成功的注射成型加工、設(shè)計和模擬

前言

當Hanser Gardner出版公司與我商議撰寫一本關(guān)于注塑的計算機輔助工程（CAE）的書時，我表示我只對寫一本以其實際應(yīng)用為基礎(chǔ)的書有興趣。Hanser公司接受了我的想法，接著我就開始了工作，于是就有了《成功的注射成型》這本書。我做的第一件事情是補充兩個我認識的CAE方面的專家來贊同我的意見，即工業(yè)界需要實際指導(dǎo)。我也需要作者具有不同的經(jīng)驗。我的兩個選擇是Bob Nagel和Bob Sherman。我們?nèi)思悠饋砉灿?0多年在塑料工業(yè)界工作的經(jīng)驗，其中近50年涉及注塑CAE技術(shù)的使用及其培訓。于1986年進入C-MOLD公司前，Bob Nagel已經(jīng)在塑料工業(yè)界工作了近30年，其間他從事制品的設(shè)計和加工。作為C-MOLD團隊最早的成員之一，在接下來的20多年中，Nagel在開發(fā)和培訓C-MOLD軟件中起到了重要作用。Bob Sherman于1989年進入Moldflow公司，當時他已有近13年在航空工業(yè)界從事結(jié)構(gòu)有限元分析（FEA）的經(jīng)驗。Sherman的FEA經(jīng)驗使他正好適合于成為Moldflow（美國）公司在收縮和翹曲軟件應(yīng)用開發(fā)方面的領(lǐng)軍人物。自1995年離開Moldflow公司后，Sherman成為顧問和RTP公司的管理人員，一直保持著他在工業(yè)界的CAE領(lǐng)導(dǎo)地位。我在塑料工業(yè)界的第一個10年從事傳統(tǒng)產(chǎn)品和模具的設(shè)計以及加工和管理工作。1986年，我以設(shè)計經(jīng)理的身份進入Moldflow公司，后來成為技術(shù)經(jīng)理，負責北美業(yè)務(wù)。

內(nèi)容概要

　　本書在闡述塑料注塑過程及其采用的熱塑性塑料的結(jié)構(gòu)、性能、制品設(shè)計和模具設(shè)計的基礎(chǔ)上，著重介紹了注塑機理以及注塑的計算機輔助工程（CAE）技術(shù)，以大量實例講述了注塑過程中出現(xiàn)的各種問題和解決辦法。本書內(nèi)容全面，實用性強，技術(shù)先進，可供涉及注塑產(chǎn)品和模具開發(fā)或注塑過程的技術(shù)人員使用，還可為注塑CAE分析人員以及相關(guān)行業(yè)人士提供指導(dǎo)。

作者簡介

作者：(美國)博蒙特 (Beaumont.J.P.) (美國)內(nèi)格爾 (Nagel.R) (美國)舍曼 (Sherman.R.) 譯者：黃漢雄 王喜順

書籍目錄

第1章 注塑制品的成功開發(fā)和生產(chǎn)1.1 注塑塑料制品的開發(fā)1.2 設(shè)計過程1.3 數(shù)據(jù)收集和產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格1.4 注塑塑料制品四大組成部分概述1.4.1 材料1.4.2 制品設(shè)計1.4.3 模具設(shè)計與制造1.4.4 加工1.5 通過計算機輔助工程實現(xiàn)制品開發(fā)的集成1.6 塑料特性和優(yōu)缺點概述1.6.1 塑料的優(yōu)點1.6.2 塑料的缺點第2章 注塑用熱塑性塑料2.1 聚合物結(jié)構(gòu)2.1.1 熱塑性塑料2.1.2 無定形熱塑性聚合物2.1.3 半結(jié)晶熱塑性聚合物2.1.4 熱固性塑料2.2 熔體流變學：注塑中聚合物的流動2.2.1 非牛頓流動2.2.2 溫度對黏度的影響2.2.3 層流2.2.4 噴泉流2.2.5 流道橫截面上速度和剪切速率分布2.2.6 常用的黏度模型2.2.7 分子量分布對黏度的影響2.3 塑料的收縮2.3.1 體積收縮2.3.2 半結(jié)晶聚合物的體積收縮2.3.3 模腔尺寸2.4 力學性能2.4.1 定義2.4.2 模量2.4.3 塑料的黏彈性2.4.4 塑料模量的獲得2.4.5 其他的基本力學性能和測試方法2.4.6 對設(shè)計有用的其他性能2.4.7 材料數(shù)據(jù)誤差的根源2.5 CAE分析人員材料準則參考文獻第3章 注塑過程3.1 過程概述3.2 注塑參數(shù)3.3 充模3.4 開始充模時的先決條件3.5 過程的物理現(xiàn)象3.6 壓實和保壓階段3.7 冷卻階段3.8 塑化和熔體溫度的控制3.9 頂出3.10 熔體壓力的產(chǎn)生和分布3.1l 作用在注塑機上的力的產(chǎn)生和分布3.12 實際注射參數(shù)和注塑過程分析的關(guān)系第4章 注塑塑料制品設(shè)計準則4.1 主壁設(shè)計4.1.1 保持均勻壁厚4.1.2 壁厚最小化4.1.3 壁的形狀4.1.4 表面拋光4.1.5 加強肋、角撐板和凸臺4.1.6 拐角、內(nèi)圓角和倒圓半徑4.1.7 錐度和脫模角4.1.8 倒陷和孔4.1.9 模芯4.1.10 避免畫框特征4.1.11 整體活頁4.2 制品設(shè)計實例第5章 模具設(shè)計第6章 充模及其對制品和材料的影響第7章 設(shè)計和加工策略第8章 原型制品成型第9章 計算機輔助工程介紹第10章 計算機輔助工程分析過程第11章 計算機輔助工程中熱塑料的表征第12章 注塑分析中的幾何建模第13章 充模和保壓分析第14章 模具冷卻分析：計算機輔助工程和邊界元法第15章 收縮和翹曲分析

