2465 帶自動脫螺紋結(jié)構(gòu)的注射模設計

2465 帶自動脫螺紋結(jié)構(gòu)的注射模設計,自動,螺紋,羅紋,結(jié)構(gòu),注射,設計 南京理工大學泰州科技學院畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯系　　部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計及其自動化 姓 名： 周 志 宇 學 號： 05010158 外文出處：Composites scienc and techology 2007 附 件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導教師評語：譯文基本能表達原文思想，語句較流暢，條理較清晰，專業(yè)用語翻譯基本準確，基本符合中文習慣，整體翻譯質(zhì)量一般。簽名： 年 月 日PBT 玻璃纖維增強復合材料水輔注塑成型的實驗研究摘要：本報告的目的是通過實驗研究聚對苯二甲酸丁二醇復合材料水輔注塑的成型工藝。實驗在一個配備了水輔注塑統(tǒng)的 80 噸注塑機上進行，包括一個水泵，一個壓力檢測器，一個注水裝置。實驗材料包括 PBT 和 15%玻璃纖維填充 PBT 的混合物以及一個中間有一個肋板的空心盤。實驗根據(jù)水注入制品的長度的影響測得了各種工藝參數(shù)以及它們的機械性能。XRD 也被用來分別材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后,作了水輔助和氣體輔助注塑件的比較。實驗發(fā)現(xiàn)熔體壓力,熔融溫度，及短射類型是影響水注塑行為的決定性參數(shù)。材料在模具一面比在水一面展示了較高的結(jié)晶度。氣輔成型制品也要比水輔成型制品結(jié)晶度高。另外，制品表面的玻璃纖維大部分取向與流動方向一致，而隨著離制品表面距離的增加，越來越多的垂直與流動方向。關(guān)鍵詞：水輔注塑成型，玻璃纖維增強 PBT，工藝參數(shù)，機械性能，結(jié)晶1．前言依靠重量輕，成型周期短，消耗低，水輔注塑成型技術(shù)在塑料制品制造方面已經(jīng)取得了突破。在水輔注塑成型中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。水輔注塑成型的原理如圖 1圖 1 水輔注塑成型的原理如圖水輔注塑成型能夠在更短的循環(huán)時間內(nèi)生產(chǎn)出收縮小，翹曲小，表面質(zhì)量好的各種薄厚的制品。水輔注塑成型工藝也可根據(jù)工具及設備的承受壓力在設計，節(jié)省材料，減輕重量，減少成本方面取得更大的自由。典型的應用有棒，管材，水路管網(wǎng)建設用的大型復合結(jié)構(gòu)管。另一方面，盡管有很多優(yōu)勢，由于加入了額外的工藝參數(shù)，模具和工藝控制變的更加嚴峻和困難。水也可能腐蝕模具鋼，同時一些材料包括熱塑性塑料難以成型。成型后水的清除也是對這個新技術(shù)的一個挑戰(zhàn)。表 1 列出了水輔注塑成型技術(shù)的優(yōu)勢和局限性。優(yōu)勢 局限性1，成型周期短2，成本低（水更便宜而且可方便地循環(huán)利用）3，制品內(nèi)部不產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。1，水腐蝕模具2，需要較大的注塑元件。 （容易陷入聚合物熔體）3，一些材料難以成型（尤其是非晶態(tài)熱塑性材料）4，成型后需要清除水表 1水輔注塑成型有優(yōu)勢超過它更有名的競爭對手，氣輔注塑成型，因為依靠水在成型過程中更好的冷卻能力，水輔注塑成型獲得了更短的成型周期。它的不可壓縮性，低成本以及易循環(huán)利用，水成為這一過程的理想媒介。既然水不會溶解和擴散到聚合物熔體中，那么經(jīng)常在氣輔成型工藝出現(xiàn)的氣泡現(xiàn)象也便消除了。另外，水輔注塑成型能更好的用小剩余壁厚成型大型制件。表 2 是對水輔和氣輔成型工藝的一個比較。表 2 水輔和氣輔成型工藝比較。水輔 氣輔1 成型周期 短 長2 介質(zhì)成本3 氣泡現(xiàn)象5 殘余壁厚6 表面粗糙度7 表面光澤8 指形效應9 非均勻穿透10 制品透明度11 內(nèi)表面（熱塑性半晶）12 內(nèi)表面（熱固性）低無小小高大穩(wěn)定高平滑粗糙高有大高低小不穩(wěn)定低粗糙平滑隨著對密度小，強度高，價格便宜，成型周期短的優(yōu)良性能材料需求的增加，塑料工程是一個不可忽視的工藝。這些塑料包括熱塑性和熱固性塑料。一般來說，熱塑性塑料以其更高的沖擊強度，斷裂阻力，疲勞強度而更有優(yōu)勢。這使得熱塑性塑料在工程建設中廣泛使用。PBT 是廣泛使用的熱塑性工程塑料之一，它有 1，4—丁烯乙 2 醇和 DMT 聚合而成。玻纖增強混合材料適用于提高原材料的機械性能。今天，短玻璃纖維增強 PBT 已被廣泛應用與電子，通信，汽車領域。所以，對玻璃纖維增強 PBT的研究更加重要了。本文是通過實驗研究聚對苯二甲酸丁二醇水輔注塑的成型工藝，實驗在一個配備了水輔注塑統(tǒng)的 80 噸注塑機上進行，包括一個水泵一個壓力檢測器，一個注水裝置。實驗材料包括 PBT 和 15%玻璃纖維填充 PBT 的混合物以及一個中間有一個肋板的空心盤。實驗根據(jù)水注入制品的長度的影響測得了各種工藝參數(shù)以及它們的機械性能。XRD 也被用來分別材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后,作了水輔助和氣體輔助注塑件的比較。2．實驗步驟2.1 材料實驗材料包括 PBT（牌號 1111FB，南亞塑料，臺灣）和 15%玻璃纖維填充 PBT 的混合物（牌號 1210G3，南亞塑料，臺灣） 。表 3 列出了此混合材料的特征。表 3 纖維增強 PBT 復合材料特征性質(zhì) ASTM PBT 15%G.F.PBT屈服應力(kg/cm 2)彎曲應力(kg/cm 2)硬度熱變形溫度（℃）MFI沖擊強度熔點（℃）D-638D-570D-785D-648D-1238D-256DSC60090011960405224100015001202002552242.2 水輔注塑元件一個實驗室注水元件，包括一個水泵，一個壓力檢測器，一個注水閥，一個配備了溫度調(diào)節(jié)裝置的水箱，以及一個控制電路。這個孔板型注水閥每邊有兩個孔，用來成型制件。實驗過程中，注水閥的控制電路收到由注塑機產(chǎn)生的信號實現(xiàn)對時間和注水壓力的控制。在注入模具行腔之前，水在有溫控裝置的水箱里加熱 30 分鐘。2.3 注塑機和模具水輔注塑成型實驗在一個最高注塑速率109cm3/s的80噸注塑機上進行。研究使用了一個中間有一個肋板的空心盤。圖2顯示了這個行腔的尺寸。模具溫度由一個水循環(huán)模溫控制元件調(diào)節(jié)。實驗根據(jù)水注入制品的長度的影響測得了各種工藝參數(shù)，包括熔體溫度，模具溫度，熔體充模壓力，水溫和水壓，注水延遲時間和保持時間，以及熔體短射類型。