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畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯
系 別： 機電信息系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
姓 名：
學 號：
外文出處：材料加工技術雜志187-188（2007）
附 件： 1. 原文； 2. 譯文
2013年03月
自適應系統(tǒng)溫度調節(jié)的電動注塑模具
摘要
在開發(fā)和生產過程中對注塑模具的控制是否在模具溫度條件的控制是一個基本問題。精確的研究在模具熱力學過程中表明,換熱可以操縱熱電。這樣的系統(tǒng)升級傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)在模具或可以是一個獨立應用熱操縱。
論文中,作者將目前的研究項目的結果進行了三個階段,其結果是在A686專利、2006專利。測試階段,原型階段和工業(yè)化階段將提出。項目的主要成果是總體加快在線溫度調節(jié)的模具的周期時間和總體影響強調變形控制的塑料產品的質量。
應用程序的提出是模具溫度和產品質量控制在注射成型過程的一個里程碑。
關鍵詞：注塑模具冷卻；熱電模塊；有限元模擬
1.引言
開發(fā)技術的冷卻模具通過熱電氣(TEM)意味著推動工業(yè)實踐和發(fā)展，即在設計、工具制造和開發(fā)工具。目前的冷卻技術有技術的局限性。其局限性的位置及與事先預測有限元分析(FEA)仿真包，但不是完全可以避免的。不同狀態(tài)的結果的藝術分析顯示所有現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)不提供可控的傳熱能力足以符合當前聚合物加工要求的工藝窗口。
只有熱容操作功能的聚合物加工是當今有限的(在任期短傳感器的生產周期時間內,降低成本)。其他方產品優(yōu)化功能已經驅動機械和聚合物加工的局限性[3]。
1.1.熱過程在注模塑料的處理
塑料的處理是基于熱傳導塑料材料和模腔之間的。在計算傳熱時，應該考慮兩個主要事實:首先是所有使用能源，這是基于第一定律熱力學定律的能量保護[1]；第二是速度的傳熱。在傳熱分析的基本任務是隨時間和溫度計算其分布在研究系統(tǒng)。最后取決于速度之間的熱傳導的系統(tǒng)與環(huán)境和速度的傳熱系統(tǒng)內部。基于傳熱可以作為熱傳導、對流和輻射[1]。
1.2.冷卻時間
完成注射模塑過程周期包括模具閉合階段,注入融化成腔、包裝測定不同條件下動物血壓相補償收縮效應、冷卻階段,開模階段和部分排出期。在大多數(shù)情況下,最長時間的上述所有階段是冷卻時間。
冷卻時間在注射模塑過程被定義為時間需要冷卻塑料零件到彈射溫度[1]。
降低冷卻過程的主要目的是減少附加冷卻時間，但理論上是不必要的。在實踐中,它擴展了從45% 到67%的整個周期時間[1,4]。
從文學與實驗[1,4],它可以看到，模具溫度對脫模時間影響極大,因此冷卻時間(成本）。
注射成型過程是一個循環(huán)過程,模具溫度變化見圖1,溫度也有所不同,從平均價值通過整體周期時間。
圖1 模具在一個周期內的溫度變化
2.塑料注射模具冷卻技術
因為它已經描述,已經有幾種不同的技術,讓用戶來冷卻模具[5]。最傳統(tǒng)的方法是用鉆井技術,即生產模具的洞。通過這些孔(冷卻線),冷卻介質流動,消除生成和積累的熱量從模具[1,2]。它也是非常方便的在不同的材料建造,不同的熱導率,目的是提高控制模具溫度條件。這樣的方法是所謂的被動方法對模具溫度控制。
這個具有挑戰(zhàn)性的任務是使系統(tǒng)活躍,它可以改變熱條件,對于所需的方面,比如產品質量或周期時間。對于模具，一個這樣的方法是集成熱電氣模塊(TEM),它可以改變熱條件期望的性質。用這樣的方法,一個可以控制傳熱與時間和空間變量,那意味著什么,晝夜可以調節(jié)整個注塑周期,獨立于位置的模具。熱控制是通過控制單元,輸入變量是收到的人工輸入或從注塑仿真輸入。對于輸出值,控制單元模塊行為監(jiān)控TEM。
2.1.熱電模塊(TEM)
為需要的熱操作,TEM模塊集成到模具。熱量與電之間的交互變量對于換熱是基于珀爾帖效應。珀爾帖效應的現(xiàn)象是眾所周知的,但直到現(xiàn)在從未用于注塑應用程序。TEM模塊(見圖2)是一個對P和N型半導體妥善安排的設備由,在兩個陶瓷板之間的位置形成的熱與冷溫差冷卻器的網站。傳熱的力度可以容易控制通過的大小和極性的提供的電力電流。
圖2 TEM框圖
2.2模具冷卻的應用
應用程序的主要想法是插入到墻壁的TEM模塊模腔作為主要傳熱單元。
