I995年 成型加 超大型塑料注射模的设计 与设备 董祥忠 四川联合大学塑料工程系,成都610065) 本文就桑塔纳轿车前保险杠所用原料及其注射模结构设计进行了探讨,对浇注系统的冷、热主分各流道设计,采用流变学 理论进行了系列计算,确定了各流道的尺寸和压降值对模具温度、热膨胀值、熔体兖模压力及动锳垫板形变进行了考虑,并 采用了MCS-51单片微机监测拟在超大型注射模设计、制造与监测作些尝试,力图改变超大型注射模单一依顿国外进口的局 关键词:保险杠流变学理论冷、热流道铸口热膨胀充模压力单片微机 在过去的数十年中,国内各种大型汁射成型模具(或 桑塔纳轿车前保险杠总体尺寸为长1720mm、宽 高精密塑件注射模)均依靠进口,如西侧的汽车保险杠和695mm、高275mm,平均壁厚为4mm,加强筋若干,最厚处 日本的彩色电视机外亮等馍具。随翟改草开放,国外会有为4mm、最薄处为1.1mm,制品重量为3900克,共有内左 更多的汽车涌进我国,这就给国产汽车工业的生产带来右侧向安装孔8个,前内侧安装用倒钩8个,矩形灯孔左右 挑战,也给各类汽车的大型配件生产提出了艰巨任务。在各1,散热装饰孔若干。因样品尾端结构无拼合线,为使生 大型注射模中除开模具的整体结构应合理外,其浇注系产的保险杠达到完全逼真效果,这就使得本来十分复杂 统的结构设计和尺寸的理论计算是至关重要的。它常常的外形结构更加复杂化,以致影响到了整个模具结构的 关系着熔体能否充满型腔的成功与失败。目前国外采用设计难度, 计算机辅助设计热流道系统已有不少报道,而国内在这 经过测试分析,原样品所用原材料为三元乙丙橡胶 方面研究却甚少,即或有也仅处于数据库的研制与建立改性聚丙烯(P/EPDM)塑料合金国外使用的另一种材 阶段,许多设计人员常常凭经验确定其流道的尺寸。为料为EMPP(凯尔顿TP0505型,产品商:荷兰DSM1)。此 表1国内外汽车保险杠用材料性能 外,日本三菱油 江苏东台海泰克 化、荷兰DSM 试项目 化工塑料有限公 北京化工长春应用日本三菱荷兰DS 和国内的北京化 TP-1sr2|sp-|研究院化学研充所油化公司公司工研究院长春 应用化学研究 成型收缩率,% 1.0~1.2|1.0~1.2|0.9~1.2.95~1.0 (230C×2.16kg) 所、江苏东台海 熔体流动指数 泰克化工塑料有 热变形温度(0.455MPa),C 85 限公司都对此有 Vicat软化点,C 拉伸屈服强度,MPa 20.017.026.318~2815~3321.1 所研究,其中后 断裂伸长率,% >400>400>500 714500~800200~76068 者已成功地应用 1o(缺口)冲击强度,J/m(23C) 500>500 695490~784490 767 于上海大众汽车 (-30℃) 公司所生产各类 Charpy缺口冲击强度,kJ/m3 中高档保险杠。 弯曲模量,GPa 0951.0 汽车用保险杠材 料性能见表12), 此,本文除介绍桑塔纳轿车前后保险杠的超大型注射模我们以STPP-1作为首选材料进行计算。 的设计外还就其浇注冷、热流道系统的流变学理论计算1.2模具总体结构的确定 进行了探讨 根据桑塔纳保险杠样品外形尺寸和结构使用上的特 模具总体方案设计 殊要求,前后进行了四、五个方案的构思、计算比较。在广 泛征求各方意见后,最后将本模具设计成为单型腔,冷 1.1制品结构分析及材料选择 热流道相结合,采用30个进浇口,内外左右侧向滑块分型 201994-2009ChinaAcademicJOunalElectronicPublishingHouse.aLlrightsreservedhttp://www.cnki.net
塑 料 工 业 年 旗型加笨 攀葺该聋懊 超大型塑料注射模的设计 蓝 祥忠 四 川联合大学塑料工程系 , 成都 本文就桑塔纳轿 车前保险杠所用 原料及其注射模结构设计进行 了探讨 , 对浇注系统的冷 、 热主分 各流道设计 , 采用 流变 学 理论进行 了系列 计算 , 确定了各流道的尺寸和 压降值 。 对模具温度 、 热膨胀值 、 熔体充模压力及动模垫板 的形变进行 了考虑 , 并 采用了 一 单片微机监测 , 拟在超大型 注射模设计 、 制造与监测作些尝试 , 力图改变超大型注射模单一依赖国外进 口 的局 面 。 关键词 保险杠 流变学 理论 冷 、 热流道 铸 口 热膨胀 充模压力 单片微机 在过 去的数 十年 中 , 国 内各种大 型 注射成 型 模具 或 高精密塑件注射模 均 依靠进 口 , 如西 德 的汽车保险杠和 日本的彩 色电视机外壳等模具 。 随着 改革开放 , 国外会有 更 多 的汽 车涌进我 国 , 这 就 给国产 汽车工 业 的生 产带来 挑战 , 也给各类 汽车的大 型 配件生产提 出了艰 巨 任务 。 在 大型注射模 中 , 除开模具的整体结构应合理外 , 其浇 注 系 统 的结构设 计和 尺 寸的理论 计算是 至关 重 要 的 。 