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 注塑制品的成功開發(fā)和生產(chǎn)成功地開發(fā)注塑塑料制品是目前工程師們面對的最大挑戰(zhàn)之一。世界上許多技術(shù)快速發(fā)展，如微處理器小型化，航天飛行和生物遺傳學等，在這樣的背景下，上述說法似乎有些夸張。然而，當考慮到每天開發(fā)的注塑制品的數(shù)量和種類，以及制品開發(fā)所涉及的復(fù)雜性和風險時，這種說法就能較讓人理解。每種新產(chǎn)品都需要一個特制的模具與超過10萬種塑料中的一種相配合。模具的成本一般超過10萬美元。模具制造后，就要設(shè)定合適的加工參數(shù)，采用該模具和材料生產(chǎn)滿足要求的制品。注塑第一批制品后，通常緊接著的是大量、費時、耗資的重復(fù)工作，包括對制品、模具、材料加工條件的修改，以及成功地生產(chǎn)所需的制品。完成這些工作后，必須長時間一致地生產(chǎn)制品，數(shù)量可達數(shù)10萬至上億。在這期間，由于制品設(shè)計、塑料、模具設(shè)計和注塑過程之間復(fù)雜的相互作用，預(yù)計要對模具、加工條件和塑料進行修改。采用注塑模擬能很好地設(shè)計注塑制品。這些模擬軟件使得可以在模具制造之前對充模、保壓、冷卻、收縮、翹曲和結(jié)構(gòu)特征進行評價，雖然模擬不能預(yù)測模具、加工和材料隨時間而發(fā)生的變化，但有助于識別穩(wěn)定的、對這些變化較不敏感的設(shè)計和加工。