表4列出這些工藝參數(shù)及在實驗中的數(shù)值。表 42.4氣輔注塑元件為了對水輔和氣輔注塑成型制件進行比較，氣輔注塑成型實驗使用了一個商用氣輔注塑成型元件，其具體配置可參考RCFS。氣輔注塑成型工藝控制和水輔注塑成型一樣，除了氣體溫度設置為25外。AB C D E F熔體壓力 熔體溫度 短射類型 水 壓 水 溫 模具溫度140126114988428027527026526076777880818910111280757065608075706560圖2 模具行腔的尺寸和外形2.5 XRD為了分析水輔注塑成型制品的晶體結(jié)構(gòu)，實驗使用了具有二維探測分析傳輸模式的廣角 X 射線衍射儀。更特別的是實驗對水輔注塑成型制品模具一邊和水一邊的樣品在 7 到 40 的范圍內(nèi)進行測量。分析所用的樣品來自制品中心。為了獲得 XRD 樣品要求的厚度，多余的部分在一個旋轉(zhuǎn)輪上打磨掉。首先用濕的碳硅紗布，而后用粒度 300 的，再用粒度 600 和 1200 的，以獲得更好的表面質(zhì)量。2.6 機械性能 拉伸強度和彎曲強度測試在一個拉力測試機上進行。實驗對水輔注塑成型制件樣本進行拉力測試以評估水溫對拉伸性能的影響。樣本的尺寸為30mm*10mm*1mm.水輔注塑成型制件的彎曲實驗也在室溫下進行。彎曲樣本的尺寸為20mm*10mm*1mm2.7 顯微鏡觀察用電子掃描顯微鏡（型號 5410）觀察制品中纖維的分子取向。樣品為取自注塑成型制件厚度方向上（圖 3） 。在垂直于流動方向了對截面進行觀察。觀察前，所有樣品表面鍍金。圖 3 拉伸和彎曲測試切取樣品的位置圖示3 結(jié)果和討論所有實驗在一個最高注塑速率 109cm3/s 的 80 噸注塑機上進行。所有研究中使用了一個中間有一個肋板水道的空心盤。3.1 制品的指形效應所有制品都在水道的過度區(qū)域出現(xiàn)了指形效應。并且，玻璃纖維增強的復合材料指形效應比不增強的更嚴重，如圖 4 所示。指形效應一般在一種密度小，粘性低的液體穿過另一種密度大，粘性高的不相溶液體時產(chǎn)生?？紤]一個密度和黏度變化都很快的兩相界面或區(qū)域。流體移動的壓力 P2-P1 導致有效的置換量用下式描述這里 U 是特性速率，K 是穿透性。當壓力為正時，任何很小的置換量都會被放大，導致不穩(wěn)定并出現(xiàn)指形效應。當一種液體被比它密度低，黏度小的液體置換時，我們知道ｕ=ｕ1-ｕ2》0，而且 U》O。這時，當一個黏度較高的液體被一種黏度較低的液體置換時，這種液體流動性較高，會出現(xiàn)不穩(wěn)定和指形效應。這次研究的結(jié)果顯示玻璃纖維增強的復合材料更傾向于指形效應。這也許是因為玻璃纖維增強的復合材料和水的黏度差比較大。因此水輔注塑成型復合材料顯示了更嚴重的指形效應。3.2 水穿透對工藝參數(shù)的影響圖 4 PBT 復合材料水輔注塑成型照片3.2 工藝參數(shù)對水穿透的影響實驗根據(jù)水穿透行為的影響測得了各種工藝參數(shù)。表 4 列出這些工藝參數(shù)以及實驗中使用的數(shù)值。為了成型制件，引用了一個重要工藝條件。通過在每一個實驗中改變一個參數(shù)，我們可以更好的理解在復合材料水輔注塑成型中每個參數(shù)對水穿透行為的影響。成型后，實驗測量了水注塑的長度。圖 5-10 顯示了工藝參數(shù)對水注塑長度的影響，包括熔體充模壓力，熔體溫度，模具溫度，短射類型，水溫以及水壓。實驗結(jié)果顯示，水在純凈 PBT 中比在玻璃纖維增強 PBT 復合材料中穿透更深。