它常 常 关 系着熔体 能 否 充满 型 腔 的成 功与 失败 。 目前 国外采 用 计算机辅助设 计热 流道 系统 已 有不 少报道 , 而 国 内在这 方 面 研究却 甚少 , 即或有 也仅处 于数据库 的研 制与建立 阶 段 , 许 多 设 计 人 员 常 常 凭 经 验 确 定 其 流道 的尺 寸 。 为 桑 塔 纳 轿 车 前 保 险 杠 总 体 尺 寸 为 长 、 宽 、 高 , 平 均壁 厚 为 , 加强 筋若干 , 最 厚处 为 、 最薄处 为 , 制品重 量为 克 , 共有 内左 、 右侧 向安装孔 个 , 前内侧安装用倒钩 个 , 矩形灯孔左 右 各 , 散热装饰孔若干 。 因样品尾端结构 无拼 合线 , 为使生 产的保险杠达到 完全逼真效果 , 这 就 使得 本来十分 复 杂 的外形结构更 加复杂化 , 以致影 响到 了整 个 模具 结构 的 设计难度 。 经 过测试分析 , 原 样 品所 用原 材 料 为 三 元 乙 丙 橡胶 改性聚丙 烯 塑 料 合金 。 国外使用 的 另一种材 料为 凯尔顿 型 , 产 品商 荷 兰 〔, 〕 。 此 表 国 内外汽车保险杠用材料性能 测 试项 目 江 苏东台海泰克 北京化工 长春应 用 日本三菱 荷兰 化工 塑 料有限公 司 研 究院 化学研 究所 油化 公司 公 司 一 一 一 密度 , ’ 成 型 收缩率 , 一 熔体流动指数 , ℃ 又 ℃ 又 , 热变形温 度 , ℃ , 软 化点 , 亡 拉 伸屈 服 强度 , 断裂伸长 率 , 七 缺 口 冲击强度 , 一 ℃ 孙 缺 口 冲击 强 度 , 弯曲模量 , “ 外 , 日 本 三 菱 油 化 、 荷 兰 和 国 内的北京化 工 研 究 院 、 长 春 应 用 化 学 研 究 所 、 江 苏 东 台 海 泰克化工塑料有 限公 司都对此有 所 研 究 , 其 中后 者 已成功地应用 于上 海大众 汽车 公 司所生 产各类 中 高 档 保 险 杠 。 汽 车用保 险杠材 料性 能见 表 江, 〕, 此 , 本文 除介 绍 桑塔 纳 轿 车前后 保 险杠 的超 大 型 注 射模 的设计外 , 还就其浇注冷 、 热 流道系统的流变学理论计算 进行 了探讨 。 模具 总体方 案设计 · 制品结构分析及材料选择 我 们以 一 作 为首选材料 进行计算 。 模具总体结构的确定 根 据桑塔纳保 险杠样品外形尺 寸和 结构 使用上 的特 殊要求 , 前后进行 了四 、 五个 方 案的构 思 、 计算 比较 。 在 广 泛征求各方意 见后 , 最 后 将本模具 设 计成 为单型 腔 , 冷 、 热流道相结合 , 采用 个进浇 口 , 内外左右侧 向滑块分 型
第三期 塑料工业 抽芯,前四对(8大)滑块及10根顶杆联合顶出。动、定合模热主流道:Q31=5292/3.5=1512cm3/s 采用两根矩形导柱导向和四根园导柱斜面锁紧内侧滑热1分流道:Qn2=Q3=Q1/A=378m3/s 块。为保证熔体充模成型时型腔侧壁刚、强度不受破坏,热2分流道:Qn=Q=Q/2=189cmVs 在动模的四方均采用锥面拼块锁紧定模之结构。这样既热3分流道:Q=Q,=189cm/s 提高了型腔在充模成型时的刚、强度,又比同类进口模 QR7=QR:=378cm/s 具3(长2800mm、宽1500mm、高1740mm,总重32吨)在重 QRa=Ona=Os5/3-63cm/s 量上得到减轻(本模为26.46吨),它的外形尺寸为长冷截锥流道n,=q=189cm 2100mm、宽1200mm、高1510mm。 Qz1=n7=378cm3/s 经调研考证,江苏省某企业为大众汽车配套进口的8丝沙1,=0=0=6m 1.3注塑成型机选择 s==189cm3/s 桑塔纳轿车前后保险杠所用的两台注塑机均为进口专用 Qr=q:0/1=94.5cm3/s Q =VrId=Qzl=Qz1 '=63cm/s 设备,其动作程序全由电脑自动监控的机械化操作,就汪 浇口制品的取出也无须人控制,可以说两台注塑机就是边流道:o=0my2=94.5m/s Q1=Qx,/2=31.5cm3/s 专为这两副模具而设计制作的。