又其比热较低,所以塑化效率高,在模具中固化快,成型周期短。
PS 收缩率低,只有 0.4~0.7,对模制品影响不大。
PS 具有一定的力学强度,化学稳定性及电气性能都较优良,透光性好,达 88~92,仅次于有机玻璃,折光率为 1.59~1.60,具有优良的电绝缘性能,一般不受温度、湿度的影响。
着色性佳,并易于成形。
它的特点是差不多完全能耐水。
缺点是耐热性较低,而且其制品由于内应力容易碎裂,仅能于低负荷和不高的温度60~75℃下使用,所以在成型中一定要注意这个问题,清除内应力除调节工艺参数、模具结构等之外,还 “退火”可将制品进行后处理以消除内应力,如将其置于 60~75℃热水浴中或烘箱中,处理 1~3 小时。
冷却定型温度应小于 50℃,可使制品表面光亮、平滑。
处于粘流态的聚苯乙烯,其粘度对剪切速率和温度都比较敏感,在注射成型中无论是增大注射压力或升高温度都会使熔融粘度显着下降。
因此,聚苯乙烯既可用于螺杆式也可用于柱塞式注射机成型。
在此选用柱塞式注射机。
料筒温度控制在 140~260℃之间,喷嘴温度为 170~190℃,注射压力为 60~150MPa,为了使制品顺利脱模,模壁斜度应增大至 1~2 度。
PS 主要用于各种仪表外壳,骨架,仪表指示灯,灯罩,汽车灯罩,化工贮酸槽、酸输送槽特别如氢氟酸,化学仪器零件,电讯零件,由于透明度好,还可用于制造光 4学仪器零件及透镜 。
2.3 塑件材料成型条件 确定注射工艺条件时,需要根据塑料品种选择适当的工艺参数,知道了塑料的工艺参数还能选择合适的注射机,使机型的规格大小及性能参数的范围尽量与注射工艺参数接近,只有这样才能在保证制品质量的前提下,获得最高的生产效率和经济效益。
PS 的注射工艺条件参数见表 1、2 和 3。
表1 PS 的注射工艺参数 注射机类 预热温度℃ 喷嘴温度℃ 料筒温度℃ .
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