【正文】 電氣設(shè)備常用于各種機(jī)械內(nèi)飾件殼體常用于制作軸，軸承外殼之類常用于凸輪，蝸桿外殼之類用于制造開(kāi)關(guān)，電刷等電子元件安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文19ABS 樹脂除具有表 31 中所列的有較高沖擊強(qiáng)度外，還具有其它方面的優(yōu)點(diǎn)：耐低溫性、耐熱性、耐化學(xué)藥品性以及優(yōu)良的電氣性能；具有塑件成品尺寸穩(wěn)定、容易加工、表面光澤好等特點(diǎn)；便于著色、涂裝；可以進(jìn)行熱壓、粘接電鍍和焊接等二次加工 [41]?，F(xiàn)在人們對(duì)轎車內(nèi)飾件向著耐熱、耐候、美觀和低氣味等目標(biāo)追求，而 ABS 的各種良好性能可以滿足這種需求，所以被廣泛地用作轎車塑料件的原材料，所以課題零件選擇 ABS 材料。 課題選用的 ABS 材料的牌號(hào)為 Bulksam TM21，材料制造商為 UMG ABS Ltd，熔體密度為 ，固體密度為 ；彈性模量為2240MPa，泊松比為 ，剪切模量為 MPa；材料拉伸斷裂點(diǎn) 50%，屈服極限 100MPa。課題選用 ABS 材料的工藝參數(shù)：材料適用的模具表面溫度范圍為 45℃到85℃，推薦的模具表面溫度范圍為 65℃；材料的熔體溫度范圍為 235℃到 275℃，推薦的熔體溫度為 255℃；材料的玻璃化溫度為 110℃；最大剪切應(yīng)力為 MPa；注射速率范圍為 148cm3/s 到 168cm3/s，推薦的注射速率是 159 cm3/s；保壓壓力范圍為 140 MPa 到 160 MPa，推薦的保壓壓力為 MPa[42]。選擇軟件默認(rèn)的注塑機(jī)，注塑機(jī)最大鎖模力 4000tonne，注塑機(jī)最大注射壓力 500MPa，注塑機(jī)最大注射速率 500cm3/s。根據(jù)選擇的材料和注塑機(jī)進(jìn)行注塑工藝設(shè)置如圖 312。圖 312 工藝設(shè)置按照?qǐng)D 312 的注塑工藝設(shè)置進(jìn)行理論最佳澆口位置分析，可得理論最佳澆口如圖 313 所示：安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文20圖 313 理論最佳澆口從圖 313 中可以看出最佳澆口區(qū)域處于零件側(cè)面處，但是零件要求表面光潔，所以為了零件表面質(zhì)量澆口應(yīng)該開(kāi)設(shè)在側(cè)邊，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，澆口開(kāi)設(shè)在兩個(gè)長(zhǎng)側(cè)邊較合適。零件長(zhǎng) 803mm，寬 294mm，平均厚度 2mm，采用多澆口澆注；零件屬于薄板零件，采用兩個(gè)澆口較合適。側(cè)邊處最佳澆口區(qū)域根據(jù)圖中右邊條幅所示在零件圖中可以看出；這樣在側(cè)邊最佳澆口區(qū)域處選擇一點(diǎn)作為第一個(gè)澆口位置，選擇的第一個(gè)澆口位置如圖中 A 點(diǎn)所示。以 A 點(diǎn)為第一個(gè)澆口位置再進(jìn)行第二次最佳澆口分析以確定第二個(gè)澆口位置，如圖 314 所示。圖 314 第二澆口位置選擇從圖中可以看出，深色區(qū)域?yàn)榈诙€(gè)最佳澆口位置，同樣為了使零件表面光潔，第二個(gè)澆口位置也只能開(kāi)設(shè)在側(cè)邊。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)，可以選擇四個(gè)節(jié)點(diǎn)作為第二個(gè)澆口位置。四個(gè)預(yù)選節(jié)點(diǎn)分別如圖中標(biāo)識(shí)為 B、C、D、E 點(diǎn)。