所以,为满足本次桑塔纳 Qou=QH=63cm/ 轿车前后保险杠模具结构设计的全自动化需要,我们选边缘内浇口:Q;=Qs/2=47.25c-m’/s 用了日本JSWJ2500E-C5型全自动化机械手取出制品 Q1;=qr=9.5cm3/s 浇口的13000cm3大型注塑机,其性能参数见表2 Q20=Qs=31.5cm3/s 表2日本JSM、J2500E一C5型大型注射机技术参数 Qn=Qol/3=lcm/s 技术参数 指标技术参數 指标 (3)主分各流道尺寸计算 螺杆直径,mm 拉杆间距,mm2400×2600 现测得东台海泰克化工塑料有限公司生产的 注射压力,MPa 最大模厚,m sTPP-1型(超韧PP/EPDM)合金塑料在最佳熔体温度 塑化容量,kg/h 最小模厚,mt 最大注射量,克 13600定位圈直径,m 240℃下的幂律参数n和K值见表3 最大锁模力吨 喷咀球径,m R15 表3STPP一{型合金塑料于240℃的幂律参数n、k'值 模板最大开距,mm 喷咀孔径,m 剪切速率,1/s 、定模板均设有液压油缸侧抽芯接 非牛指数n 0 剪切粘度系数K×10 浇注系统结构设计及理论计算 由众多资料统计分析表明,注塑成型过程中塑料熔 2.1浇注系统结构设计 体流经主流道、分流道、冷截锥流道和冷梯形流道及冷边 该制品外形尺寸大,熔体流程长,制品中有许多装饰缘流道、边缘内浇口的剪切速率,依次可取5×103、5 条纹的空隙将严重影响充模。为保证熔体充模瞬间充满10、5×10、10~10(1/s).根据园形流道和矩形流道中 整个型腔,获得满意合格制品,决定对浇注系统采用图1的真实剪切速率y公式分别应为: 3n+1、Q 4n+2、Q 所示的冷热两种流道相结合的形式。 2.2流变学理论计算 式中R-园形流道半径;W—梯形流道下端宽度; 冷热流道尺寸计算 H一梯形流道高度;经计算主、分各流道大端直径为: (1)制品、流道体积流量Q估算 Dn,=2,Bn1=2(3n+1.g 制品:q=3900g÷0.75g/cm3=520cm3 512 热流道:Q=Q1+qn2+Qn+Qn4+Qs+Qn+(ar+Q+Q 2×(-0.32 =1263.9let 冷流道:a=Q+Q1+Qn1+Q1+Qm12+Qn13+q++ 由注射机孔径定:d=7mm、D1=16.8mm、长l= l40mm。 Q15+Q18+Q17+Q 1+QIs+Qa+Q 91.98cm 式中:d一主流道小端直径;D1一主流道大端直径 Qeg=qa+qa=5200+92=5292cm3 同理各分流道尺寸为: (2)该机注射13000cm3为8.5秒,若一次最大注射量为 0.38×3.1×5×10)2 5292cm3时,所需时间为3.46秒,此处暂定为3.5秒,则单 =22.1÷22mm 位时间内流经主分各流道体积流量应为 18mm、/=D之12 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
第 三 期 塑 料 工 业 抽芯 , 前四 对 大 滑 块及 根 顶 杆联 合顶 出 。 动 、 定合模 采用 两 根 矩 形 导 柱 导 向和 四 根 园导 柱 斜 面锁 紧 内侧 滑 块 。 为保证熔 体充模 成 型 时 型 腔 侧 壁 刚 、 强 度 不受破 坏 , 在动模的 四方 均 采用 锥 面拼块锁紧 定 模 之结 构 。 这样 既 提 高 了 型 腔 在 充模成 型 时 的 刚 、 强 度 , 又 比 同类 进 口 模 具 〔 〕 长 、 宽 、 高 , 总 重 吨 在 重 量上 得 到 减 轻 本 模 为 吨 , 它 的 外 形 尺 寸 为 长 、 宽 、 高 。 注塑成型机选择 经 调 研考 证 , 江 苏省某 企 业 为 大众 汽 车配 套进 口 的 桑塔纳轿 车前后保险杠 所 用的两 台注塑 机均 为进 口 专用 设备 , 其 动作 程 序全 由电脑 自动监控 的机械化操 作 , 就连 浇 口 、 制品的取 出也无 须人控制 , 可以说两 台注塑机 就是 专 为这 两副模具而 设 计制作 的 。 所以 , 为满 足本 次桑 塔纳 轿车 前后 保 险杠模具 结构 设 计 的全 自动化 需要 , 我 们选 用 了 日本 一 型 全 自动化机械手取 出制 品 、 浇 口 的 大型 注塑 机 , 其性 能参数见表 。 表 日本 、 一 型大型注射机技术参数 技术 参数 螺杆直径 , 注射 压 力 , 塑 化容 量 , 最大注 射 量 , 克 最大锁模力 , 吨 模板最大 开距 , 。 备 注 指 标 技术 参数 拉杆 间距 , 最大 模厚 , 最 小模厚 , 定 位圈 直径 , 喷咀 球径 , 喷 咀 孔径 , 。 指标 又 工 小 小 热主 流道 心、 , 二 · ’ 热 分流道 心, 一 心 。 , ’ 热 分流道 心 二 一 。 。 一 。 一 ’ 热 分 流道 。 二 。二 一 , 口 口 , 心 , 。 心 , 。, , 冷截锥 流道 。 , 一 。 。一 , 仇 心 ’ , 亿 , 二 心, 。 丫 冷梯型流道 。 , 二 。 , 二 心 二 心 。 月 口 刁 、, ”口 ,‘ 一 , 冷边缘流道 。 。, 二 心 魂 · , , , 一 场 。 ‘ ’ 边缘 内浇 口 幼 。一 认 、 一 打 · ’ 心 , 心 , 、 , 。一 , 。一 , 心 一 心 ’ 主分各流道尺寸计算 现 测 得 东 台 海 泰 克 化 工 塑 料 有 限 公 司 生 产 的 一 型 超 韧 合金 塑 料 在 最佳 熔 体 温 度 ℃下 的幂律参 数 和 , 值 见表 。 