這是由于玻璃纖維增強復合材料冷卻過程中體積收縮更小，因此，制品被水穿過的長度要短些。熔體充模壓力圖 5，熔體充模壓力對水穿過長度的影響熔體溫度圖 6 熔體溫度對水穿過長度的影響模具溫度圖 7 模具溫度對水穿過長度的影響短射類型圖 8 短射類型對水穿過長度的影響水溫圖 9 水溫對水穿過長度的影響水壓圖 10 水壓對水穿過長度的影響由圖 5 可以看出，水穿過長度隨著熔體充模壓力的增大而減小。這可以解釋為由于熔體充模壓力增大，模具行腔對流動的阻力增加，因此水更難以進入材料的內(nèi)部。水穿過長度因而變短。圖 6 可以看出成型 PBT 復合材料制品時，隨著熔體溫度是增加水穿過長度也會變短。這也許是因為隨著溫度增加聚合物熔體的黏度降低。較低的熔體黏度有利于水包裹住水道，減少空閑區(qū)域，而不是更深的穿透。水道開頭孔的變小導致了水穿過長度的變短。如圖 7，增加模具溫度稍微降低了水在成型制品中的穿過長度。這也許是因為增加模具溫度降低了冷卻速率以及材料的黏度。于是水就包裹了水道，減少了水道口附近的空閑空間，而不是更深的穿透制品。如圖 8，增加短射率降低了水穿過長度。在水輔注塑成型中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。聚合物熔體短射率的增加降低了水在成型制品中的穿過長度。作為實驗中的工藝參數(shù)，增加水溫或者水壓都增加了水在成型制品中的穿過長度。增加水溫降低了冷卻速率，是聚合物熔體更長時間內(nèi)保溫，它的黏度也因此降低。這有利于水更深的進入進品中心。增加水壓也有利于水穿過物體，因此而獲得更深的穿透長度。最后，制品的偏差，各種工藝參數(shù)測量的主觀性，最大的制品偏差是翹曲。表 11 的結(jié)果顯示制品翹曲隨著水在成型制品中的穿過長度的降低而減少。這是因為水穿過制品的長度越長，包裹聚合物材料的水就越多。制品的翹曲和收縮也因而降低。水穿過制品的長度3.3 成型制品的結(jié)晶PBT 是一個結(jié)晶速率很高的半結(jié)晶熱塑性聚脂。在水輔注塑成型過程中，結(jié)晶在非等溫條件下發(fā)生，冷卻速率隨著冷卻時間而變化。這里研究了各種工藝參數(shù)包括充熔體溫度，模具溫度，以及水溫對成型制品結(jié)晶的影響。測量使用了 2 維廣角 X 射線衍射儀。表 12 的結(jié)果顯示所有材料在模具層的結(jié)晶比在水層的結(jié)晶度要高。這個結(jié)果標志著在冷卻過程中水有著更好的冷卻能力。這與我們早先通過測量模內(nèi)溫度分布得到的結(jié)果一致。另外，表 12C 的實驗結(jié)果顯示成型材料的結(jié)晶隨著水溫的增加而增加。這是因為增加水溫降低了冷卻過程中的材料冷卻速率。成型制品因而有更高的結(jié)晶度。熔體溫度，模具溫度，以及水溫對水輔成型制品結(jié)晶的影響 另一方面，為了對水輔和氣輔注塑成型制品的結(jié)晶作一個比較，我們在同一臺注塑機上做了實驗，不同的是注塑機裝備了一個高壓氮氣注塑裝置。圖13 的結(jié)果顯示氣輔注塑成型制品比水輔注塑成型制品有著更高的結(jié)晶度。這是因為水比空氣的冷卻能力高，冷卻快。因而水輔注塑成型制品比氣輔注塑成型制品的結(jié)晶度要低些。圖 13，水輔和氣輔成型制品的結(jié)晶度3.4 機械性能對水輔注塑成型制品樣本進行拉伸測試以觀察水溫對拉伸性能的影響，表14 的測量結(jié)果顯示其隨水溫增高而降低。正如我們看到的，PBT 材料的屈服應力和拉伸應力都隨著溫度增高而降低。另一方面，PBT 水輔注塑成型制品彎曲強度測試也在室溫下進行。