潜伏式浇口凸轮衬套塑料注射模的设计与分析外文翻译资料

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潜伏式浇口凸轮衬套塑料注射模的设计与分析

摘要：

本文重点介绍了凸轮衬套产品自动注塑模具生产的设计与分析。凸轮衬套是一种高压变压器的接通/断开开关装置的分度装置，并作为索引头和功率改变齿轮之间的连接器。注射模具是在很短的时间内用于生产大量塑料部件的工具。建模使用的UG（NX 7.5）和自动模具塑料设计用于凸轮衬套注射速率，潜伏式浇口的位置与定位模流分析。模制工具包括顶板，型腔板，型心板，间隔块，推杆板和底板。在注射模中设置了六个核心销和六个顶杆，因为所需凸轮衬套具有六个分度孔。模具中的型芯、型腔、EN353拉杆、导套、芯柱、顶针、定位环和浇口套使用的材料是淬硬无收缩钢铁（OHNS），其他板块的材料为低碳钢。注射模中的各个部分已经做了设计和分析。模具中的凸轮衬套和挡板圆形孔的冷却系统用来提高生产率和增加良好的表面光洁度。带有各种参数成型机的模具将会采用尼龙66凸轮衬套组件。

关键词：注塑模，凸轮衬套，模流分析

1.简介

如今塑料在生活中正一天天起着至关重要的作用。毫不夸张地说，如果没有现成塑料参与到各个领域，一个航天器就没有办法走下生产。在19世纪中叶，塑料开始在材料并在我们的生活中开始起着一个主导作用。在制造业的每个分支中，塑料在耐腐蚀性方面甚至优于金属，并且处于领先的地位。从塑料的使用情况看，现在在人工智能的帮助下，如CAD/CAM，在塑料制品、生产加工、然后在测试领域都在经历着巨大的变化。由于高强度的重量比、提高化学和耐温性，浴热的固有特性和耐蚀性、透明性使他们对材料做出选择。塑料消耗更少的能源，并且可以有利地回收。今天，塑料正在取代金属，如黄铜，铜，铸铁，钢等。塑料可以根据制造方法分为主要几种，那些加热时软化而冷却时固化的塑料被称为“热塑性塑料”。那些由于化学成分的改变加热时硬化的塑料被称为“热固性或硬塑料材料”。产品特殊材料的选择是另一个重要因素。尤其是购买的产品判定是非常必要的。它要能够承受对它的应力作用。每个材料都有其自己的属性。有些材料在恶劣的环境中有很好的性能和极好的耐磨性。最困难的部分是找到一种能接近完成目标需求的材料。所以材料是多用途的，它符合我们产品的所有考虑和要求。在考虑所有这些因素后，必须选择合适的材料来满足所有这些条件。

2.变压器上的塑料凸轮衬套

本文的目的是设计和分析一种用于高电压变压器的凸轮衬套的注模工具。凸轮衬套是一种高压变压器的接通/断开开关装置的分度装置，并作为索引头和功率改变齿轮之间的连接器。索引头部通过凸轮衬套装置连接到齿轮。凸轮衬套有两个尾端，一面压装到分度曲柄圆和另一侧被安装到驱动机制。每个孔都有不同的传动机构，分度圆旋转时与曲柄销接合在第一孔的第一驱动机构可以打开。不同类型的电力是通过不断变化的索引位置获得的。凸轮衬套作为曲柄圆和齿轮之间的连接器。它是在动力变换索引机构中提供的。索引曲柄圆有很多定位孔，但该机制有6个驱动器，所以有6个孔的凸轮衬套设置在曲柄圆之间，速度指示器轮和轴相交于中心相连的齿轮。这凸轮衬套一般由聚苯乙烯，尼龙6和PVC制成。由于高电压调节应用此凸轮衬套会变得加热和磨损。由于反复施加的压力，它会渐渐损坏。