表 一 王型合金塑 料于 相 ℃的幂律参数 、 ‘ 值 剪切速率 , 、 、 , 又 , , 】 ‘一 士。“ 动 、 定模板均设 有液压 油 缸侧 抽 芯 接头 非 牛 指 数 剪切粘度系 数 。 · “ · , 。 · ’‘ 又 了 艺 。 浇 注 系统结构 设 计及 理 论计算 浇注系统结构设 计 该制品外形 尺寸大 , 熔 体流 程长 , 制 品中有许多装饰 条纹的空 隙将严重 影 响 充模 。 为保证熔体 充模 瞬 间充满 整个 型 腔 , 获得满 意 合格制 品 , 决 定 对浇 注 系统 采 用 图 所示 的冷 、 热 两 种流道 相结 合的形 式 。 流变学理论计算 〔‘ , 冷热 流道尺 寸计算 制品 、 流道体积流 量 心 估算 制品 仇 、 ’ ’ 热流道 心 ‘ 仇 心 。 。 心 心, 心 , , 心 , 。 , 。 心 ‘ 冷流 道 心 。 , 。 。 心 。 ‘ 心 , 。 了 心 、 心 丁 , ‘ 心 。 , 十 心 。 。 心 。 , 十 』 。 。, , 心 。 心 , · , 心 总 ”心 。 心 二 帅 该 机 注 射 耐 为 秒 , 若 一次最 大 注射 量 为 砰 时 , 所需 时 间 为 秒 , 此 处 暂 定 为 秒 , 则 单 位时 间内流经 主分各 流道 体积 流量应 为 由众 多资料统 计分 析 表 明 , 注塑 成 型 过 程 中塑 料熔 体流经 主流道 、 分 流道 、 冷截锥流道和冷梯形 流道及冷边 缘 流 道 、 边 缘 内浇 口 的 剪 切 速 率 , 依 次 可取 义 、 又 , 、 又 、 ‘一 。 根 据 园形 流道 和 矩形 流 道 中 的真 实 剪切速率 公式分 别应 为 , 、 、 口 为 戈 — , 下万 护口 气 — , 石厂 奋而 兀 · 己 “ 』 · 式 中 一 园 形 流 道 半 径 砰一 梯 形 流 道 下 端 宽 度 一梯形 流道 高度 经 计算主 、 分各流道 大端直径 为 久 一 · 。 , 一 鱼兰卫 鱼 】, 刀 。 、 , 又 、 玲 一 乙 入 气一 一下 气刃下 , 一 入 万一 二 丁下不 万 二 下不 ‘ 乙 门 入 入 一 由 注 射 机 孔 径 定 成工一 了 、 , 一 · 、 长 乙 一 式 中 一主 流道 小端直径 ,一主 流道 大端直 径 。 同理各分 流道尺 寸为 、 , 又 口 , 一 口“‘一 人 , 一 乙 入 、 一 百灭丢百一 入 丁石 下 后飞交而受厂 一 二 二 几 一 一 。二 、 。 。, 之
工业 1995年 冷截锥流道大端尺寸为 式中:(B)一表示截锥形;(D)一表示梯形;(A)一表示园 Dn=2×(3×032+1×315202=8和m、小端幻=形 (2)计算示范 D210÷10.6mm,∴小端dzx=6mm 5.8mm、∴小端3d;= △P.=(y=2K,t(r;-k12-(4×1512) 3n(RsI-rsi 4mm 2×0.97×104×14×(0.35 0.843.12) 0.32×(0.84-0 =(3X61)×2X0.97X5228=0 △Pn=(6n4)wm/+x,) 图1桑塔纳前杠冷热流道结构 rk=K(=9×12 冷梯形和边缘流道尺寸计算如下(见图2) W+(232+08065 x-2+1083 1.0045661×10 梯形流道上端宽度X。 △=65×621 16471734MPa亠16.47MPa 9.2÷7mm、Hr;=6.5mm。 H)2k=( 2×2.67×104×0. =3wm3=8×8=6mm、H1=Hus=4.9mm 1. 3IMPa 5.8=4.35mm、H1+=H=4.7mn ∴△P1=△Pa+△PR2+△Ps+△PR’+△P2+△Pr △P…+△Pat= Wis=×5.3=4.Omm、Hs=3.5mm 式中:L一熔体流经各流道的长度,cm;Rs一主流道大端 边缘内浇口尺寸为 3×0.21+4 半径,cm;r1-主流道小端半径,cm;K"一由流道截面几 Dn,-2,R1=23mn+1.,… 3=2×(0.21 何形状不同所形成的熔体粘度系数,它比K略大 2.lmm。 同理 △P2=35.23MPa△P3=28.76MPa△P4=36.0MPa 2.2.2压力降的计算 (3)现设定熔体充满型腔所需成型压力Pe为50Mpa 由图1和上述计算可见,浇注系统各流道分别是由并考虑到流道拐弯和截面变化所引起的局部损失则熔 S、R、Z、T、b和J代替,据〔4),可将桑塔纳轿车前保险杠 体流经浇注系统主分各流道至型腔所产生的最大总压力 熔体充模压降按下述四个流经路线求解、取其最大值,应为 即为保证该制品成型必须的注射压力。 △P=△Pm+Pc,而△Pm=(1.1~1.5)△P1 (1)熔体充模流经主、分各流道的压降 △Ps=(1.1~1.5)△P1+P=(1.1~1.5)×52.1+50=107 △P=(B)1+(A)2+(A)5+(A)m2+(B)z:!