3312 汽車軸蓋工藝分析及沖壓模設(shè)計(jì)

3312 汽車軸蓋工藝分析及沖壓模設(shè)計(jì),汽車,工藝,分析,沖壓,設(shè)計(jì) 河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1模具設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)用微發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)的聚合物孔結(jié)構(gòu)的影響摘要：在這個(gè)課題中設(shè)計(jì)了兩套模具并應(yīng)用在了微發(fā)泡技術(shù)去生產(chǎn)帶有多孔結(jié)構(gòu)注塑品。為了獲得理想的孔結(jié)構(gòu)，研究了許多工藝參數(shù)來指示工藝參數(shù)對(duì)孔結(jié)構(gòu)的影響。每個(gè)模具都分別進(jìn)行了這種工藝參數(shù)的研究，以便于模具的設(shè)計(jì)對(duì)孔結(jié)構(gòu)的影響在相同的工藝參數(shù)設(shè)置下不必再做研究。發(fā)現(xiàn)了在微發(fā)泡技術(shù)中，模具的設(shè)計(jì)也對(duì)孔結(jié)構(gòu)有影響。一套合適的模具設(shè)計(jì)能改善生產(chǎn)出的孔結(jié)構(gòu)，如孔數(shù)、孔徑、以及相互關(guān)系。關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì) 晶格形態(tài) 微發(fā)泡 注塑模具藥劑注入 多孔聚合物 聚氨脂微發(fā)泡技術(shù)作為一種高效的微單元的注射模具生產(chǎn)過程，被廣泛應(yīng)用于汽車和家具工廠中。在大多數(shù)的情況下，微發(fā)泡技術(shù)用來節(jié)省原材料，但他也用來生產(chǎn)帶有近似多孔結(jié)構(gòu)的注入制品。CO2作為流動(dòng)介質(zhì)被注射到注塑模具機(jī)器的制品界面內(nèi)。在注射模具機(jī)器的注塑成型時(shí)期，有特別緊急的情況下，這種流動(dòng)介質(zhì)通過氣體河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2供應(yīng)鏈或注射器注射入聚合物。塑料成型后，聚合物的混合體逐漸融化且氣體通過噴嘴注射入模具中，同時(shí)由于模具的迅速下壓可以生產(chǎn)出泡沫結(jié)構(gòu)。如今用微發(fā)泡技術(shù)生產(chǎn)出的主要產(chǎn)品已經(jīng)接近晶格泡沫了。一些課題易經(jīng)研究了微發(fā)泡技術(shù)中關(guān)鍵工藝參數(shù)和生產(chǎn)的晶格泡沫結(jié)構(gòu)。已發(fā)現(xiàn)通過變換工藝參數(shù)微發(fā)泡過程中的孔結(jié)構(gòu)可以被調(diào)整。然而，目前還沒有文獻(xiàn)說明模具設(shè)計(jì)通過微發(fā)泡技術(shù)對(duì)孔形態(tài)的影響。在這個(gè)課題中，設(shè)計(jì)了兩個(gè)模具并用在了微發(fā)泡過程中為醫(yī)藥用去生產(chǎn)具有多孔結(jié)構(gòu)的注入品。工藝參數(shù)的研究被分別獨(dú)立地進(jìn)行在那兩套模具上。通過比較兩套模具在同樣的工藝參數(shù)設(shè)置下生產(chǎn)出的注入品的孔結(jié)構(gòu)來研究模具設(shè)計(jì)對(duì)多孔結(jié)構(gòu)的影響。圖 1 微發(fā)泡技術(shù)草圖聚合過程：藥劑等級(jí)熱塑性的聚氨脂 TPU 被選坐注入品的原材料。具備用來冷卻模具的溫度控制單元的注塑模具機(jī)器被用作樣品的產(chǎn)品。這種注塑模具機(jī)器被 Trexelinc.woburn;MA,USA 裝備有一個(gè)微發(fā)泡系統(tǒng)。這個(gè)微發(fā)泡簡(jiǎn)化的顯示在圖 1 中。在注射模具機(jī)器的注塑成型河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)3時(shí)期，有特別緊急的情況下，這種流動(dòng)介質(zhì)通過氣體供應(yīng)鏈或注射器注射入聚合物。