這樣可以制定出四套澆口位置方案；A、D 兩澆口位置構(gòu)成方案一，A、E 構(gòu)成方案二，A、B 構(gòu)成方案三，A、C 構(gòu)成方案四。對(duì)每個(gè)澆口位置方案進(jìn)行模擬分析，預(yù)測(cè)澆口位置方案是否可行，并對(duì)可行的澆口方案進(jìn)行比較分析以確定出最佳澆口方案。下文將從充填時(shí)間、型腔殘余應(yīng)力、流動(dòng)前沿處溫度和成型缺陷等方面分別對(duì)澆口方案進(jìn)行分析。安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文21 實(shí)際最佳澆口位置分析澆口位置 A、D 構(gòu)成澆口位置方案一，A 點(diǎn)距大端 275mm，D 點(diǎn)距大端285mm，如圖 315 所示。圖 315 澆口位置方案一充填時(shí)間指塑料熔體從澆口處進(jìn)入模腔直到整個(gè)模腔充滿的一段時(shí)間 [43]。對(duì)澆口位置方案一進(jìn)行流動(dòng)分析后查看充填時(shí)間如圖 316 所示。圖 316 方案一充填時(shí)間從充填時(shí)間圖可以看出，澆口位置方案一的充填最后區(qū)域出現(xiàn)充填不足，這樣注塑出來(lái)的產(chǎn)品就會(huì)缺邊；這種缺陷因?yàn)樽詈蟪涮畹淖畋^(qū)域離澆口位置D 點(diǎn)很遠(yuǎn)而產(chǎn)生。所以不能采用澆口位置方案一。安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文22澆口位置 A、E 構(gòu)成澆口位置方案二，A 點(diǎn)距大端 275mm ，E 點(diǎn)距大端350mm，如圖 317 所示。圖 317 澆口位置方案二對(duì)澆口位置方案二進(jìn)行流動(dòng)分析后，查看分析結(jié)果如圖 318。圖 318 方案二充填時(shí)間從圖 318 可以看出，塑件充填完全，沒(méi)有出現(xiàn)欠注現(xiàn)象，充填時(shí)間是。在最后充填的兩側(cè)區(qū)域取兩點(diǎn)查看的充填時(shí)間是 和 ，相差 ，基本實(shí)現(xiàn)充填平衡。從充填時(shí)間圖角度看，這種澆口位置方案合理。熔接痕一般產(chǎn)生于兩股料流相遇時(shí)，多產(chǎn)生于多澆口澆注方案中。熔接痕的出現(xiàn)會(huì)影響塑件的外觀和強(qiáng)度。熔接痕的出現(xiàn)是很難免的，但一般要求不能讓熔接痕出現(xiàn)在塑件應(yīng)力集中的部位以及塑件的主要表面區(qū)域 [44]。熔接痕如圖319 所示。安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文23圖 319 方案二熔接痕從圖 319 中可以看出，在塑件主要表面處出現(xiàn)了熔接痕。圖中兩個(gè)澆口位置分布在塑件兩側(cè)，從澆口位置處流入的塑料熔體在塑件主要表面區(qū)域相遇而形成圖中熔接痕，主要表面區(qū)域出現(xiàn)的這些熔接痕將會(huì)對(duì)塑件強(qiáng)度有很嚴(yán)重的影響，而且這些熔接痕難以去除，將大大影響塑件的外觀。所以，圖中出現(xiàn)的熔接痕情況是不能接受的，這種澆口位置方案是不能采用的。澆口位置方案三和方案四如圖 320 所示。方案三由澆口位置 A、B 構(gòu)成，A 點(diǎn)距大端 275mm，B 點(diǎn)距大端 225mm；方案四由澆口位置 A、C 構(gòu)成，C 點(diǎn)距大端 320mm。