+(D)T+(D)n7+ 128.2MPa 故△P9<P机=189.28MPa,即按上述方法计算是可行 △P2=(B)s+(A)g2+(A)Rs+(A)a+(B)z1+(D)ru4+(D)+ 的,该浇注系统流程最长点为l662mm,流程最短点为 7A2mm,实际开机试模时,应在熔体温度为240℃、模温为 AP,=(B)s+(AR3+(AR7+(B)z10+(D)i+(A)Is 60℃下,△Pa压力由103MPa逐渐升高至129MPa,并在 △P=(B)s+(A)g+(A)4+(A)R+(B)z9+(D)ru(D)ts+ 保证动模垫板允许形变值下,取其最佳合格产品的压力 (A) 2o1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
一 年 冷截锥 流道大端 尺寸为 。 , , 一 又 禅姿理 三奖土生 一拐李熟不而 ‘ 二 、 小 端 ‘ , 二 。 , 一 ‘ 八 ‘ 、 , 刁又 冰 ‘ ’ 。 刀 、 二 , … 小 端 泌二 。 。。 、 、 , 小 端 心 式中 一表示 截锥形 , 一表示 梯形 一表示 园 形 〔 计算示 范 。 ‘ 伽 、 。 艺么 一 、 — 少 几 · , · , 幻 一 刀后色, · 凡 , 一 了 生茎生旦业 。 刁 又 火 , 只 ” · ’ 一 一 丫 ” 入 一 一一一一下二万下 下下下丁下刃丁 下丁一 不 下玉三罗 丁一 一一一一 西 入 乙 入 气 一 少 二 告 △ 一 鲁 · 矛 · 乙 身十 ’ 生圣兰塑、。 。 刁 ‘ 欠 、 丫 刁 大 一一厂了万石万 石了一一 出 ‘ , 」欠 、 。 凸 ’ “ 气 万了 , 二 、 又 刁义 欠 , 入 一一不万药而‘万一 ‘ · △ ‘ , 又 、 。 。 、 丫 一 落万刁少 ‘“ 久 一一 不飞石 汤砰、一一 一 △凡 , 、, 二 , 。 · ‘ · ,飞一 云 一 , , 一 , 乙、。 二 生丝卫、。 、 魂 、 丫 ‘ 火 欠 一 ’丫 “ 一 “为 “ “ 一一 一一 户一一 二丁下尸不一下万又气 , 厂二下一丈 共一一 下厂一万犷一 一 一一 入 乙 入 又 乙沙 一 乙 夕 告 △ 丁 月, 心丁 ‘ “ 。干 叹 ” 。 」‘ 十 ‘ 万熟才’ 、 。 。 , 、 · , 十 ’ ‘ 夕 ‘ 入 一 , 夕又一下 下一又尸 犷 丁丁不尸一 丁共丙花 , 布飞万 二几一 气 十 住 入 怪 一 一 一 图 桑塔纳前杠冷热流道结构 冷梯形和边缘流道尺寸计算如 下 见 图 丫 , 。 又 吃姿器募 丁 。 , 二 , 二 」生士卫卜夕里星 ’ 户 沾 又 十 、 、 、一 石万厄乏一 夕入 亏贾 不灭万不污 ” · 乙 ” , , , , 一 之土工一 。 , 。 。 丫 , 。‘ 琴卫东早蒸兰 。 入 艺 少 丁 胜 一 、 , 。去 、 年 一 ‘ 台 、 、一。 又 今 梯形 流道 上端 宽度 。 △ 。 , 一 又 “ , , 、 盆 十 ‘ 冰 月 火 、 入 一一 二二丁气尸 介叹 二代 冲 丈 仃二 二花下丁石石 又 勺十 弓 入 魂 “ 一 “ 一 、 产’ , 、 。 丫 则 ‘ 石 , , 一 丁叭 ‘, 支 一、 欠 、 , 。 去 一 一号卜 丁 ” 二 丁 久 乙 之 七 、 二 。一。 , 。 一 又 、 大 ,‘ , 久 ”, , 丁 ,“ 二 、 。, , 二 。 入 , ” 不伴 ”‘ ” 一 下 艺 匀 、 从 。二 。 边缘 内浇 口 尺寸 为 。 , 一 凡 , 一 户竺旦 蜘 · , 一 汉 户姿李里卫 只 不理车肇不 , 兀下 ’ 一 ‘ ’ 、 ’ 、 又 “ 出 。 , 土 、 去 、 川 去 。 , 压 力降的计算 由图 和 上 述 计算可 见 , 浇注 系统 各 流道 分 别 是 由 、 、 、 、 和 代 替 , 据 〔 〕 , 可将桑塔纳轿车前 保险杠 熔 体充模压 降 , 按下述 四 个 流经 路 线求解 、 取 其最大值 , 即为保证 该制品成型 必 须 的注射压 力 。 熔体 充模流经 主 、 分各 流道的压降 △ 一 、 , , , 十 , , 。, ,‘ ‘ 。 , 十 , 二 , 十 , , , 十 , 十 』, 十 」, 十 , 」。十 丈 倒 △ 二 、 十 , 十 。十 。 白 , 一 , 十 , 十 ‘十 二 , , , 十 。、。十 。 , , 、 。 · , , , 丫 、 。 , 、 , 又 火 ‘ 只 八 只 , , 二竺二 ” 一 二丁 下 , 二 一 二 “ ‘ ’ 二 一下 石 ‘二 产下介 一 ‘ ’‘ , 、 二 ’ 扩 ’ 、 ‘ 、 丫 。 , 一 ‘ , 。 △尸 二 △几 十 △八 十 △尸。