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一种带发泡剂的塑料部件注射模具设计

摘要

Unochapeco, 89809-000 Chapeco, SC，巴西

摘要

在“工业4.0”的概念下，生产过程将会越来越紧密地联系在一起，以实时为基础的信息将会更加有效。在这种背景下，能力优化超越了传统的能力最大化目标，也为组织的盈利能力和价值做出了贡献。

其优点是降低了密度，消除了凹痕。另一方面，客户对质量和低成本的要求越来越高，导致了对尽可能高的质量的要求。因此，模具设计人员采用有限元法(FEM)进行优化。本工作旨在设计一种CBA注塑模具。三维(3D)模具设计过程旨在预测模具中可能出现的问题，展示CBA注塑的优势。注入组件是高密度聚乙烯(HDPE)托盘。CBA可以在较短的周期内获得经纱较小的零件，也可以在较小的注塑机中获得。此外，还可以节省原材料，大大减轻了重量。

泡沫塑料功能成型是传统注塑成型的一种变体，采用化学吹塑剂(CBA)。其主要优点是降低了密度，消除了凹痕。另一方面，顾客对质量和成本要求的不断提高，使产品达到了尽可能高的质量要求。为此，模具设计人员采用usi g有限元法进行优化设计。本工作旨在设计一种wi CBA注塑模具。三维模具设计过程是为了预测模具中可能出现的问题，提出CBA注塑模具的改进方案。注射的成分是高密度聚乙烯(HDPE)托盘。CBA可以在更短的周期内，在更小的注射机上，以更小的经纱获得p rts。此外，还可以节省原材料，大大减轻了重量。

事实上，精益管理和持续改进方法建议进行容量优化，而不是最大化。容量优化与成本模型的研究是一个重要的研究课题，值得从实践和理论两方面做出贡献。本文提出并讨论了一种基于不同成本模型(ABC和TDABC)的容量管理数学模型。一个通用的模型

2018作者。由爱思唯尔B出版。

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由第28届柔性自动化与智能制造(FAIM2018)大会科学委员会负责的同行评审。

2018作者。由Elsevier B.V.出版

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由第28届柔性自动化与智能制造(FAIM2018)大会科学委员会负责的同行评审。

2018作者。由Elsevier B.V.出版

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由第28届柔性自动化与智能制造科学委员会负责的同行评审

开发并应用于空载能力分析和设计;聚丙烯;模具设计;发泡剂。

介绍

2017.

关键词:成本模型;美国广播公司(ABC);TDABC;管理能力;闲置产能;运营效率

在聚合物零件的制造中，注塑工艺是最重要的工艺之一，实际用于加工的塑料零件有三分之一以上为[1]。该工艺广泛应用于民用和机械建筑、汽车零部件、航空航天工业、包装和运输设备、家用产品[2]。注射件的外观和特征高度依赖于原材料、模具设计和加工变量[3]。这种技术支持快速

在聚合物零件的制造中，注塑工艺是最重要的工艺之一，实际用于加工的mre比所有塑料零件[1]的1/3还多。该工艺广泛应用于民用和机械建筑、自动机械零部件、航空航天工业、包装和运输设备、家用产品等领域。注入组件的外观和特性

2351 - 9789年2017年作者。由Elsevier B.V.出版

2017年制造工程学会国际会议科学委员会负责下的同行评审。2351 - 9789年copy;2018年作者。由Elsevier B.V.出版

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由第28届柔性自动化与智能制造(FAIM2018)大会科学委员会负责的同行评审。

