二 應(yīng)用計算機(jī)輔助工程在橡膠注射模具與冷流道系統(tǒng)設(shè)計和制造IMECE2007 學(xué)報2007 ASME 國際機(jī)械工程國會和博覽會11 月 11 日- 15 日 2007 年,西雅圖,華盛頓,美國IMECE2007-43851Supasit Rodkwan位于 Kasetsart 大學(xué),位于泰國曼谷，是塑膠模具、工業(yè)生產(chǎn)和機(jī)械工程部門和技術(shù)部門的研究和發(fā)展學(xué)院Chana Raksiri位于 Kasetsart 大學(xué),位于泰國曼谷，是塑膠模具、工業(yè)生產(chǎn)和機(jī)械工程部門和技術(shù)部門的研究和發(fā)展學(xué)院Rungtham Panyawipart位于 Kasetsart 大學(xué),位于泰國曼谷，是塑膠模具、工業(yè)生產(chǎn)和機(jī)械工程部門和技術(shù)部門的研究和發(fā)展學(xué)院Kunnayut Eiamsa-ard位于 Kasetsart 大學(xué),位于泰國曼谷，是塑膠模具、工業(yè)生產(chǎn)和機(jī)械工程部門和技術(shù)部門的研究和發(fā)展學(xué)院摘 要隨著最近全球范圍內(nèi)對橡膠制品需求的增長，最新的技術(shù)被用來改進(jìn)橡膠制品的制造技術(shù)的改進(jìn)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)成本。冷流道系統(tǒng)是一個可以幫助解決部分問題和節(jié)約材料。但是，由于缺乏能夠預(yù)測橡膠注射成型過程中行為的數(shù)值工具。設(shè)計師仍然需要使用它們的經(jīng)驗(yàn)和試錯法來設(shè)計模具和冷流道系統(tǒng)。因此，在這次研究中，用一個由 SBR 材料制作的墊片模具作為案例研究，研究使用 CAE 和冷流道系統(tǒng)應(yīng)用于橡膠注射成型過程的設(shè)計。實(shí)驗(yàn)和仿真吻合得很好，并且原料在實(shí)際中重量減少 12%，這樣可帶來產(chǎn)品成本的降低。最后，可以發(fā)現(xiàn)，使用 CAE 軟件可以幫助模具設(shè)計師和制造商更好地了解注塑過程中橡膠的流動模式和行為，從而得到更好的質(zhì)量。前 言目前,在全球范圍內(nèi)對橡膠產(chǎn)品的需求有顯著增長。最新的計算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)的工程已經(jīng)被用來提高這些產(chǎn)品的設(shè)計和制造。這可以帶來更好的部分質(zhì)量和減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和成本。冷流道系統(tǒng)的技術(shù)可以幫助節(jié)約原材料，冷流道系統(tǒng)的技術(shù)可以幫助節(jié)約原材料,尤其是對有長澆注和流道系統(tǒng)的帶來大規(guī)模生產(chǎn)。然而,由于缺乏數(shù)值工具能夠預(yù)測行為的橡膠注射成型過程中,運(yùn)營商在運(yùn)營中仍然需要運(yùn)用自己的經(jīng)驗(yàn)和試錯法來設(shè)計和制造模具和冷流道系統(tǒng)。此外,尚未發(fā)現(xiàn)比較實(shí)證在該地區(qū)的使用計算機(jī)輔助工程的模具設(shè)計和制造(CAE)研究工作。因此,本文對 CAE,一個在橡膠注射過程使用實(shí)時分析和預(yù)測強(qiáng)大注射技術(shù)。冷流道系統(tǒng)是應(yīng)用于模具的橡膠墊片用于橡膠注射過程所以可以達(dá)到有效成型和更好的零件的質(zhì)量。材料和方法在這個工業(yè)研究性的工作,一個選擇苯橡膠(SBR)的橡膠墊片的案例研究如圖 1。型號 ES2700/250 的恩格爾模式 V 厄爾,能力 250 噸的注射機(jī)用于這項研究。這臺機(jī)器嘗試多樣的不同的階段流型、溫度和注射時間調(diào)查。冷流道系統(tǒng)與十六個型腔與模具大小為 496×546×240 毫米，替代當(dāng)前的熱流道系統(tǒng),如圖2 所示,用于在橡膠產(chǎn)品制造工廠墊片生產(chǎn)線。冷流道系統(tǒng)設(shè)計能夠有效地使用橡膠原料在流道系統(tǒng)的橡膠注射機(jī)，類似于在熱塑性塑料注射成型機(jī)利用熱流道系統(tǒng)。此外,可以減少部分的缺陷如空缺部分的橡膠部分，這個冷流道系統(tǒng)的原理如圖 3 所示。 橡膠化合物的溫度在流道系統(tǒng)調(diào)整到合適的低水平維持在未硫化的橡膠化合物階段。模具的冷流道塊溫度(1)是由冷卻系統(tǒng)(2)和一個隔熱板(3),可以保護(hù)的熱量加熱在一個上模(4)可導(dǎo)致硫化過程，隨后,橡膠是通過冷流道注射到冷流道噴嘴，隨后,橡膠是通過冷流道噴嘴注射到冷流道(5)噴嘴和模具之間空氣間隔來絕緣。最后,橡膠是注射進(jìn)了模腔。