十 △尸 了 十 △ , , 十 △八川 十 △ 、, △ 、 式 中 一熔体流经 各 流 道 的 长度 , ,一主 流道 大 端 半 径 , 、一 主 流道 小端 半 径 , “ 一 由流道 截 面几 何形 状不 同所形成 的熔体粘度 系数 , 它 比 略大 。 同理 △ △ 一 △ 一 入 现设 定熔 体 充满 型 腔 所 需 成 型 压 力 尸。 为 , 并考虑到 流道 拐弯和 截面变化所 引起 的局 部 损 失 , 则熔 体流经 浇注 系统主分各流道 至型腔所产 生的最大总 压 力 应 为 △ 总 △ , 而 △ 二 一 △尸飞 户 , △ 总 二 一 △ 十 只 二 又 十 二 , 故 △尸。 尸 一 · , 即按 上 述 方 法 计 算 是 可 行 的 , 该 浇 注 系 统 流 程 最 长 点 为 , 流 程 最 短 点 为 , 实际开机试模时 , 应在熔体温度 为 ℃ 、 模温 为 ℃下 , △尸总 压 力由 逐 渐 升高 至 , 并在 保证 动模垫板 允许形 变值下 , 取 其最 佳 合格 产 品的 压 力
塑料工业 室温为20℃ Tr一模具控温与制件熔体温度相等,℃; L-铸口离中心距离,mm; 理 Za=441.585mm、L=224.089mm、Dd=321.1l8mm 冷梯形流道 54 冷边缘流道 图2冷梯形和边缘流道尺十涤正断面图 值为止 热流道铸口定位图 2.3流道加热板功率及麟值汁算 (1)热流道注射漠具最重要的是准确控制流道及浇口 3单片微电脑的监控(5.6 附近的温度,以确保熔体充模时能畅通无阻。热流道板- 桑塔纳轿车前保险杠注射模,由于结构复杂体积重 般是沿熔体流道的四周钻孔插入加热棒状电器加热,亦量为26.46吨,故模具的造价高达90万元之多,是一个不 可在板外围装上电热圈加热前者的保温性能和热散失少的数目,但它仅是同类进口模具费用的九分之一。为了 都较后者好,且更换也方便因此本模具热流道板系采用对该模的熔体动态,温度传导及模具相关受力的重要部 钻孔和铣槽相结合的方式,经理论计算共需d13×分均应有监测装置,以利开机试模,生产时能有可靠的安 100mm、416×120~600m长的电阻加热棒共计46千全感。所以,据国外资料及日本注塑机微电脑控制系统功 瓦。开机试模前为保证型腔温度达60±5℃,采取在型腔能,就该模具本身重要的相关部分亦作了监测考虑 和型芯璧的垂直冷水孔中通过热水(或0.29~0.78MPa3.1微电脑系统应完成的功能 的蒸汽)加热的方法,可使型腔在30分钟内达到预定温(1)对模具型腔和热流道板温度采用热电偶实行闭环 度,待正常生产后即可改通室温水冷却;以维持连续的生控制,对模具型腔和型芯/热流道板控温Tm=60±5/240 ±1℃; (2)由图的冷、热流道结构设计可见,10个热流道铸口(2)对注射压力进行检测测点见图1中的a、b、c三处, 的中心与冷流道的截锥中心对中性很重要然而流道板用压力传感器并采用数码管动态显示 由于加热致使流道铸口的中心会发生偏移,使熔体充模(3)对模具动模垫板形变进行检测,在受力弯曲最大部 受阻,严重时会造成偏心溢料而充不满型腔。为此进行位用做位移传感器,亦采用数码管动态显示 必要的热膨胀理论计算十分重要,现假定: (4)当熔体压力值及动模垫板形变值超过极限设定值 ①热流道板加热时各向均匀热膨胀值相等; 时,单片微机与注射主机电脑相关运行串行通讯,进行闭 ②流道在熔体充模时不因受阻力大小而发生偏移,环控制 即流道板材刚、强度足够; 3.2硬件设置(见图4 ③流道板不会受外界冷热空气变化的不均而发生形 本系统选用了McS-51系列8031单片机作为主芯 变 片,包括A/D转换器、动态显示和输出控制几个部分,其 理论计算时,以主流道中心位置不移动为基准由图次还选用了7扛LS373、2732、ADC0809和微位移传感器 3所示各道铸口离中心尺寸为 热电偶及压力传感器等。 L1=√OA2+AC=629.356mm,同理:L2=4.1832m; 33软件设计(见图5) 设计思想:首先系统初始化,后测定其型腔和热流道 实作时应考虑热膨胀效应,则 板温度是否到达T=60*5/240=℃规定值,若Tm<55/ =L(L1a(T:-T)〕=629.365-〔629.365×1.28×10 239℃则通电加热、Tn>65/24℃则断电降温、55/239℃ (240-20)=627.593mm Tm<65/240℃视为正常,并恒定55/239℃≤T≤65/ 式中:a—钢材热膨胀系数1.28×10-5mm/mmC 201994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第 三 期 塑 料 工 业 匕生三一 婴 卿 冷梯形流道 叠 ‘ 卿 卿‘ 寥 一室温为 ℃ , 几一模具控温与制件熔体温度相等 , ℃ 一铸 口 离 中心距离 , , 同瑾 ‘ 峨 、 。 、 ‘ 多月 。 冷边缘流道 图 冷梯形和 边缘流道尺寸修正断面 图 值为止 。 