CN112052536A - 一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法 - Google Patents

一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,针对其结构特点及成型情况,在模具测试中在计算机上进行填充,流动,冷却等模拟分析,确定了原始设计方案中引起型芯偏移缺陷的主要原因并做了较全面的分析,结合实际工艺设计对工艺方案进行了更加有针对性的优化设计。测试结果表明优化方案有效降低了制品型芯偏移缺陷。实际生产中,除了对制品结构本身及模架结构的改进来控制型芯偏移的措施外,还可以通过成型工艺改等方法控制此类制品型芯偏移的产生。

Description

一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法
技术领域
本发明涉及了一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,属于注塑工艺技术领域。
背景技术
型芯偏移是模具中型芯的位置与塑料注射到型腔之前型芯的位置之间的空间偏差。这对于较长较细薄壁产品而言属于常见问题,如管形瓶、试管和笔形料筒。薄壁容器的模具也常出现此类问题。
型芯偏移可能会使壁厚发生不希望出现的变化,从而可能会影响零件的最终形状和机械性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,为试管类薄壁注塑容器的设计及制造提供科学的理论依据,对提高注塑产品质量,降低模具开发成本,缩短产品开发周期,提高企业市场竞争力具有重要的意义。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是的:
一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,包括如下步骤:
(1)模具设计,根据产品的结构设计相应的注塑模具;
(2)型芯偏移模型建立和偏移计算:
a、在产品注塑时,水平流体流经不同截面的管道时,产生速度和压力的变化,符合伯努利方程式:
P0+1/2ρgv0 2+ρgh0=P1+1/2ρgv1 2+ρgh1
P0+1/2ρgv0 2+ρgh0=P2+1/2ρgv2 2+ρgh2
其中P0为流体进入产品型腔前端时的压强,ρ为流体密度,g为重力加速度,v0为流体进入产品型腔前端时的速度,v1为流体进入到型芯与型腔壁之间上半部位置处时的速度,v2为流体进入到型芯与型腔壁之间下半部位置处时的速度,h0表示型腔前端处的高度,h1和h2分别型芯上下两端的高度,P1为型芯上侧面的压强,P2为型芯下侧面的压强;
b、由于注塑时为水平作业,因此腔前端处和型芯与型腔壁之间位置处的高度一致,得到简化后的方程式:
P0+1/2ρgv0 2=P1+1/2ρgv1 2
P0+1/2ρgv0 2=P2+1/2ρgv2 2
c、型芯的材质在不同温度下弹性模量存在差异,导致在剪切作用力下产生不同的弹性偏移量,根据胡克定律f=-KX,其中f为型芯的弹性力,K为型芯在不同温度下对应的弹性模量,其可通过查表获得,X为型芯的弹性偏移量;
d、根据型芯自身力的平衡可得到方程:F1=f+F2,其中F1=P1 S0,F2=P2 S0,其中S0为二分之一个型芯侧面积,S0=1/2d hπ,其中d为型芯直径,h为型芯长度;
e、由b、c、d三个步骤中的公式代入计算可得:X=(v1 2-v2 2)S0/2Kρg;
(3)设定型腔前端处流量Q,则型芯上下端面处的流量和v1s1+v2s2=Q,其中,实际加工装配时型腔的圆心为O1,型芯的圆心为O2,垂直于O1O2连接线的直线将型芯与型腔之间的截面分割成两部分,这两部分的面积分别为s1和s2,在注塑时,设定等量流量流入不同截面的流道,即v1s1=v2s2=1/2Q;
(4)由步骤(2)和步骤(3)中的计算结果可知,加工装配过程中的装配型芯偏移和弹性模量K是影响偏移得主要因子,在加工和装配精度极限的情况下,根据所选择的型芯材质控制合适的型芯温度,从而便可实现对型芯偏移量的控制。
前述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:实际加工装配累计公差平均为0.05mm。
前述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:所述型腔的直径为D=3.5mm,型芯的直径为d=2.88mm,型芯长度h=32mm,s1=1.17mm2,s2=1.97mm2
前述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:所述型腔前端的材料流速为60mm/s,计算得v1=246.69mm/s,v2=146.51mm/s。
前述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:所述型芯的材质为4Cr13,在型芯模温20℃时,K的值最大,为216GPa,计算可得X=0.097mm。
前述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:所述型芯的材质为4Cr13,在型芯模温300℃时,K的值最小,为194GPa,计算可得X=0.11mm。