圖 320 兩種澆口位置方案 (a)方案三 (b)方案四a b安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文24下面將從充填時(shí)間、流動(dòng)前沿處溫度、頂出時(shí)的體積收縮率等方面對(duì)這兩種澆口位置方案進(jìn)行全面考察。通過(guò)分析比較達(dá)到兩個(gè)目的：第一，考察這兩種澆口位置方案是否可行；第二，在這兩種澆口位置方案中選擇較好的方案。(1) 充填時(shí)間充填時(shí)間圖可以考察出充填是否完全，如果充填不完全，產(chǎn)品將成為廢品。另外從充填時(shí)間圖也可以分析出充填是否平衡。圖 321 兩種方案的充填時(shí)間 (a) 方案三 (b) 方案四從圖 321 中可以看出，澆口位置方案三和澆口位置方案四充填充分，沒(méi)有出現(xiàn)欠注現(xiàn)象，所以澆口位置方案三和澆口位置方案四從充填角度來(lái)說(shuō)可以采用。從澆口位置方案三充填時(shí)間圖上最后充填區(qū)域取兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的充填時(shí)間是 和 ，相差約 ，充填平衡性不強(qiáng)；澆口位置方案四最后充填區(qū)域兩節(jié)點(diǎn)的充填時(shí)間是 和 ，相差約 ，充填平衡性也不強(qiáng)。從充填時(shí)間圖可以看出，澆口位置方案三的充填時(shí)間是 ，澆口位置方案四的充填時(shí)間是 ，兩種方案的充填時(shí)間差不多，從充填時(shí)間角度說(shuō)，兩種方案優(yōu)劣差不多。(2) 流動(dòng)前沿處溫度流動(dòng)前沿處溫度指塑料熔體流到型腔各處的溫度 [44]。流動(dòng)前沿處溫度差異越大，塑件翹曲變形越大，塑件越容易產(chǎn)生開(kāi)裂等缺陷。流動(dòng)前沿處溫度的變化要在材料的熔體溫度范圍內(nèi)，如果溫度過(guò)高，材料將會(huì)發(fā)生降解，溫度太低，將會(huì)發(fā)生滯留，出現(xiàn)短射 [44]。ABS 材料的熔體溫度范圍為 230℃到 280℃，所以流動(dòng)前沿處溫度要在這個(gè)范圍內(nèi)澆口方案才是可行的。a b安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文25圖 322 兩種方案的流動(dòng)前沿處溫度 (a) 方案三 (b) 方案四流動(dòng)前沿處溫度的變化是個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，受到剪切速率和塑件壁厚以及澆口位置等影響。剪切速率產(chǎn)生剪切熱可以使溫度升高，壁厚薄的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)滯留現(xiàn)象就會(huì)降低溫度，澆口位置不同則溫度的變化又會(huì)不同。如圖 322 所示，澆口位置方案三流動(dòng)前沿溫度圖左邊部分溫度先降低后上升，降低區(qū)域是溫度隨熔體流動(dòng)溫度場(chǎng)的降低，溫度上升區(qū)域是因?yàn)榧羟兴俾十a(chǎn)生的剪切熱使得溫度上升；圖的右邊溫度一直都是上升的，主要是剪切熱作用。澆口位置方案四流動(dòng)前沿溫度圖左邊溫度先上升是剪切熱使之上升；右圖先降低后升高，先降低是由于溫度場(chǎng)隨熔體前進(jìn)的降低，后升高是由于剪切熱作用。從圖中可以看出，澆口位置三流動(dòng)前沿處最小溫度是 ℃，最大溫度是 ℃，溫度變化范圍在 ABS 材料熔體溫度范圍 230℃280℃范圍內(nèi)，材料不會(huì)發(fā)生降解和滯留現(xiàn)象，從流動(dòng)前沿處溫度來(lái)說(shuō)此種方案可以采用；澆口位置四流動(dòng)前沿處最大溫度 ℃，最小溫度 ℃，溫度范圍也在 ABS 材料的熔體溫度范圍230℃280℃內(nèi) ，也不會(huì)發(fā)生材料降解和滯留現(xiàn)象，所以也可以采用此種方案。