流道加热板功率及膨胀值计算 热流 道注射 模具最重 要 的是准 确控 制流 道 及 浇 口 附近 的温度 , 以确保熔体充模时能畅通无阻 。 热流道板一 般是 沿熔体流道 的四周 钻孔 插 入 加热棒状 电器加热 , 亦 可在板 外 围装上 电热 圈加热 。 前者的保温性 能和 热 散失 都较后者好 , 且更换也方便 , 因此本模具热 流道 板 系采用 钻 孔 和 铣 槽 相 结 合 的 方 式 , 经 理 论 计 算 共 需 小 又 、 小 汀又 长 的 电阻 加 热 棒共 计 千 瓦 。 开机试模前为保 证型 腔温 度达 士 ℃ , 采取在 型 腔 和 型 芯 壁 的 垂直 冷 水 孔 中通 过 热 水 或 的蒸 汽 加 热 的 方 法 , 可 使 型 腔 在 分 钟 内达 到 预 定 温 度 , 待正常生产后 即可改通 室温水冷却 以维持连续的生 产 。 由图 的冷 、 热流道结构设 计可见 , 个热流道 铸 口 的中心 , 与冷流道 的截锥 中心对 中性很重要 。 然而流道板 由于 加热 致 使 流道 铸 口 的 中心 会发 生偏 移 , 使熔 体 充模 受阻 , 严重 时会造成 偏 心溢料而 充不 满型 腔 。 为此 , 进行 必要 的热膨胀理 论计算十分重要 , 现 假定 ①热流道板 加热 时各 向均 匀热膨胀值相等 ②流道在熔 体 充模 时不 因受阻力大 小而发 生 偏 移 , 即流道板材 刚 、 强度 足够 ③流道板不会受外界冷热 空气变化的不均 而发 生形 变 。 理论计算时 , 以主流道 中心位置 不移动为基 准 。 由图 所示各道铸 口 离中心尺寸 为 乙 减面干丽 玉 , 同理 乙 一 一巡丁川 图 热流道铸 口 定位图 乙 一 , 。 实作 时应考虑 热膨胀效应 , 则 卫旦卫。 〔 , · · , 一 少 〕一 一 〔 又 又 一 “ 一 〕二 。 犬中 钢材热膨胀系数 · 汉 。一 ‘ ℃ , 单 片微 电脑的监控 〔” , ”〕 桑塔纳轿车前保险杠注 射模 , 由于结构复杂 、 体积重 量为 药吨 , 故模具 的造价 高达 万 元 之 多 , 是 一 个 不 少 的数 目 , 但它仅是 同类进 口 模具 费用 的九分 之一 。 为了 对该模的熔体动态 , 温度传导 及模具 相关受力的重要部 分均应有监测装置 , 以利开机 试模 , 生产 时能有可靠 的安 全感 。 所 以 , 据 国外资料及 日本注塑机微 电脑控制 系统功 能 , 就该模具本身重要 的相关部分亦作 了监测考虑 。 微电脑系统应完成 的功能 对模具型 腔和 热 流道 板 温度采 用热 电偶 实 行 闭环 控制 , 对模具型腔和 型芯 热流道板控温 。 士 士 ℃ 对注射压 力进行检测 , 测点见 图 中的 、 、 。 三 处 , 用压 力 传感器并采 用数码管动态 显示 对模具动模 垫板形 变进行检测 , 在受力弯 曲最大部 位用微位移传感器 , 亦采用数码管动态 显示 当熔体 压 力值 及 动模垫 板形 变值超 过 极 限 设 定值 时 , 单片微机与注射主机 电脑 相关运行 串行通 讯 , 进行 闭 环控制 。 硬件设置 见图 本 系统选用 了 一 系 列 单 片机 作 为主 芯 片 , 包括 转换器 、 动 态 显示 和输 出控 制 几个部分 , 其 次还 选 用 了 璐 、 、 和 微 位 移 传 感 器 、 热 电偶及压力传感器等 。 软件设计 见图 助 设 计 思想 首先系统初始化 , 后 测定 其 型腔和热 流道 板 温 度 是 否 到 达 。 士 于 ‘ ℃规 定 值 , 若 , ℃则通 电加 热 、 ℃则 断 电降温 、 ℃ ℃视为正 常 , 并恒定 ℃簇 ’二 簇
塑料工业 1995年 41C下30分钟。然后进行注 IN电盛邮 射压力及动模垫板形变的 XTAL RE1 定,压力传感器和微位移传 XTA 感器的值各动态显示5秒,并 视其注射压力渐升高,直至 动模垫板在允许微形变范围 REFIG+) 下获得最佳合格制品为止 此为目的确定出最佳工艺 条件〈温度、压力、成型时 同)储存于主机电脑中供随 时调用。本文限于篇幅,在此 PstP 只列出程序编制的逻辑框 LEDI 图,供编程和检查程序中的 错误时使用。图中P。为型腔 图4阜疔微机监测系统硬件图 末端充满熔体所需要的注射 压力值再乘以1.1的保险系数;5为制品物性最佳时模具 系统初始化 垫板微变形量,须采样测定≤;P为动模垫板变形超 差压力 升温调节 取型腔温度采样值 降温调节5结语 通过对桑塔纳轿车前保险杠超大型注射模的结构设 计算平均温度 计算温差 计和釆用流变学理论,系统地计算出浇注系统主、分各流 道的尺寸和压降值,使我们从理论上解决了大型模具设 TeI<55℃ 计的要点 计算机辅助设计塑料注射模具,这是今后的发展方 向,本次设计中的数据处理时间长达二个多月,如用微机 热度 升温调节 取热流道板温度 处理,则可大大节省时间。