本发明的有益效果是:通过计算公式,为试管类薄壁注塑容器的设计及制造提供科学的理论依据,对提高注塑产品质量,降低模具开发成本,缩短产品开发周期,提高企业市场竞争力具有重要的意义。
具体实施方式
下面将结合具体实施例,对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,:包括如下步骤:(1)模具设计,根据产品的结构设计相应的注塑模具;(2)型芯偏移模型建立和偏移计算:
a、在产品注塑时,水平流体流经不同截面的管道时,产生速度和压力的变化,符合伯努利方程式:
P0+1/2ρgv0 2+ρgh0=P1+1/2ρgv1 2+ρgh1
P0+1/2ρgv0 2+ρgh0=P2+1/2ρgv2 2+ρgh2
其中P0为流体进入产品型腔前端时的压强,ρ为流体密度,g为重力加速度,v0为流体进入产品型腔前端时的速度,v1为流体进入到型芯与型腔壁之间上半部位置处时的速度,v2为流体进入到型芯与型腔壁之间下半部位置处时的速度,h0表示型腔前端处的高度,h1和h2分别型芯上下两端的高度,P1为型芯上侧面的压强,P2为型芯下侧面的压强;
b、由于注塑时为水平作业,因此腔前端处和型芯与型腔壁之间位置处的高度一致,得到简化后的方程式:
P0+1/2ρgv0 2=P1+1/2ρgv1 2
P0+1/2ρgv0 2=P2+1/2ρgv2 2
c、型芯的材质在不同温度下弹性模量存在差异,导致在剪切作用力下产生不同的弹性偏移量,根据胡克定律f=-KX,其中f为型芯的弹性力,K为型芯在不同温度下对应的弹性模量,其可通过查表获得,X为型芯的弹性偏移量;
d、根据型芯自身力的平衡可得到方程:F1=f+F2,其中F1=P1 S0,F2=P2 S0,其中S0为二分之一个型芯侧面积,S0=1/2d hπ,其中d为型芯直径,h为型芯长度;
e、由b、c、d三个步骤中的公式代入计算可得:X=(v1 2-v2 2)S0/2Kρg;
(3)设定型腔前端处流量Q,则型芯上下端面处的流量和v1s1+v2s2=Q,其中,实际加工装配时型腔的圆心为O1,型芯的圆心为O2,垂直于O1O2连接线的直线将型芯与型腔之间的截面分割成两部分,这两部分的面积分别为s1和s2,在注塑时,设定等量流量流入不同截面的流道,即v1s1=v2s2=1/2Q;
(4)由步骤(2)和步骤(3)中的计算结果可知,加工装配过程中的装配型芯偏移和弹性模量K是影响偏移得主要因子,在加工和装配精度极限的情况下,根据所选择的型芯材质控制合适的型芯温度,从而便可实现对型芯偏移量的控制。
通过上述计算过程,可以得知,通过控制型芯模温,使型芯在该温度下的弹性模量越大,则型芯偏移量越小,为试管类薄壁注塑容器的设计及制造提供科学的理论依据,对提高注塑产品质量,降低模具开发成本,缩短产品开发周期"提高企业市场竞争力具有重要的意义。
本实施例中,实际加工装配累计公差平均为0.05mm,所述型腔的直径为D=3.5mm,型芯的直径为d=2.88mm,型芯长度h=32mm,s1=1.17mm2,s2=1.97mm2,所述型腔前端的材料流速为60mm/s,计算得v1=246.69mm/s,v2=146.51mm/s。型芯的材质为4Cr13,在型芯模温20℃时,K的值最大,为216GPa,计算可得X=0.097mm。而同样的材质,在型芯模温300℃时,K的值最小,为194GPa,计算可得X=0.11mm。由此可见,选择K值较大时的型芯模温,能够得到较小的型芯偏移量。
根据模型计算得结果设计以下5种试模工艺,工艺1~3测试射出压力填充时间和保压时间对于型芯偏移得影响,工艺4和5测试型芯温度对于偏移得影响:
工艺1:模温80℃填充时间0.5s保压800bar保压时间3S;
工艺2:模温80℃填充时间0.5s保压300bar保压时间1S;
工艺3:模温80℃填充时间0.5s保压480bar保压时间2S;
工艺4:型芯模温不接模温,实际温度接近料温;
工艺5:型芯模温20℃。
判断标准:通过测试产品4个方向(0度,90度,280度,270度)折断力,检查验证产品偏向情况,折断力合格的标准为28N~57N。
工艺1-4,测试得折断力为23.4~31.2N,偏心严重,说明射出压力,填充时间和保压时间对于型芯偏移得影响很小。工艺5,测试得折断力为30N~45N,偏心改善,说明型芯温度降低对于偏心有改善。
本试验以某公司的塑料试管制品及其模架设计为例,针对其结构特点及成型情况,在模具测试中在计算机上进行填充,流动,冷却等模拟分析,确定了原始设计方案中引起型芯偏移缺陷的主要原因并做了较全面的分析,结合实际工艺设计对工艺方案进行了更加有针对性的优化设计。测试结果表明优化方案有效降低了制品型芯偏移缺陷。实际生产中,除了对制品结构本身及模架结构的改进来控制型芯偏移的措施外,还可以通过成型工艺改等方法控制此类制品型芯偏移的产生。
综上所述,本发明提供的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,为试管类薄壁注塑容器的设计及制造提供科学的理论依据,对提高注塑产品质量,降低模具开发成本,缩短产品开发周期,提高企业市场竞争力具有重要的意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。