图1凸轮衬套实体模型和装配

塑料是人造材料。它们比玻璃更不易碎，但它们可以同样透明和光滑。它们重量轻，同时具有良好的强度和刚度。它们抵抗腐蚀和化学品的作用。它们可以很容易地模制成不同的形状。常用的热塑性材料是聚苯乙烯，尼龙6，PVC，聚丙烯等。模具制造在塑料工业中起重要作用，因为在消费产品的构成中模具相关的组分达到70％以上。注塑成型是一种复杂的但高效的方法，生产各种热塑性塑料制品，并有许多优点，如生产周期短，产品表面优良，并且没有二次操作，在形状复杂的成型零件中可以有很好的结果。复合塑料制品注塑模具的设计与制造，特别是在塑料工业中，更能满足工业生产的需要，尤其是在塑料制品行业的需求更为广泛。因此，生产塑料制品行业需要塑料注塑成型技术。文献回顾发现，复杂的塑料部件的注塑模具的设计和制造的研究缺乏。因此，本课题重点设计和分析了带有挡板式冷却通道和潜伏式浇口的注塑模具。

3.注塑成型工艺

将液态熔融材料注射到模具中，这是一种制造零件的制造方法。注射成型可以用一系列的材料，包括金属、玻璃、橡胶和最常用的热塑性和热固性聚合物。材料被送入一个加热机筒，混合，并被注射进入模具型腔，随后冷却变硬成腔体的结构。模具通常是由工业设计师或工程师经过产品设计，并由模具制造商（或工具）用金属，通常是钢或铝，通过精密加工制成。注塑成型被广泛用于制造各种零件，从最小的部件到整个车身板。零件所需的形状和部分功能，模具的材料，成型机的性能必须考虑在内。这一广泛的设计考虑和可能性促进了注塑成型的多功能性。注射成型是利用一种冲压或螺杆式柱塞将熔融塑料材料注射入模腔；这就形成了符合模具轮廓的形状。这是最常用的方法来处理热塑性和热固性聚合物，在每年的材料量处理中前者是相当多的。

图2：注射成型模型

（INJECTION MOLDING MACHINE 注塑机，INJECTION 注射，CLAMPING 夹紧充模，PLASTIC GRANULES 塑料颗粒，HOPPER 料斗，HEATER 加热器，MOLD CAVITY 模腔，MOLD 模具，RECIPROCATING SCREW 往复螺杆，BARREL 机筒，NOZZLE 喷嘴，MOVEABLE PLATEN 活动模版）

注射成型由原材料高压注入到模具中，将聚合物制成所需的形状。模具可以是一个单腔或多腔。在多腔模中，每个腔可以是相同的，形成相同的部分或可以是独一无二的，在一个周期中形成多个不同的几何形状。模具一般由工具钢制成，但不锈钢和铝模具适用于特定的应用。铝模具通常是不适合用于高容量生产或较小尺寸公差的零件，因为它们具有较低的机械性能，更容易磨损，损坏和在注入和夹紧周期中变形；但在低容量的应用中模具制造成本和时间的成本大大降低。许多钢模具在设计过程中有超过一百万个部分，要花费数十万美元制造。当热塑性塑料成型时，典型的粒状原料通过料斗进入带有往复螺杆的加热筒。由于在较高的热能态的分子间增加空间的结果，在机筒的入口处，相对流动的热能量增加，范德华力被削弱为单链的状态。这会降低其粘度，使聚合物在注射单元的驱动力下流动。螺旋送料，混合和均质聚合物的热粘性分布，通过机械剪切并加入大量的摩擦热材料到聚合物中降低所需的加热时间。该材料通过一个止回阀进料，并在螺杆的前端处收集进入到一个被称为球的体积内。球是用于填充模腔容积的一种装置，补偿收缩，并从螺杆压力对模具型腔中提供一个缓冲（约10%的总注射量保持在机筒中和防止螺钉进入到模具的容积中）。当足够的材料聚集的时候，材料是在高的压力和速度下成形的。为了防止较大的压力，该过程通常采用对应于95％-98％的满腔转换位置，螺杆从一个恒定的速度转移到一个恒定的压力控制。通常注射时间在1秒以下。一旦螺杆达到转移位置，相对其他材料的热塑性很高的情况，保压压力是用来完成充模和补偿热收缩的。保压压力施加到浇口处（洞口）固化。由于浇口的尺寸小，它通常是整个厚度凝固的第一个地方。一旦浇口凝固，没有更多的材料可以进入型腔，当模具内的材料冷却时，螺杆往复运动并获得用于下一个周期的材料，以便于它可以注射出，保持尺寸稳定。通过冷却系统的调温器循环水或油的使用，这个冷却时间大大减少。一旦所需的温度已经达到，模具打开并且销、套筒、脱料装置等被驱动着脱模制品。然后模具关闭，重复该过程，分模线、浇口、浇口痕迹和顶杆通常在最后的部分运作。这些特征都不是通常期望的，但由于过程的性质是不可避免的。浇口痕迹出现在浇口处，并加入到熔体输送通道（浇口和流道）的部分形成空腔。分型面和顶杆痕迹导致微小的偏差、磨损、气体喷口、相对运动的相邻部分的间隙或者聚合物注入时的配合尺寸的偏差。模具是常用的术语来描述产生塑料成型零件的工具。由于模具的制造成本很高，通常在生产上只用于成千上万的零件的大规模生产。典型的模具是由淬火钢、调质钢、铝或者铍铜合金制作的。制造模具的材料的选择，主要是从经济上考虑；在一般情况下，钢模具成本更高，但在磨损前它们较长的寿命会抵消较高的初始成本。调质钢模具不耐磨，被用于小批量生产的要求或较大的组件；其典型的钢硬度是38-45洛氏硬度。淬火钢模具加工后热处理，这能改善耐磨性和寿命，其典型的硬度范围在50－60之间洛氏硬度。铝模具成本可以大大减少，在设计和现代的电脑设备加工成型几万甚至几十万件时，可以更加经济节约。铍铜是用于模具中需要快速加热或者热量产生最多的地方。模具可以通过数控加工或者使用电火花加工工艺制造。