但据国外采用计算机辅助设计 资料报道表明,我们认为在中国大型制模工业尚不完全 计算温差 计算平均温度 计算温差 具备条件下,照搬国外模式或经验是必定会走弯路的。所 239-Te Te-241 以,必须结合中国现今制模工业实情,绘编一个能适合中 Te<239℃ Tc>24l℃ 国国情的塑料注射模设计程序,来推动中国计算机辅助 239≤Te≤241 设计(CAD)及计算机辅助制造(CAM)的光荣艰巨任务。 在本次超大型桑塔纳汽车保险杠注射模的设计中,曾得到本 注射 系的唐志玉、申开智、薛良和王鹏驹老师大力支持,并得到了成都 塑料厂的胨仲良、朱慰民、林启珍、韦光琼等各位同行的热情帮助 借此一并致谢 压 主要参考文献 >Po I Kunstoffe( German Plastics),1992, 82(2): 3-5:91-94 取动模垫板微变量 2塑料工业,1990,(6);39 3模具工业,1989,(2);27 4工程塑料应用,1993,(4):37 5潭浩强等编. BASIC语言.北京:科学普及出版社,」980.12 角定P=Pb-3MPa 6模具制造编写组模具制造手册之六.北京:机械工业出版社, (本文于1994-12-23收到) 图5程序编制逻辑框图 (下转第们7页) 201994-2009ChinaAcademicJOunalElectronicPublishingHouse.aLlrightsreservedhttp://www.cnki.net
塑 料 工 业 年 十 一。 , ’ 。 , 洲、 , ‘ 麟州 , 一 · 日 · 丁 · 尸 , 竺州 曰 口民 ’ … 卜 『 , 巨 二 【 … 【 竺 … 一 了门 … 口 一 … 匕 甲二丁 , , 二 一 〔, 二 翔 留 , 口叹 禹 ’ 目 二 「 门匕 … 喊 「 一门目 ’ 恤 口 「一一 忆 曰 沪 【二二 作 一 一 二 , 竺竺 一 , 竺里竺 ,二, 「二 , 刁 控可 流电 「 一 门 硅路 整 之 , 图月 单 片微机监测 系统硬 件 图 ℃下 分钟 。 然后进 行注 射压 力及 动模 垫板 形变 的测 定 , 压 力 传 感 器 和 微 位 移 传 感 器 的值各 动态 显示 秒 , 并 视 其 注 射 压 力渐 升 高 , 直 至 动模垫板 在允许 微形 变范 围 下 获 得 最 佳 合格 制 品 为 止 , 以 此 为 目的确定 出最 佳 工 艺 条 件 温 度 、 压 力 、 成 型 时 间 , 储存 于 主机 电脑 中供随 时调用 。 本 文 限于 篇 幅 , 在 此 只 列 出 程 序 编 制 的 逻 辑 框 图 , 供编 程 和 检 查 程 序 中的 错 误 时使 用 。 图 中 。 为 型 腔 末端充满熔体所需要 的注射 系 统初 始化 型 控 腔制 温模 度 块 升温调 节 取 型 腔温 度 采 样 值 降 温调 节 计算温差 计算 平均 温 度 什算温差 一 了 一 一 一一 州 热度 流 控 道 制 板 摸 温块 升 温调 节 降 温调 节 什算 温 差 一 什算温差 一 ‘之 ℃ 母产一一 是否 《 ℃ 幕工 ‘〕 砰 取动 模 垫 板徽变 量 沐竿犷 确 定 一 一 结 束 图 程序编制逻辑框 图 压力值再乘以 的保险 系数 氏 为制 品物性 最佳 时模具 垫板微变形 量 , 须采样测定 祝簇恤 。 为动模垫板变形 超 差压力 。 结语 通过对桑塔纳轿 车前保险杠超 大型 注射模 的结构设 计和采 用流变学理论 , 系统地 计算出浇注 系统 主 、 分各 流 道 的尺 寸和 压 降值 , 使 我 们从 理 论 上 解决 了大型 模 具设 计的要 点 。 计算机辅助设 计塑料注射模具 , 这 是 今后的发 展方 向 , 本次设计 中的数据处理 时 间长达 二 个多月 , 如用 微机 处理 , 则 可大大节 省时 间 。 但 据 国外采用计算机辅 助设计 资料报道表 明 , 我们认 为在 中国大 型 制模 工 业 尚不完 全 具备条件下 , 照搬 国外模式或经验是 必定会走 弯路 的 。 所 以 , 必须结合 中国现今制模工业实情 , 绘编一个能 适 合中 国国情的塑料注射模设计程序 , 来推 动 中国计算机辅助 设计 及计算机辅助制造 的光荣艰 巨 任 一 务 。 在本 次超大型 桑塔纳汽车保险杠注射 模的设计 中 , 曾得到本 系 的唐志 玉 、 申开智 、 薛 良和 王 鹏驹老师大力 支持 , 并得 到 了成都 塑料厂的陈仲 良 、 朱慰 民 、 林 启珍 、 韦光琼等各位同行的热情 帮助 , 借此一并致谢 主 要 参 考 文 献 , , 塑料工业 , , 模具工业 , , 程塑料应用 , 一 , 潭浩强 等编 语言 北京 科学普及 出版社 】 挂 模具制造编写组 模具制造手册 之 六 北京 机械工业 出版社 本文于 一 一 一 收到 下转第盯页 模块确定注射压力