澆口位置方案三的溫差約 7℃，澆口位置方案四的溫差約 5℃，澆口位置方案四的溫差比澆口位置方案三小，塑件翹曲變形也會(huì)比方案三小，所以從流動(dòng)前沿處溫度來(lái)說(shuō)，澆口位置方案四更好。(3) 頂出時(shí)的體積收縮率頂出時(shí)體積收縮率指塑件頂出時(shí)各處體積的收縮率 [45]。塑件頂出時(shí)體積收縮率或最高最低體積收縮率差異越大，塑件越易產(chǎn)生縮孔，塑件強(qiáng)度越低，質(zhì)量越差，翹曲變形越大，越易產(chǎn)生斷裂 [45]。材料的拉伸斷裂點(diǎn)一般在材料收縮率為 50%處，所以，體積收縮率要小于 50%材料才不會(huì)因收縮而斷裂。a b安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文26圖 323 兩種方案的體積收縮率 (a) 方案三 (b) 方案四圖 323 中體積收縮率主要因冷卻收縮產(chǎn)生。從圖中可以看出，澆口位置方案三的最大體積收縮率是 %，最小體積收縮率是 %，體積收縮率小于極限收縮率 50%，這種差異不會(huì)引起塑件斷裂，可以采用這種澆口位置方案。澆口位置方案四頂出時(shí)體積收縮率圖看出，最大體積收縮率為 %，最小是%，體積收縮率也小于 50%，同樣這種差異也不會(huì)引起塑件斷裂，這種澆口方案也是可以采用的。澆口位置四的最大體積收縮率比澆口位置方案三的最大體積收縮率約小 4%，這樣澆口位置方案四注塑的塑件變形會(huì)更小，產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)更好，所以從頂出時(shí)的體積收縮率角度來(lái)說(shuō)，澆口位置方案四更好。(4) 氣穴分布?xì)庋ㄖ改Ｇ粌?nèi)氣體所在的區(qū)域。氣穴越多，塑件產(chǎn)生的缺陷會(huì)越多，塑件強(qiáng)度會(huì)越低，質(zhì)量越差 [46]。如果氣穴很多，則這種方案將不宜采用。圖 324 兩種方案的氣穴 (a) 方案三 (b) 方案四a ba b安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文27圖 324 中的氣穴形成主要有兩個(gè)原因：第一，外層塑料熔體冷卻固化的同時(shí)內(nèi)層的熔體產(chǎn)生收縮形成真空而產(chǎn)生氣穴；第二，塑料熔體揮發(fā)氣體而產(chǎn)生氣穴。從圖中可以看出，澆口位置方案三和澆口位置方案四的氣穴較少，從氣穴來(lái)說(shuō)，這兩種方案都是可以采用的。兩種方案的氣穴分布差不多，所以兩種方案從氣穴來(lái)說(shuō)優(yōu)劣相當(dāng)。(5) 第一主方向型腔殘余應(yīng)力型腔第一主方向型腔殘余應(yīng)力指坐標(biāo)系中 x 方向上的殘余應(yīng)力 [47]。第一主方向型腔殘余應(yīng)力越大，塑件越容易產(chǎn)生開(kāi)裂等缺陷，而且型腔殘余應(yīng)力差異也不能很大，差異很大也會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂 [47]。當(dāng)塑件收縮達(dá)到屈服極限時(shí)就會(huì)出現(xiàn)塑性變形，再加大應(yīng)力塑件就會(huì)斷裂，所以殘余應(yīng)力一般盡量小于屈服極限，即在 100MPa 范圍內(nèi)。圖 325 兩種方案的型腔殘余應(yīng)力 (a) 方案三 (b) 方案四從圖 325 中可以看出澆口位置方案三的第一主方向型腔最大殘余應(yīng)力是，最小殘余應(yīng)力是 ，殘余應(yīng)力小于屈服極限，當(dāng)然塑件不會(huì)斷裂，所以這種澆口位置方案可以采用；澆口位置方案四的第一主方向最大型腔殘余應(yīng)力為 ，最小殘余應(yīng)力為 ，殘余應(yīng)力也小于屈服極限，塑件也不會(huì)斷裂，所以方案四也可以采用。