10.1016 / j.promfg.2018.10.128

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生产节奏快、成本低、效率高、复杂零件尺寸精度高。传统的注塑模具设计是通过积累经验来完成的。然而，客户对质量和低成本的不断增长的需求导致了对尽可能高的质量的要求。鉴于此，模具设计人员正在利用有限元模型对工艺流程[5]进行优化。使用最多的软件有Moldflow, Moldex, HSCAE和z型模具[4]，用于零件和模具的设计，以及注塑参数的选择[6]。然而，由于[4]的精度较低，软件无法在带或薄补强的零件中工作。在这些情况下，Hele-Shaw的2.5维(2.5 d)理论模型给出了很好的结果。Fen等人利用该模型，结合壳体理论，对空调屏蔽板翘曲进行了数值检测。其他作者[8,9]使用Moldflow检测手机外壳和液晶电视前壳中的翘曲。虽然在这些情况下，钢筋带是存在的，他们的低长宽比(带材厚度除以其他尺寸)导致了填充过程的良好表现。许多作者提出了完整的三维模型来设计注入零件[10]。Yan et al.[11]采用全三维模流模拟方法预测风机罩面翘曲，并将所得数据与弹性和粘弹性理论模型进行对比，结果表明两种方法的翘曲性能相近。Hakimian和Sulong[12]还使用Moldflow Insight对微齿轮的翘曲进行了建模。然而，如前所述，在具有大纵横比的部件中，三维模型通常需要高度精细的离散化来接近Hele-Shaw模型的精度。为了解决这个问题，Wang等人[4]提出了一种新的解决方案，将带钢建模为弯曲梁，并将其划分为少量的一维(1D)元素。然后，在这些元素的每个节点上，进行二维(2D)热有限元分析，以估计材料凝固时间差引起的非均匀热应力。然后用所提出的计算程序计算应变蠕变。最后利用模内弹性应力获得了带钢的弯矩，实现了带钢的准确翘曲预测。

泡沫注塑是传统的CBA注塑的一种变体，它由在零件[13]中引入多孔元件组成。所生产的零件外部轮廓坚实，但芯部多孔。该工艺的主要优点是降低了密度，即重量，消除了[14]收缩引起的凹槽痕迹。因此，CBA可以有效地减少构件的缺陷，从而节约成本，减少浪费。该工艺的优点是可以使用常规的注塑设备，不增加生产成本。该技术的应用范围包括绝缘、过滤和包装行业的产品。CBA也可以用于零件[15]的挤压。CBA的使用给制造工艺带来了额外的困难，这取决于CBA的使用类型、高分子材料的类型、成型工艺变量、型腔设计、流道[13]等因素。目前有一些工作是对注塑成型参数对所制件性能和结果的影响进行参数化研究[14,16]。Bociaga和Palutkiewicz[13]研究了注射成型参数和CBA百分位添加量对HDPE模压件(实心CBA)性能和力学性能的影响。讨论的主要成型参数是注射速度、模具温度和注射温度，以及注射时间、保持时间和冷却时间。注射件的检验性能包括重量、密度、表面条件(光泽和颜色)、最大载荷下的拉伸强度和伸长率。结果表明，模具温度主要影响HDPE零件的力学性能和表面条件。模具温度的升高也会增加零件的重量、机械性能和光泽度。在保持良好的机械性能和表面光洁度的同时，添加2%的CBA可以降低零件的重量。加入4%，可以实现更高的减重，但强度大大降低，同时刚度降低。

本工作旨在设计一种CBA大零件注塑模具。在模具设计中，利用三维仿真软件，预测模具可能存在的问题，展示CBA注塑的优点。注入组件为大型HDPE托盘。

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1. 问题陈述

本工作的主要目标是设计一个大型零件注射用CBA模具。模具DE2采用三维仿真器，旨在预测模具中可能出现的问题，并展示注射CBA的优点。要注入的部分是一个大尺寸的高密度聚乙烯托盘（图1）用于运输原材料。在这些部件中，主要要求是图中的结构强度和低重量。2，显示了影响模具力学的零件的几个细节，以获得成功的提取。