塑料成型后，聚合物的混合體逐漸融化且氣體通過噴嘴注射入模具中，同時(shí)由于模具的迅速下壓可以生產(chǎn)出泡沫結(jié)構(gòu)。CO2 被作為流動(dòng)介質(zhì)（CO2 為保護(hù)氣體）為了生產(chǎn)這個(gè)注入品，設(shè)計(jì)并應(yīng)用了兩個(gè)特殊的模具，從 A 模具和 B 模具生產(chǎn)的構(gòu)件的電子圖 2 所示。A 模具有六個(gè)戒指形狀的注入品且僅用來做了泡沫過程和參數(shù)研究的可行性的初步試驗(yàn)。為了更高的生物要求和預(yù)期產(chǎn)品，B 模具在從 A 模具的注塑品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上被設(shè)計(jì)具備六個(gè)實(shí)心磁盤狀的注塑品。 圖 2 不同的模具設(shè)計(jì) 兩模具有相似的刃口，導(dǎo)柱和澆注口。B 模具有個(gè)較短的聚合物揮發(fā)流動(dòng)的模腔和 2.8 的 L/D(長比厚） 。同時(shí)，模具 A 的 L/D 位4.7。這意味著從 B 模具生產(chǎn)出的構(gòu)件相應(yīng)的更厚但更短。B 模具的優(yōu)勢(shì)是主導(dǎo)晶體核子和生長的揮發(fā)流動(dòng)的能量損失減少，因?yàn)樗懈痰牧鲃?dòng)路程（小的 L/D） 。作為結(jié)果可能得到更好的孔形態(tài)，如更大的孔徑，更高的多孔性等。另一方面，B 模具有個(gè)更大的性能，它意味著參數(shù)變化的更多的可能性。在一般的注塑模過程，B 模不河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)4好的一面是相應(yīng)的更厚的制件將導(dǎo)致 B 腔內(nèi)的不完全充滿，一個(gè)長的冷卻時(shí)期和制件的大量回縮。如果發(fā)泡工藝被應(yīng)用，這些問題可被部分或全部解決是因?yàn)榘l(fā)泡聚合體的膨脹。實(shí)驗(yàn)方案：設(shè)置可變參數(shù)的選擇是基于核子原理和文獻(xiàn)收索的知識(shí)。可變參數(shù)的范圍和固定參數(shù)的值如表 1 中所示。這些實(shí)驗(yàn)是通過變化變量中的一個(gè)，而保持其它的不變而完成的。整個(gè)過程參數(shù)的研究是在兩套模具上分別獨(dú)立進(jìn)行的。從兩套模具中生產(chǎn)的注塑制品用來進(jìn)行比較在精確相同的過程參數(shù)下被生產(chǎn)的，以便于顯示不同模具的影響。表 1：在這個(gè)課題中，微發(fā)泡工藝的可變參數(shù)的范圍和變量參數(shù)的值。微晶格工藝壓力 MPP 是一個(gè)保持聚合體揮發(fā)氣體的正壓力。這個(gè)壓力是真正的塑性壓力?？勺儏?shù) 檢測(cè)范圍 變量參數(shù) 值CO2 濃度 1-6wt% 冷卻時(shí)間 120s重量減輕度 35-65% 保持壓力 450bar注射速度 30-300mm/s 起始保壓 0.5mm塑化力/MPP 166-220bar 保壓時(shí)間 0.5s塑化溫度 180-2108C* 夾持噸位 200KN模具溫度 25-858C* 塑化周期 40min注射壓力 0-3000bar河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)5宏觀與微觀結(jié)構(gòu)的特征瀏覽電子顯微鏡被用于注塑制品橫截面的孔形態(tài)的觀察。將樣品用美工刀切開，然后在具有 5 到 15KN 的高度真空下，通過使用一個(gè)斷續(xù)的涂層器，在其上覆蓋一層薄的黃金層。多孔形態(tài)的特征如孔的尺寸和孔量通過從一個(gè)樣品中數(shù)平均數(shù)目和電子顯微形狀能被計(jì)算出來。在數(shù)碼顯微的軟件的幫助下，具有一定尺寸的切面被選出來，所有的孔被人工測(cè)量?？椎钠骄睆奖挥?jì)作 Dce。由于在顯微中所顯示的孔是 3D 項(xiàng)目的 2D 工程，他們的最大直徑在圖中不能描繪。下面方程用于決定最大的球形直徑，記為修正過的中孔徑，從測(cè)量孔徑中得來。Dcorr=Dce/0.616顯微 CT 被用于注制品的多孔干涉性的等價(jià)測(cè)量。從每個(gè)注件的3 個(gè) 8mm&11mm 圓柱試件中 7 微米來用一個(gè) 59KV 的電壓和一個(gè) 167微安的解決方案。