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随着塑料工业的发展,塑料制品在日常生活和工业生产中应用越来越广泛。挤出成型是目前塑料产量最高的一种成型方法,主要适用于型材板、膜、管、棒等加工;注射成型是塑料制品种类最多的加工方法。塑料原材料在成型过程中经历了熔融、固化、取向、解取向、结晶等复杂的相态和结构变化,热力历程对制品的宏观性能、微观结构都有影响。对于实心棒材的挤出成型和厚壁制品的注射成型,因为棒材直径或制品厚度较大,冷却过程会直接影响成型效率,并决定了制品的机械性能和表观性能。 本文主要考虑工程实际中的制品成型。首先,针对生产中聚酰胺6(PA6)棒材产品翘曲明显、表面粗糙度大等问题,从材料、模具结构、工艺方面分析,结合数值和实验方法,提出了相应的改进措施和方法,以保证挤出棒材产品的生产合格率。其次对以塑代钢交通装备中拟开发的新产品,进行了材料、结构和工艺分析,完成了相对可行的设计方案。 对于挤出棒材生产过程中,表面质量差,尺寸变形明显的问题,完成如下工作:(1)通过现场考察,测量不良产品的尺寸精度、表面粗糙度,对挤出模具表面质量建议调质、退火、抛光处理,改善模具表面质量;(2)对已变形PA6棒材,进行退火处理,减少翘曲变形量;(3)对PA6的挤出工艺进行分析。根据生产实际,认为该棒材生产的关键是温度场控制。挤出成型的过程中塑料熔体冷却不均匀,使得型材各部分之间结晶度和晶型不同,且不均匀冷却还容易形成应力,影响其机械性能和表观性能(尺寸精度)。重点对挤出成型棒材的成型过程进行了温度场分析,并分析棒材温度场的引起的棒材直径的变化。 在注塑成型厚壁制品的产品设计方面,完成如下工作:(1)为满足强度要求,选择合理的塑料原材料。比较了POM、PA6、PA66玻纤、复合材料对成型翘曲变形的影响;(2)针对纤维复合塑料成型的特点,在工艺数值模拟中,考察了玻纤取向、熔接线、缩痕等成型缺陷的分析和预测;(3)根据流动、保压和翘曲变形分析数值结果,完善并优化了制品结构、模具结构(浇口位置和数量)、工艺参数,以保证制品的成型尺寸精度和使用性能。 本文的结果如下: (1)PA6挤出棒材的表面质量,主要由口模的加工精度决定,挤出速率影响有限; (2)挤出棒材变形,主要是冷却不均匀造成的。棒材截面圆心与外经的温度场在800秒定形冷却后,温度相差近200℃,收缩尺寸差约0.6mm。棒材温度场模拟,用有限元分析软件ANSYS实现。通过合理简化和假设,建立PA6挤出成型模型,可获得PA6棒材的温度场和指定位置处温度随时间变化曲线。 (3)确定退火工艺参数。根据材料性能参数和挤出棒材温度场分析结果,确定退火温度130℃,退火时间2.1小时。 (4)根据使用性能要求和注射成型工艺特点,数值分析比较了POM、PA6玻纤增强、PA66玻纤增强材料的强度和变形尺寸,选择PA6+50wt% GF。 (5)对厚壁塑料制品进行制品和模具结构分析,改变制品壁厚尺寸,使得翘曲变形减少了30%,确定了制品结构和浇注系统方案,优化原设计方案,使得熔接线缝合角度提高80%,缩痕缺陷降低14%。