新型橡胶注射成型硫化机开发及成型机理研究

摘要

本文的工作主要包括两部分，一新型FIFO橡胶注射成型硫化机的设计研发；二注射成型过程数值模拟的研究。
　　 在第一部分中，介绍了橡胶注射成型工艺及设备的发展状况，阐述了橡胶注射成型机的特点，对各类塑料注射成型机和橡胶注射成型机的结构及其特点进行了分析。结合橡胶注射成型硫化机的特殊工艺要求，自主设计了FIFO式XZL-1000X1600橡胶注射成型硫化机。该型式装置综合了柱塞式注射装置和螺杆式注射装置的优点，具有结构紧凑，注射精确度高，物料塑化充分，在料筒内停留时间均匀，更换物料方便，节省能耗，合模时间短，模具高度自动适调，可以实现快速、稳定、可靠地锁模的特点。文中阐述了橡胶注射成型机主要特性参数的选取依据，对注射装置、合模装置以及液压传动系统等进行了设计，完成了XZL-1000X1600橡胶注射成型硫化机主要部件的图纸设计。通过该类机型的研制，可以为我国新型FIFO橡胶注射机的理论研究和系列开发提供科学依据。
　　 在第二部分中，借助注射成型CAE模拟软件Moldflow，采用TaguchiDOE试验设计技术，对注塑成型过程进行了数值模拟分析，并通过试验对模拟分析结果进行了验证。首先，采用CAE技术对电话机面板外壳注塑成型充填/后充填、保压及冷却过程进行模拟，分析注塑成型过程可能出现的熔接线、气穴、沉降斑、体积收缩和翘曲变形等缺陷，探讨合理确定注塑成型工艺参数的途径。其次，在对注塑成型充填/后充填过程数值模拟分析的基础上，考察不同的保压压力、不同的保压形式（恒压保压、线性保压、阶跃式保压）之下，浇口凝固时间、制品质量（重量变化、沉降斑、体积收缩）的变化；从而确定最佳的保压压力和保压形式，提高制品质量。最后，将注射成型CAE技术与Taguchi DOE试验设计技术相结合，在综合平衡法、极差分析法的指导下，对制品收缩、沉降斑和残余应力等多指标参数优化问题进行了设计与分析。并基于工业产品，研究工艺参数对收缩率变化和翘曲变形的影响，通过正交试验的极差分析优化工艺参数，再结合产品试验来验证结论的准确性，最终达到参数最优配置。

目录

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符号说明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 塑料注射成型机的发展概况

1.2.1 塑料注射成型机塑化、注射机构的发展

1.2.2 塑料注射成型机合模装置的发展

1.2.3 塑料注射成型机液压传动及控制系统的发展

1.3 橡胶注射成型技术的发展概况

1.3.1 橡胶注射成型制品的发展需求

1.3.2 橡胶注射成型设备结构种类的发展

1.3.3 橡胶注射成型机的发展概况

1.4 注射成型工艺的发展状况

1.4.1 抽真空注射成型工艺

1.4.2 冷流道注射成型工艺

1.4.3 气体辅助注射成型工艺

1.4.4 水辅助注射成型工艺

1.4.5 反应注射成型技术

1.4.6 动态注射成型技术

1.5 前人的研究成果

1.5.1 注射机结构方面的研究概况

1.5.2 注射充模流动和保压等过程理论研究发展概况

1.6 课题来源及研究内容

1.6.1 课题来源

1.6.2 课题内容

1.6.3 研究意义

第二章 橡胶注射成型硫化机工作原理及设计

2.1 注射机类型

2.1.1 卧式注射机

2.1.2 立式注射机

2.1.3 角式注射机

2.1.4 多工位注射机

2.2 注射装置的结构分析

2.2.1 螺杆挤出式注射装置

2.2.2 柱塞式注射装置

2.2.3 往复螺杆式注射装置

2.3 注射机合模装置

2.3.1 直压式合模装置

2.3.2 液压机械式合模装置

2.3.3 二次动作式合模装置

2.4 橡胶注射机液压驱动及控制系统的设计置

2.4.1 注射机液压驱动装置

2.4.2 注射机控制系统部分

2.5 XZL-1000X1600橡胶注射成型硫化机的设计

2.5.1 橡胶注射成型硫化机注射装置结构设计

2.5.2 橡胶注射成型硫化机合模装置结构设计

2.5.3 橡胶注射成型硫化机液压驱动装置结构设计

第三章 注射成型过程模拟分析

3.1 基于CAE技术注射成型充模流动数值模拟分析

3.1.1 注塑成型CAE技术

3.1.2 注塑成型充填/后充填过程数值模拟

3.1.3 模拟结果及分析

3.1.4 结论

3.2 基于CAE技术注射成型保压过程模拟分析

3.2.1 恒压保压结果与分析

3.2.2 线性保压结果与分析

3.2.3 阶跃式保压结果与分析

3.2.4 结论

3.3 基于Taguchi DOE试验设计法注塑成型制品质量控制

3.3.1 注塑成型模拟分析CAE技术

3.3.2 实验设计DOE技术

3.3.3 注塑成型CAE数值模拟分析

3.3.4 实验结果分析和讨论

3.3.5 结论

第四章 注射成型过程实验研究

4.1 注塑成型CAE数值模拟分析

4.1.1 控制方程

4.1.2 材料选用以及参数和优化指标的确定

4.1.3 CAE模拟分析结果

4.1.4 CAE模拟实验结果分析和讨论

4.2 注塑成型工艺参数优化试验研究

4.2.1 实验目的

4.2.2 实验方案

4.2.3 实验工艺条件

4.2.4 实验步骤

4.2.5 试验参数设置及其结果

4.2.6 试验结果分析和讨论

4.3 误差分析

4.4 讨论

第五章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书