外文翻譯--注射成型模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化.doc

注射成型模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化D.E.Dimlaa,M.Camilottob,F.Mianib伯恩茅斯工程和計(jì)算設(shè)計(jì)大學(xué)，英國，多塞特，伯恩茅斯，基督城摘要隨著消費(fèi)壽命越來越短，諸如手機(jī)的電子產(chǎn)品在人群中變的越來越時(shí)尚，注塑成型依然是成型此類相關(guān)塑料零件產(chǎn)品的最熱門方法。成型過程中熔融聚合物被注入模具型腔內(nèi)，經(jīng)過冷卻，最后頂出塑料零件產(chǎn)品。在一個(gè)完整的注塑成型的過程主要有三個(gè)階段，沖模，冷卻和頂出。成型周期決定生產(chǎn)的成本效益。相應(yīng)地，其中三個(gè)階段中，冷卻階段是最重要的一步，它決定零件的生產(chǎn)速率。這項(xiàng)研究的主要目的在于使用的有限元分析和傳熱分析在注塑成型工具中配置一個(gè)最優(yōu)的和最有效的冷卻/加熱的水道。一個(gè)適合注塑成型典型的組件3DCAD模型的最佳的形狀的設(shè)計(jì)完成之后，用來成型塑料零件的型芯和型腔的設(shè)計(jì)才得以實(shí)現(xiàn)。這些也用在有限元分析和熱分析，首先確定注射入口的最佳位置，然后確定冷卻渠道。這兩個(gè)因素對成型周期影響最大，如果要減少的成型周期時(shí)間，那么，首先必須對這些因素進(jìn)行優(yōu)化并使其減至最低。分析虛擬模型表明，與傳統(tǒng)冷卻模具相比，這樣設(shè)計(jì)的冷卻水道將大大減少循環(huán)時(shí)間，以及明顯的改善制品質(zhì)量和表面光潔度。關(guān)鍵字模具設(shè)計(jì)優(yōu)化，注塑成型1引言：注射成型是塑料部件工業(yè)生產(chǎn)中其一個(gè)利用最多的生產(chǎn)過程。它的成功在于，與其它成型方式相比，如吹塑成型，有高的三維形狀塑造造能力，能帶來更高的效益。注塑成型的基本原則是一種固體聚合物經(jīng)加熱熔融后注入一模具型腔；然后經(jīng)冷卻后從模具頂出，獲得與型腔結(jié)構(gòu)相似的制品。因此一個(gè)注塑成型的過程的主要階段，涉及充模，冷卻和制品頂出。成型過程的成本效益，由成型所花的時(shí)間即成型周期決定。相應(yīng)地，其中三個(gè)階段中，冷卻階段是最重要的一步，它決定零件的生產(chǎn)速率。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)現(xiàn)代工業(yè)，時(shí)間和成本有很強(qiáng)的聯(lián)系。成型周期越長，生產(chǎn)該制品的成本就越高。減少塑件被頂出前所用冷卻時(shí)間，可以大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，因此也就降低了該產(chǎn)品生產(chǎn)成本。因此，了解此是非常重要的，從而，優(yōu)化傳熱過程，使得典型的成型工藝效率更高。從歷史上看，這已得到了應(yīng)用，通過在模具（核型和型腔）內(nèi)打幾個(gè)直孔，注入冷卻液體進(jìn)行循環(huán)，帶走模具中過多的熱量實(shí)現(xiàn)冷卻，使零件可以很容易地頂出。利用傳統(tǒng)的加工工藝，如鏜孔，加工直孔。然而，這個(gè)簡單的技術(shù)只能加工直孔，因此，主要問題是目前還沒有生產(chǎn)如等高線一樣的復(fù)雜的冷卻水道和其他三維結(jié)構(gòu)。另一種設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的方法已經(jīng)提出，該系統(tǒng)符合設(shè)在型芯，型腔，甚至兩者中都可以。這種方法采用的等高樣的水道，構(gòu)造是水道盡可能接近成型零件表面，以從熔融塑料吸收帶走更多的熱量。這將確保該塑件均勻冷卻，以及使生產(chǎn)效率更高。該研究的第一部分主要集中在審查和評價(jià)注塑成型過程，以介紹此研究的理論及背景。然后對開發(fā)和應(yīng)用冷卻水道的方法進(jìn)行研究，并找出最可行的方法。人們通過應(yīng)用有限元和熱流量的分析對設(shè)計(jì)工具進(jìn)行精煉，現(xiàn)在特定的軟件已被用來優(yōu)化設(shè)計(jì)與構(gòu)造模具。先后，基于虛擬模型的冷卻通道的效率的研究是利用軟件I-DEASTM的原型和仿真。