圖一：橡膠墊片圖二：模具墊片與熱流道系統(tǒng) 圖三： 一個橡膠注塑模具冷流道系統(tǒng)從[2]可以發(fā)現(xiàn)為流動的控制方程的橡膠注射過程中:其中 ρ 是流體密度，V 是流體的體積其中 g 是單位質(zhì)量，σ 是應(yīng)力常量這里，cP 是恒壓,β 是體積膨脹系數(shù),p 是壓力和 k 是熱導(dǎo)率在仿真設(shè)計中,計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)用于構(gòu)造墊片部分幾何形狀，如圖4，和 16 個模腔以及澆口及水口系統(tǒng)。然后,分析橡膠注塑過程,使用 3 d-SIGMA 橡膠注塑仿真軟件,得到優(yōu)化的電流流道系統(tǒng)設(shè)計。圖四;一個墊圈 CAD 文件在橡膠注射成型仿真過程中,澆口尺寸是首先確定。使用初步模擬了流型圖 5 中所示,可以發(fā)現(xiàn),合適的矩形門尺寸是 0.50×0.70×5.00 毫米和每個對面的墊圈腔為 5.00 毫米。設(shè)計使得相等的流量通過每個門到每個墊圈腔如圖6。然后,一個完整的模具與冷流道系統(tǒng)設(shè)計如圖 7 能獲得后續(xù)分析。注射過程中溫度設(shè)置如圖 8 所示。 此外,結(jié)果收集后穩(wěn)態(tài)條件下 10 個周期注射過程。圖 5。橡膠墊圈的流型。圖 6。通過每一門的流量圖 7。一個完整的模具和冷流道系統(tǒng)180 oC 180 oC 75 oC 75 oC 75 oC Upper mold Lower mold Cold runner block Barrel Cooling in Cooling out 100 oC 圖 8。注塑工藝溫度結(jié)果使用冷流道系統(tǒng)設(shè)計、墊片模具生產(chǎn)如圖 9 和圖 10 所示，分別比較的實(shí)際 測試和模擬工作在每個階段行程距離 30 毫米到 38 毫米的產(chǎn)品形狀的見表 1 - 4?？梢钥闯?,從模擬預(yù)測工作它與使用注射機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品形狀吻合很好。然而,在模具生產(chǎn)幾由于何公差錯誤可以發(fā)生不匹配的形狀。表一：比較在一個沖程距離 30 毫米的實(shí)際研究和模擬注塑產(chǎn)品的形狀30 金屬注射成型. of Stroke 表二：比較一個距離 32 毫米沖程實(shí)際研究和模擬注塑產(chǎn)品的形狀在32 金屬注射成型. of Stroke 表三：比較在一個距離 34 毫米沖程實(shí)際研究和模擬注塑產(chǎn)品的形狀34 金屬注射成型. of Stroke 表四。比較距離 38 毫米實(shí)實(shí)際研究和模擬注塑產(chǎn)品形狀的。38 金屬注射成型. of Stroke 此外,溫度在一個特定的點(diǎn)上模具測量和模擬比較如表 5 所示。這種差異是因?yàn)樵趯?shí)際測量熱損失。表五。比較實(shí)驗(yàn)研究和模擬注入溫度。Simulation Injection Try Out 174.10 oC 140.60 oC 171.10 oC 143.10 oC 69.90 oC 71.20 oC 圖 11 顯示了橡膠空氣在不同區(qū)域的部分接觸時間。 】高數(shù)據(jù)在一個特定的區(qū)域可以參考大量可能發(fā)生的空氣陷阱和缺填充。展示的位置在每個階段的橡膠流的注入填充時間,如圖 12。通過材料可以發(fā)現(xiàn)硫化橡膠的年齡，如圖 13 所示。圖 14 和圖 15 顯示模具的溫度和冷流道噴嘴固化時間為 180 秒，從溫度分布可以看到,冷流道系統(tǒng)可以使橡膠材料到未硫化的階段時,流道系統(tǒng)，而超過 90%橡膠部分在每個型芯是充滿的，如圖 16。此外,使用模具和冷流道系統(tǒng)在這部作品中,實(shí)驗(yàn)表明,原始的橡膠材料在每個注射周期經(jīng)驗(yàn)減少 12.42%注射重量比模具熱流道系統(tǒng)。圖 9。墊圈冷流道系統(tǒng)。圖 10。一個墊片模具。圖 11?？諝饨佑|時間和空氣之間的橡膠。注射橡膠的最大填充時間圖 12。在注射過程中填充時間。 圖 13。部分橡膠的壽命。圖 13。橡膠圖 14。部分模具溫度在 180 度 c 的固化時間。圖 15。冷流道噴嘴溫度 180 度 c 的固化時間。圖 16。這個的橡膠固話在 180 度固化時間。結(jié)論在本研究中,利用 CAE 和冷流道系統(tǒng)應(yīng)用于設(shè)計和制造的橡膠注射成型工藝與由 SBR 墊圈模具作為一個案例研究。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果相關(guān)和原材料的使用是在一個令人滿意的數(shù)量減少會導(dǎo)致產(chǎn)品成本的降低。此外,利用 CAE 技術(shù)可以協(xié)助模具設(shè)計師和模具制造商更好地了解橡膠在注射過程一個流模式和行為，因此可以獲得部分更好的質(zhì)量。引用【1】.彈性體成型技術(shù)”Elastech 哈德遜,俄亥俄州,美國,2003?！?】.Kenedy,彼得,”流分析注塑模具”,Hanser 出版商,美國紐約,1995 年。