用天空瀏覽提供的軟件包來指導(dǎo)圖形再現(xiàn)和分析試件繞他們的長軸旋轉(zhuǎn) 180*且每旋轉(zhuǎn) 0.4*則 3 個(gè)同化圖形被記錄。借助于標(biāo)準(zhǔn)天空瀏覽再現(xiàn)軟件，應(yīng)用 3D 圓錐體光束算法，那些試件的原始圖形被再現(xiàn)成系列的日冕定位 X 線斷層。對(duì)于再現(xiàn)品，光束強(qiáng)度被設(shè)置到 20%，原人工制品減少量到 12。應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的天空瀏覽軟件，這再現(xiàn)軸向的微比圖形分析被運(yùn)行。首先，進(jìn)行臨界分析是為支架 X 線斷層灰色區(qū)域大多能被他們的多孔性相應(yīng)參數(shù)精確地代表而去決定臨界值。這個(gè)研究中，臨界值被設(shè)置為 65 至 225 之間。過濾功能將多余的噪音除去。所有小于 500河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)6分貝且與空間實(shí)體沒有聯(lián)系的物質(zhì)被這樣優(yōu)先除去以便于更深的分析。為了消除潛在的邊緣影響，選擇了支架中心處一個(gè)直徑為 5 毫米、高 2.5 毫米的圓柱體的權(quán)益值。然后支架多孔性如下被計(jì)算：多孔性=100%—權(quán)益量中區(qū)分材料量的百分值所有圖形經(jīng)受 3D 分析，接著應(yīng)用在可以從外面通過一個(gè)一定的最小尺寸的開口處進(jìn)入的支架中。允許測(cè)量部分孔體積的壓縮包功能的相聯(lián)系的量值。兩個(gè) 3D 測(cè)量間進(jìn)行壓縮包過程通過等于過大于臨界值的尺寸入口去壓縮在一個(gè)支架的權(quán)益值的外界線。 （研究中用30—280um）相關(guān)性被如下計(jì)算：相關(guān)性=V—V 壓/V—Vm其中 V 指 VOT 的總體積，V 壓指壓縮包之后的 VOT 的體積，而Vm 指支架材料的體積。結(jié)果與討論該 SEM 圖形（圖 3）顯示了當(dāng)其他過程參數(shù)不變（減重 35%，塑性壓力 180 磅，模具溫度 25C，氣體容積 2%）而注射速度以30mm/s 的量變化時(shí)兩模具的泡沫注入件的孔結(jié)構(gòu)。河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)7圖 3發(fā)現(xiàn)模具 B 生產(chǎn)的泡沫注入件的左圖所示的尺寸比從模 A 生產(chǎn)的大得多。相關(guān)的孔尺寸即兩相關(guān)孔間的可視區(qū)也有相同的變化的趨勢(shì)。從圖中我們可以定量地看出在同樣過程參數(shù)下模具 B 生產(chǎn)的注入品以模具 A 的有更大的孔尺寸和相關(guān)的孔尺寸，而且可能又高的多樣性。圖表 4從圖 4 我們發(fā)現(xiàn)在每一個(gè)不同的注射速度模具 B 的制品比模具河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)8A 有更高的多孔性。模具 B 制品的多孔性排布在 73%至 79%之間，然而模具 A 的在 60%至 67%之間。同時(shí)，模具 B 的制品的多孔性的標(biāo)準(zhǔn)偏差比模具 A 的偏差小得多。圖表 5圖表 5 顯示不同的注射速度下兩模具的孔的平均尺寸。對(duì)于兩模具來說，隨著注射速度的提升，孔的尺寸減少。在別的課題中也發(fā)現(xiàn)同樣的結(jié)果。隨著注射速度的增加，模具 B 的制品的孔徑從340+/—17mm 減少到 246+/—20mm；同樣注射速度下，模具 A 顯示由制品孔徑從 234+/—90 到 152+/—34mm。從模具 B 中得到的孔的尺寸在所有速度下，與模具 A 相比較也都較高。很明顯模具 B 的標(biāo)準(zhǔn)偏差也比 A 的小得多。河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)9圖表 6圖表 6 顯示泡沫住射品的相關(guān)的孔尺寸。該相關(guān)的孔尺寸對(duì)在生物學(xué)中的組織生長非常重要。