澆口位置方案四的最大型腔殘余應(yīng)力小于澆口位置方案三的最大型腔殘余應(yīng)力，這樣澆口位置方案四的變形就會(huì)小些，塑件質(zhì)量就會(huì)更好些，所以從第一主方向型腔殘余應(yīng)力角度來(lái)說(shuō)，方案四優(yōu)于方案三。a b安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文28(6) 熔接痕從圖 326 中看出，兩種澆口位置方案的熔接痕主要出現(xiàn)在一些側(cè)邊區(qū)域，塑件主要表面區(qū)域光滑，側(cè)邊出現(xiàn)的一些熔接痕是允許的，可以通過(guò)一些塑件后處理手段來(lái)去除，兩種澆口位置方案從熔接痕角度來(lái)說(shuō)都是可行的。從圖中也可以看出，兩種澆口位置方案的熔接痕分布差不多，所以從熔接痕角度來(lái)比較兩種方案都差不多。圖 326 兩種方案的熔接痕 (a) 方案三 (b) 方案四4. 澆口位置方案改進(jìn)從上面分析得到澆口位置方案四是較優(yōu)方案，可是這種方案充填平衡性不好，所以需要進(jìn)行方案改進(jìn)。根據(jù)充填平衡性要求，將第二澆口位置 C 點(diǎn)移到如圖 327 的 F 點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)分析，F(xiàn) 點(diǎn)距大端 388mm。這里的分析主要從各個(gè)方面來(lái)分析改進(jìn)的澆口位置方案是否可以采用，然后與澆口位置方案四比較，考察改進(jìn)的方案是否最優(yōu)。圖 327 改進(jìn)的澆口位置方案a b安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文29(1) 充填時(shí)間此處將考察兩點(diǎn)：第一，塑件采用改進(jìn)的方案充填是否完全，如果塑件充填完全則改進(jìn)的方案從充填角度來(lái)說(shuō)可以采用；第二，塑件是否充填平衡，如果充填平衡則改進(jìn)的方案最優(yōu)。圖 328 改進(jìn)方案的充填時(shí)間從圖 328 中可以看出，充填時(shí)間為 ，塑件充填完全，沒(méi)有出現(xiàn)欠注現(xiàn)象，從充填時(shí)間角度來(lái)說(shuō)，改進(jìn)的方案可以采用。塑件兩側(cè)最后充填區(qū)域的某兩點(diǎn)充填時(shí)間分別為 和 ，相差 ，基本實(shí)現(xiàn)充填平衡，所以改進(jìn)的方案從充填時(shí)間來(lái)說(shuō)最優(yōu)。(2) 流動(dòng)前沿處溫度此處主要考察從流動(dòng)前沿處溫度來(lái)說(shuō)改進(jìn)的方案是否可以采用。圖 329 改進(jìn)方案的流動(dòng)前沿處溫度ABS 材料的熔體溫度范圍為 230℃280℃。從圖 329 中可以看出流動(dòng)前沿處最大溫度為 ℃，小于 280℃，所以塑件不會(huì)發(fā)生燒傷現(xiàn)象，材料不會(huì)發(fā)生降解現(xiàn)象；流動(dòng)前沿處最小溫度為 ℃，大于 230℃，這樣熔體在流動(dòng)過(guò)程不會(huì)發(fā)生提前凝固現(xiàn)象，塑件不會(huì)發(fā)生缺邊現(xiàn)象。從流動(dòng)前沿處溫度來(lái)說(shuō)，改進(jìn)的方案可以采用。安徽工程大學(xué)碩士學(xué)位論文30(3) 頂出時(shí)的體積收縮率此處將考察頂出時(shí)的體積收縮率的兩個(gè)方面，一方面從頂出時(shí)體積收縮率