表1 配合公差

序号 描述 适合类型 公差

1 主引导支柱，主要导套 紧动配合 H7 / g6

2 浇口套腔板 中传动配合 H7 / m6

3 芯销平板 滑动配合 H7 / h6

4 推回销平板 紧动配合 H7 / g6

5 顶销芯板 紧动配合 H7 / g6

6 顶针导柱，顶针导套 紧动配合 H7 / g6

7 注环压板机 动配合 H7 / f7

注塑成型过程可分为三个阶段，（1）填充阶段：在填充阶段，塑料被注入空腔中。在设计零件的时候，最重要的一个阶段是在注塑成型过程中，因为塑料流动到空腔，在接触模具壁时冻结迅速。这将在塑料模具和熔融塑料之间创建一个冻结层，流动前沿与模具接触并冻结。在冰冻层中的分子是高度不取向的，一旦冻结，方向将不会改变。随着更多的熔融塑料通过型腔，冻结层获得热量并散失热量到模具中。当冻结层达到一定厚度时，热量转换达到平衡。这通常发生在注射成型过程早期中的零点几秒。（2）加压阶段：在型腔刚刚填充后，加压阶段开始。尽管所有的流动路径应由这个阶段被填充，但腔体的边缘和角落可能不能充满塑料。在加压阶段若要完全填充满型腔，额外的塑料要被推入空腔。我标注的黄色的为锥体，绿色的为塑料的地方是聚合物的注入位置。保压一段时间后填充情况没有达到预测的结果，但仍然有一些良好的地方不能成型。这是因为在加压阶段，填充结束时的条件是不适合这些部分充分填充的。（3）补偿阶段：塑料具有很高的体积收缩率，在平均熔融温度变为固体约为25%。因此在塑料冷却时，更多的材料必须被注入到空腔中，以弥补塑性收缩。这是补偿阶段。

1. 模具的设计

表2 带收缩余量的凸轮衬套尺寸

零件 实际尺寸 0.5％的收缩 总尺寸

序号 详细信息 （mm） 余量（mm） （mm）

1 直径1 65 0.325 65.325

2 直径2 35 0.175 35.175

3 直径3 28 0.14 28.14

4 直径4 20 0.10 20.10

5 直径5 7 0.035 7.035

6 长度1 15 0.075 15.075

7 长度2 15.5 0.0775 15.5775

8 长度3 19 0.095 19.095

当采购塑料模具钢时，要关注这些性能，如良好的加工性能、良好的抛光能力、良好的耐腐蚀性能、良好的火花侵蚀性能、安全、简单的热处理、最小的包容程度、持续高质量、制造和应用工具的技术援助和建议hellip;hellip;注塑模具钢的本质特征是均匀结构和内部自由度，缺陷，可切削性最大自由度，变形的热处理，焊接能力，抛光能力，耐磨性和韧性，模具结构部分，中等碳硅锻造质量约为25%的钢，钢的抗拉强度高

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