圖 15 的測試結(jié)果顯示，制品的彎曲強度也隨溫度升高而降低。圖 15 水溫對 PBT 制品彎曲強度的影響圖 14 水溫對 PBT 制品拉伸性能的影響一般來說，增高水溫降低了冷卻速率，使制品的結(jié)晶度增高。正如我們所知，對于半結(jié)晶熱塑性塑料，較高的結(jié)晶度意味著較低的自由體積因而增加了制品的剛度。但是，實驗結(jié)果顯示，結(jié)晶度對 PBT 力學性能的影響是微不足道的，有更重要的增加了 PBT 材料的拉伸和彎曲應力。成型材料的機械性能取決于成型過程中結(jié)晶的數(shù)量和晶體類型。PBT 的延展性隨著結(jié)晶降低的事實說明 PBT 在冷卻速率較低的成型過程中結(jié)晶度和剛性增加，因為缺乏延展性，成型制品在拉伸測試中的數(shù)值較高，而剛度沒有預期的高。無論如何，需要更詳細 的實驗研究水輔注塑成型制品的形態(tài)參數(shù)以及相關(guān)的機械性能。3.5 成型制品中纖維取向從制品的中間切取小的樣品用來觀察纖維的取向。觀察的位置如圖 3 所示。觀察前，所有樣品的表面被磨光并鍍金。圖 16 顯示了水輔注塑成型制品的微型結(jié)構(gòu)。圖 16 PBT 復合材料水輔注塑成型制品的纖維取向測量結(jié)果顯示水輔注塑成型制品中的纖維取向與常規(guī)注塑制品有明顯區(qū)別。在常規(guī)注塑制品中一般觀察兩個區(qū)域：薄壁處與中心。在薄壁區(qū)域，所有纖維取向與流動方向平行，而在中心，纖維在流動平面內(nèi)取向隨意。與常規(guī)注塑成型相比，水輔注塑成型技術(shù)的充模方式不同。對于常規(guī)注塑機，一個循環(huán)周期被定義為充模，保壓，冷卻 3 個階段。而在水輔注塑成型過程中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。這個新穎的充模方式明顯影響了纖維的取向。由圖 16 可以看出，水輔注塑成型制品的纖維取向大致可分為 3 個區(qū)域，在模具一邊的表面，這里充模時剪切很嚴重，纖維很規(guī)則的平行。在水一側(cè)的表面，剪切作用不明顯，速率快，在這種情況下，纖維更傾向與垂直與注射方向。在制品中心，纖維取向很隨意。 總的來說，模具一邊的制品表面的玻璃纖維取向大部分與流動方向一致，而隨著離這一表面距離的增加，纖維取向逐漸的垂直與流動方向。最后，應該注意的是，我們實驗室應該在今后的研究中對水輔注塑成型和常規(guī)注塑成型的纖維取向和形態(tài)做一個定量的比較。4 結(jié)論本報告的目的是通過實驗研究聚對苯二甲酸丁二醇復合材料水輔注塑的成型工藝?；诋斍皩嶒灴傻贸鲆韵陆Y(jié)論1. 水輔注塑成型制品在水道的過度區(qū)域出現(xiàn)了指形效應。并且，玻璃纖維增強復合材料的指形效應比不增強的更嚴重2. 研究的實驗結(jié)果顯示 PBT 復合材料的水穿透長度隨著水溫和水壓的增加而增加。隨著熔體充模壓力，熔體溫度，模具溫度，短射量的增加而降低。 ，3. 制品的翹曲隨著水穿透的程度而降低了。4. 注塑制品的結(jié)晶度隨著水溫的升高而提高。水輔成型制品的結(jié)晶度比氣輔的要低。5. 模具一邊的制品表面的玻璃纖維取向大部分與流動方向一致，而隨著離這一表面距離的增加，纖維取向逐漸的垂直與流動方向感謝感謝臺灣科學委員會對研究工作的資金支持！參考文獻[1] Knights M. 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