Claims (6)

1.一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)模具设计,根据产品的结构设计相应的注塑模具;
(2)型芯偏移模型建立和偏移计算:
a、在产品注塑时,水平流体流经不同截面的管道时,产生速度和压力的变化,符合伯努利方程式:
P0+1/2ρgv0 2+ρgh0=P1+1/2ρgv1 2+ρgh1
P0+1/2ρgv0 2+ρgh0=P2+1/2ρgv2 2+ρgh2
其中P0为流体进入产品型腔前端时的压强,ρ为流体密度,g为重力加速度,v0为流体进入产品型腔前端时的速度,v1为流体进入到型芯与型腔壁之间上半部位置处时的速度,v2为流体进入到型芯与型腔壁之间下半部位置处时的速度,h0表示型腔前端处的高度,h1和h2分别型芯上下两端的高度,P1为型芯上侧面的压强,P2为型芯下侧面的压强;
b、由于注塑时为水平作业,因此腔前端处和型芯与型腔壁之间位置处的高度一致,得到简化后的方程式:
P0+1/2ρgv0 2=P1+1/2ρgv1 2
P0+1/2ρgv0 2=P2+1/2ρgv2 2
c、型芯的材质在不同温度下弹性模量存在差异,导致在剪切作用力下产生不同的弹性偏移量,根据胡克定律f=-KX,其中f为型芯的弹性力,K为型芯在不同温度下对应的弹性模量,其可通过查表获得,X为型芯的弹性偏移量;
d、根据型芯自身力的平衡可得到方程:F1=f+F2,其中F1=P1S0,F2=P2S0,其中S0为二分之一个型芯侧面积,S0=1/2d hπ,其中d为型芯直径,h为型芯长度;
e、由b、c、d三个步骤中的公式代入计算可得:X=(v1 2-v2 2)S0/2Kρg;
(3)设定型腔前端处流量Q,则型芯上下端面处的流量和v1s1+v2s2=Q,其中,实际加工装配时型腔的圆心为O1,型芯的圆心为O2,垂直于O1 O2连接线的直线将型芯与型腔之间的截面分割成两部分,这两部分的面积分别为s1和s2,在注塑时,设定等量流量流入不同截面的流道,即v1s1=v2s2=1/2Q;
(4)由步骤(2)和步骤(3)中的计算结果可知,加工装配过程中的装配型芯偏移和弹性模量K是影响偏移得主要因子,在加工和装配精度极限的情况下,根据所选择的型芯材质控制合适的型芯温度,从而便可实现对型芯偏移量的控制。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:实际加工装配累计公差平均为0.05mm。
3.根据权利要求2所述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:所述型腔的直径为D=3.5mm,型芯的直径为d=2.88mm,型芯长度h=32mm,s1=1.17mm2,s2=1.97mm2
4.根据权利要求3所述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:所述型腔前端的材料流速为60mm/s,计算得v1=246.69mm/s,v2=146.51mm/s。
5.根据权利要求3所述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:所述型芯的材质为4Cr13,在型芯模温20℃时,K的值最大,为216GPa,计算可得X=0.097mm。
6.根据权利要求3所述的一种薄壁类产品注塑时型芯偏移量的控制方法,其特征在于:所述型芯的材质为4Cr13,在型芯模温300℃时,K的值最小,为194GPa,计算可得X=0.11mm。
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