模具 B 的泡沫制品的相關(guān)的孔尺寸有一個(gè) 916+/—um 到 67+/—7um 的范圍，而模具 A 的這個(gè)范圍是35+/—10um 到 19+/—8um。這個(gè)變化也與兩模具的泡沫制品的平均孔尺寸的發(fā)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)。我們從圖表 3—6 中可以推斷出模具 B 的改善了的模具設(shè)計(jì)不能影響孔結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì)。比如注射速度的提高可以減小孔尺寸，但它和泡沫制品的相關(guān)性的孔尺寸一樣能增加多孔性和平均孔尺寸。與此同時(shí)，孔結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)偏差也有很大減小。換句話說，模具 B 的泡沫制品的孔結(jié)構(gòu)與模具 A 相比有更高的多孔性，更大的孔尺寸和更加均勻。河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)10圖表 7圖表 7 顯示了在包括注射速度等不同可兇的過程參數(shù)變量下兩模具生產(chǎn)的量大的多孔性的比較。在每一種過程參數(shù)變量中，兩模具在相同的設(shè)置值下經(jīng)常獲得最大化的多孔性，比如模具 B 和模具A 在 300mm/s 的注射速度下分別為 79%和 67%。發(fā)現(xiàn)了模具 B 指示在每一種參數(shù)變量，更高的最大化的多孔性。模具 B 生產(chǎn)的減少 35%的重量的多孔性顯示了 6%的最小升量；同時(shí)，通過射速的變化發(fā)生了 14%的最大值多孔性提升 1量。1 河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)11圖表 8圖表 8 中說明了兩模具不同種類的工藝參數(shù)的變化下，最大化孔尺寸間的不同。兩模具制品說明了沒種的變化同樣的工藝參數(shù)設(shè)置下也有最大孔尺寸。模具 B 通常比模具 A 具有更大的孔尺寸。在塑性成形的溫度變化下，模具 B 的最大值的孔尺寸的最小升高量為14%，而然發(fā)現(xiàn)在注射速度變化下，孔尺寸的最大提升量為 45%的值。圖表 7 和圖表 8 已經(jīng)說明了不僅從注射速度的變化而且從所有工藝參數(shù)的變化下都能觀察到模具設(shè)計(jì) 的變化?？梢灾率谷缱畲蠡目壮叽绾投嗫仔缘瓤仔螒B(tài)的改善。在聚合體流到模具腔期間，模具 B 短的 L/D 將導(dǎo)致主導(dǎo)單元核子的能量流失的減少。有模具 B 產(chǎn)生的相關(guān)的更厚的制品也相應(yīng)需要更長的冷卻時(shí)間，這對(duì)模具的晶格生長非常重要?？紤]到這些方面相互作用的可能性，在這個(gè)課題河南理工萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)12中應(yīng)用晶格核子原理的公式去描述最終空形態(tài)的變化非常困難；但是通過實(shí)驗(yàn)?zāi)＞咴O(shè)計(jì)對(duì)諸如多孔性和平均孔尺寸的空形態(tài)的影響都被成功地觀察到了。結(jié)論這個(gè)課題專門研究了模具設(shè)計(jì)對(duì)孔形態(tài)的潛在影響。在模具 B的泡沫樣品中，我們看到了改善了的像更高的多孔性，更大的平均孔尺寸和更小的偏差等孔形態(tài)。這指示出除了工藝參數(shù)的影響外，模具設(shè)計(jì)即制造設(shè)計(jì)也對(duì)發(fā)泡工藝的發(fā)泡行為有很明顯的影響，這給我們了一個(gè)若工藝參數(shù)被限制，通過一個(gè)更合適的模具設(shè)計(jì)來改善空形態(tài)的可能。多孔性和孔尺寸對(duì)多孔藥劑設(shè)備是關(guān)鍵的屬性，因?yàn)榫Ц裥枰臻g去生長。另外，孔需要被相互聯(lián)系去允許晶格遷移到多孔結(jié)構(gòu)。此課題說明了當(dāng)生產(chǎn)多孔藥劑聚合體設(shè)備，合適的模具對(duì)成功的設(shè)置來說只一個(gè)關(guān)鍵的因素。致謝作者對(duì) Bayerische Forschungsstiftung 用授權(quán)號(hào)碼 AZ639/05的資金支持表示感謝！ i