后記

當HanserGardner出版公司與我商議撰寫一本關(guān)于注塑的計算機輔助工程（CAE）的書時，我表示我只對寫一本以其實際應(yīng)用為基礎(chǔ)的書有興趣。Hanser公司接受了我的想法，接著我就開始了工作，于是就有了《成功的注射成型》這本書。我做的第一件事情是補充兩個我認識的CAE方面的專家來贊同我的意見，即工業(yè)界需要實際指導(dǎo)。我也需要作者具有不同的經(jīng)驗。我的兩個選擇是BobNagel和BobSherman。我們?nèi)思悠饋砉灿?0多年在塑料工業(yè)界工作的經(jīng)驗，其中近50年涉及注塑CAE技術(shù)的使用及其培訓。于1986年進入CMOLD公司前，BobNagel已經(jīng)在塑料工業(yè)界工作了近30年，其間他從事制品的設(shè)計和加工。作為CMOLD團隊最早的成員之一，在接下來的20多年中，Nagel在開發(fā)和培訓CMOLD軟件中起到了重要作用。BobSherman于1989年進入Moldflow公司，當時他已有近13年在航空工業(yè)界從事結(jié)構(gòu)有限元分析（FEA）的經(jīng)驗。Sherman的FEA經(jīng)驗使他正好適合于成為Moldflow（美國）公司在收縮和翹曲軟件應(yīng)用開發(fā)方面的領(lǐng)軍人物。自1995年離開Moldflow公司后，Sherman成為顧問和RTP公司的管理人員，一直保持著他在工業(yè)界的CAE領(lǐng)導(dǎo)地位。我在塑料工業(yè)界的第一個10年從事傳統(tǒng)產(chǎn)品和模具的設(shè)計以及加工和管理工作。1986年，我以設(shè)計經(jīng)理的身份進入Moldflow公司，后來成為技術(shù)經(jīng)理，負責北美業(yè)務(wù)。Moldflow公司是第一家向工業(yè)界提供注塑模擬技術(shù)的商業(yè)公司，第一代軟件由ColinAustin（Moldflow公司的創(chuàng)始人）開發(fā)。直至1983年，該軟件仍沒有圖形界面。沒有圖形界面使得該2維技術(shù)難以理解，許多人難以接受它所提供的信息。缺少培訓和不良應(yīng)用導(dǎo)致了和成功一樣多的失敗。1986年，該軟件仍處于其發(fā)展初期，就在此時的前三年剛推出第一代的2維模具填充分析軟件。盡管這些軟件具有潛在的優(yōu)點，但工業(yè)界接受該技術(shù)的速度很慢；雖然Moldflow公司有近95%的注塑模擬軟件的市場，然而我驚奇地發(fā)現(xiàn)1986年時僅有少數(shù)的用戶；盡管工業(yè)界需要新技術(shù)，但當新技術(shù)出現(xiàn)時，其被接受的速度通常很慢。在Moldflow公司工作僅6個月后，我發(fā)現(xiàn)該公司處于財政崩潰的邊緣。不過，通過快速和戰(zhàn)略性的重組，公司幸存下來。有多家公司（尤其是CMOLD公司）開始競爭注塑CAE軟件的市場。競爭推動了該技術(shù)的向前發(fā)展，短短幾年，有多種注塑CAE軟件推向了市場，不僅有充模分析軟件，而且有3維模具冷卻分析軟件、新開發(fā)的多層有限元求解方法以及保壓、收縮和翹曲分析軟件。這些軟件的用戶界面變得更加友好，可視化程度的改善使其更易被市場接受。上述一切都發(fā)生于我在Moldflow公司工作的三年中。1989年，因為有一個機會到伊利賓夕法尼亞州立大學幫助創(chuàng)辦一個新的塑料工程技術(shù)專業(yè)，我離開了Moldflow公司。目前，注塑CAE技術(shù)在繼續(xù)發(fā)展，并將永遠繼續(xù)發(fā)展。計算機運行速度的提高改進了求解方法，在從表面?zhèn)鬏斘募湍壳霸O(shè)計人員所使用的實體CAD建模模塊上做了大量工作。這些與改進的用戶界面一起，使軟件越來越便于使用。然而，出現(xiàn)的問題是改進的模型傳輸方法和簡化的用戶界面給用戶留下了一個錯誤的印象，就是這些軟件幾乎可駕馭他們自己；此外，軟件可視化程度的明顯提高使用戶疏忽了這樣的事實，即這些軟件數(shù)學近似的模擬結(jié)果或這些結(jié)果的使用存在誤差。注塑模擬軟件的成功應(yīng)用總是需要而且繼續(xù)需要注塑實踐和理論兩方面的均衡，成功的注塑需要塑料性能、制品設(shè)計、模具設(shè)計和注塑過程這些知識。有了這些知識，分析人員能夠利用模擬軟件提供的信息做出更有意義的決定。我總是把CAE軟件的使用比作醫(yī)生所用的X射線儀，這兩種情況都要求一個熟練的技師來應(yīng)用所供給的信息。《成功的注射成型》這本書是按初學者和專家都能接受的方式撰寫的，旨在提供實際注塑及其與CAE成功應(yīng)用之間關(guān)系的基礎(chǔ)。本書可供涉及注塑產(chǎn)品和模具開發(fā)或注塑過程的人員使用，還能為許多注塑CAE分析人員或在分析時遇到問題的注塑工業(yè)界人員提供指導(dǎo)。我要感謝ColinAustin和Moldflow公司，他們通過在注塑模擬應(yīng)用方面所開展的開拓性工作，對注塑工業(yè)做出了重要貢獻。該模擬技術(shù)使注塑工業(yè)發(fā)生了革命性的改變。Colin所開發(fā)的應(yīng)用準則和設(shè)計原理現(xiàn)已滲透到整個注塑工業(yè)界和本書中。

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《成功的注射成型加工、設(shè)計和模擬》內(nèi)容全面，實用性強，技術(shù)先進，可供涉及注塑產(chǎn)品和模具開發(fā)或注塑過程的技術(shù)人員使用，還可為注塑CAE分析人員以及相關(guān)行業(yè)人士提供指導(dǎo)。

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