图1 -注入托盘的几何形状和尺寸。

图2 -模具中使用的喷射机构的详细信息。

如图2 (a)所示，从空腔侧可以看到弹射滑块会使托板的脚脱模，而图2 (b)所示为液压滑块，可以脱模整个侧板。核心方面,四个举升机设计,将有助于消除的部分核心的注射过程(图2摄氏度)。此外,核心液压针将塑造绿色凹槽中可见图2 (d)。在模具设计开始之前,一个文档称为模具规格由客户端发送。本文件详细说明客户对最终产品提出的建议和要求。表1列出了客户对本项目提出的一些最重要的设计要求。

表1 -客户对所建模具的设计要求。

一般要求

待注入材料 HDPE

抛光模具表面 砂纸240

模具拧紧区至注塑机60mm高50mm深

注射系统要求

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喷射系统类型 阀门

注入系统的歧管半径 29毫米

弹射系统

机构绕过真空在喷射阶段的高压气阀

液压缸的液压缸MERKLEreg;弹射机制

保修

100万件或10年保修(不含磨损件)

3.模具设计

模具设计要考虑不同的方面。首先，必须考虑零件的收缩。HDPE的收缩率在2 ~ 4%[17]之间，但对于这种喷射型(CBA)，收缩率往往会由于气体膨胀而降低。客户提供的价值为1.3%。因此，这种收缩应该通过对组件尺寸应用1.013的系数来补偿。

3.1。部分分离成芯和腔

剖分线的凹口应进行区域划分，以确定哪些是由型芯和型腔形成的。Wally e核位于注入Mahine（插入SD）的最外侧，并且，为了将一部分Wre和Savity（如图3所示）吸到注入线中，还必须将其腔吸进去。因此，如果边（插入边）。隔断区域总是在零件上留一条可见的线，这在美学上要求很高。

图3 -待注入部分为分区线(蓝色为岩心过渡段，浅黄色为空腔过渡段)。

3.2。模具几何

20N 23。4描述了模具的型芯和型腔。模具有一个核心框架和一个空腔框架，雕刻被雕刻在提取本身的插入件或组件上（液压运动、提取运动FI和升降机）。模具由阀门注入系统供给。

图4 -模具几何形状(左侧为核心，右侧为型腔)。

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3.3。材料选择

注塑模具是一种长期承受沉重载荷的工具。为了使这些工具符合预期的保证，它们的材料必须选得非常好，质量和成本之间总是尽可能保持最佳的关系。模具部件不必全部用同一种材料制造。因此，一种更便宜的材料可以用在不太关键的部件上，比如模具结构，一种质量更高、性能更好的材料可以应用在与部件接触的领域。所谓的更经济的材料也往往更容易和更快的生产铣削。有时，由于循环时间的问题，有必要考虑铜铍(立方体)合金等材料，它们具有良好的导热性能，尽管它们非常昂贵。模具的选材应考虑机械强度、硬度、韧性、易加工性、导热性和成本。

采用优选指标法对模具零件材料进行优选。等效材料如下:1.1730、1.2312、1.2738和1.2738 hh钢(DIN EN ISO 4957)，以及A18和A83立方合金(DIN 17672)。萃取板是一种不受高载荷作用的部件，尽管它需要一定的机械强度。因此，有必要对其成本和加工的易用性给予更多的关注，因为它直接影响到模具的整体成本。通过对钢的性能分析，选择了1.2738钢。对于芯片，不仅要考虑注入压力引起的应力，还要考虑热导率，以便更快的冷却。由于插入件具有相当大的尺寸，因此更容易在内部设计一个高效的水回路，从而在不需要立方体合金的情况下改善冷却效果。因此，应更加重视材料的机械强度及其成本。与前一个案例一样，优点分析建议使用1.2738钢。从型腔侧面排出的滑道，由于不方便成型厚度较大的肋板，因此需要较高的热去除率。还需要考虑材料的硬度，因为这是提取系统的一个组成部分，在每个循环中，它会与其他模具材料一起滑动，冒着失效或磨损的风险。因此，应注意其导热系数、硬度和强度。根据这些要求，我们选择了A83立方合金。

4. 充填流动模型

托盘注塑过程的数值模拟,软件Autodeskreg;2018年模塑仿真分析的洞察力

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