這項(xiàng)研究正在進(jìn)行，在此希望其最終發(fā)展到一定的水平，能在決定生產(chǎn)零件成型的規(guī)格上熟練使用所需的虛擬模型。2注射成型工藝的簡要概述與其它所有的生產(chǎn)方式一樣，注射模具生產(chǎn)目前也需要降低其成本以保持市場競爭力。這方面的需求通過利用包括設(shè)計(jì)軟件，計(jì)算機(jī)數(shù)值控制機(jī)械等不同的技術(shù)已得到解決。有了這些技術(shù)后，注射成型生產(chǎn)才得以實(shí)現(xiàn)，其生產(chǎn)成本取決于成型周期時(shí)間的長短。可以通過調(diào)整模具結(jié)構(gòu)來縮短成型周期，但最后的分析表明，成型時(shí)間主要取決于模具能使熔融聚合物快速冷卻的能力。冷卻液體會(huì)在設(shè)定的溫度下通過模具上冷卻水孔進(jìn)行冷卻定型。同時(shí)必須保證熔融聚合物均勻流到模腔的各個(gè)部位，且在最短的時(shí)間內(nèi)使其散失熱量進(jìn)行冷卻。直至目前為止，這些水孔只能通過鉆孔方式進(jìn)行加工，而這種方式只能加工直孔。如果將冷卻水道整體設(shè)計(jì)成與塑件形狀一致，同時(shí)改變它們的截面以增加導(dǎo)熱面積，這樣就可以大大提高塑件冷卻的效率。塑料也將更加均勻冷卻，所以也可能有助于減少塑件頂出時(shí)的翹曲變形。2.1溫度控制成型溫度，例如熔融聚合物溫度，模具溫度，環(huán)境溫度和夾緊系統(tǒng)的溫度都必須控制在一定范圍之內(nèi)（圖1）。塑料熔體注入模腔后，必須通過冷卻固化后才能獲得所需制品形狀。模具的溫度通過冷卻液在模具內(nèi)冷卻水道中的的循環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般用水或油作冷卻液。當(dāng)塑件充分冷卻后才能從模腔頂出，冷卻過程中熔體(95%)會(huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，這樣有來料對其進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)也會(huì)有一些收縮會(huì)在塑件上保留下來1。圖1.注射過程中的溫度記錄圖2.2壓力控制注射裝置和夾緊系統(tǒng)都要求要求有一定的壓力，且兩者方向相反（圖2）。注射系統(tǒng)中的壓力可以分為三種：注射壓力，保壓壓力和塑化壓力。所有這些都是通過螺桿的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。在夾緊裝置中，由油泵液壓系統(tǒng)控制移動(dòng)模具所需要的壓力。保壓壓力是在注射完成后對冷卻凝固過程中產(chǎn)生的收縮空間進(jìn)行補(bǔ)料，以保證塑件形狀而設(shè)定的。圖2.注射過程中的壓力記錄圖2.3時(shí)間控制時(shí)間是在整個(gè)成型過程中最重要的參數(shù)。從成型周期時(shí)間可估計(jì)生產(chǎn)成本和機(jī)械效率。原則上在時(shí)間方面應(yīng)加以控制，其中包括：合模時(shí)間，注射時(shí)間和冷卻時(shí)間。圖3以一個(gè)簡單的示意圖顯示了一個(gè)典型的成型周期。圖3成型周期2.4熱參數(shù)盡管塑料材料有很高的熔融溫度，他們特定的性能與溫度有很大的關(guān)系。過高或過低的溫度都會(huì)對塑件結(jié)構(gòu)帶來損壞。研究其熱性能有利于了解和預(yù)測其其它各性能。因此，成型冷卻時(shí)間必須合理設(shè)置，第一，塑化的厚度，第二，熔融熱的耗散。與金屬不同，塑料材料具有特殊的熱容量，且高結(jié)晶塑料比非結(jié)晶擁有更高的熱容量。與其它材料，例如與金屬，比較之下，塑料有一個(gè)大的熱膨脹系數(shù)?？梢酝ㄟ^加入礦物填料，如玻璃纖維，來改善塑料的熱性能。2.5冷卻水道與其它多數(shù)制造業(yè)相同，產(chǎn)品的制造時(shí)間與其成本有密切的關(guān)系。生產(chǎn)零件的時(shí)間越長，其成本就越高，注射模具成型制造的生產(chǎn)周期主要在于其冷卻時(shí)間。所以，減少冷卻時(shí)間將能降低零件的生產(chǎn)成本。可以在模具中加工出冷卻孔，然后以一定壓力壓入冷卻液體使其在水孔內(nèi)循環(huán)，這樣通過熱交換來控制模具溫度。常規(guī)的鉆孔機(jī)械如CNC客以用來鉆直孔。其中最主要的問題在于，不能制造加工在三維方向上的比較復(fù)雜的冷卻孔，尤其是在靠近模具壁的地方。這樣模具冷卻不均勻，引起制件收縮翹曲，冷卻時(shí)間增長（圖4），導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)的效率大大降