這些基本的裝配中見圖3。二次傳熱是通過常規(guī)流體冷卻系統(tǒng)實現(xiàn),允許從模腔熱力學系統(tǒng)熱流入與流出。設備呈現(xiàn)在圖3，包括熱電模塊(A),使主要的傳熱來自可控表面模具腔(B)的溫度。二次傳熱是通過冷卻通道(C)啟用,在模具中提供恒溫條件。熱電模塊(A)作為熱泵運行，像這樣的操縱與熱派生通過流體冷卻系統(tǒng)(C)到模具。系統(tǒng)二次加熱與冷卻通道操作作為熱交換器。減少熱容的可控區(qū)域保溫(D)安裝在模腔(F)和模具結構板(E)之間。
整個應用程序包括TEM模塊,一個溫度傳感器和電子裝置，來控制系統(tǒng)的完整。該系統(tǒng)的描述見圖4，包括一個輸入單元(輸入界面)和一個供應單元(電子單元和電力電子供應H橋單元)。
輸入和供應單元與溫度傳感器回路信息附在一個控制單元,作為執(zhí)行單元試圖強加預定義的溫帶/時間/位置關系。使用珀爾帖效應,單元可以用于加熱或冷卻的目的。
二級除熱是通過流體冷卻媒體實現(xiàn)視為換熱器,如圖4。根據目前的冷卻技術和作為一個水槽或源的熱量第一單位。這允許完全控制過程從溫度、時間和位置通過整個周期。此外,它允許不同的溫度/時間/位置循環(huán)，也為起點和終點的過程。技術的描述可用于各種工業(yè)和研究目的,精確的溫度/時間/位置控制是必需的。
本文系統(tǒng)分析了從理論以及實踐的觀點見圖3和4。通過有限元模擬分析了理論方面,而實用的開發(fā)和實現(xiàn)的原型應用到實際測試。
圖3 TEM冷卻裝配的結構 圖4溫度檢測和監(jiān)管結構
3.有限元分析模具冷卻
當前的發(fā)展對注塑模具設計包括幾個階段[3]。其中還設計和優(yōu)化一個冷卻系統(tǒng)。這是通過使用定制的有限元法進行模擬軟件包(模塑仿真分析[4]),可以預測冷卻系統(tǒng)功能,特別是其影響塑料。與這種模擬相似,模具設計師收集了關于在產品流變學和變形的信息，由于收縮作為生產時間周期信息。
這個熱信息通常是準確的,但仍然存在不可靠的情況下的流變材料信息不足。高質量的輸入為熱調節(jié)TEM,需要得到一個關于溫度分布在周期時間和整個模具表面和整個模具厚度的圖片。因此,不同的過程模擬是必要的。
3.1物理模型,有限元分析
有限元分析為開發(fā)項目的實現(xiàn)是由于作者長期經歷這樣的包裝[4]和在虛擬環(huán)境中執(zhí)行不同測試的可能性。整個冷卻系統(tǒng)設計了原型在有限元環(huán)境(見圖5)通過溫度分布在每個部分的原型和聯(lián)系人之間的冷卻系統(tǒng)進行了探討。為在一個樣機上模擬物理特性機,仿真模型構建了利用COMSOL軟件多重物理量。結果是一個有限元模型與真實的原型(見圖7),通過它可以比較和評估結果。
就有限元模型在術語的傳熱物理的探討考慮兩個熱源:一個水換熱器與流體物理和熱電模塊與傳熱物理(只有傳導和對流輻射進行分析,忽略了由于低相對溫度,因此低影響溫度)。
在實際測試中，有限元分析的邊界條件設定目標達到相同的工作條件。周圍的空氣和水換熱器被設定在穩(wěn)定溫度20 ℃。
有限元分析的結果中可以看到，如圖6,即晝夜分布通過模擬區(qū)域顯示在圖5。圖6表示穩(wěn)態(tài)分析,非常準確的原型測試相比。為了模擬時域響應進行了瞬態(tài)仿真,對于未來的工作也顯示非常積極的結果。在很短的時間(5s)能夠實現(xiàn)一個溫差200℃,可能會在TEM結構導致一些問題。這些問題通過幾個方案就都解決了,如充足的安裝,選擇合適的材料和應用TEM智能電子監(jiān)管。
圖5 一個原型在有限元環(huán)境的橫截面 圖6 有限元分析的溫度分布 3.2.實驗室測試
因為它已經描述,原型制作和測試(見圖7)。結果顯示,設置的假設被證實。用TEM模塊,可以在整個周期的時間控制溫度分布的不同部分的模具。與實驗室測試,這是證明了的,可以是實際的熱操縱監(jiān)管與TEM模塊。測試是在實驗室,模擬真實的工業(yè)環(huán)境,注塑成型機克勞斯?馬斐公里60 ℃、溫度傳感器、紅外攝像機和原型TEM模塊。反應溫度在1.8 s反應溫度從5℃到80℃，這代表了一個在注射成型周期廣闊的區(qū)域內的熱量控制。
圖7 現(xiàn)實環(huán)境中的原型
4.結論
利用熱電模塊與它直接連接輸入和輸出之間的關系是冷卻應用程序一個里程碑。對注塑模具的引入與冷卻結構精密問題的處理,部分高質量的塑料代表了很高的期望。
作者是假設使用珀爾帖效應可用于溫度控制在模具注塑?；诜抡婀ぷ鞯姆椒ê驼嬲纳a實驗室設備證明,假設被證實。仿真結果顯示,在注塑過程中一個廣泛的領域可能應用TEM模塊。
提到的溫度曲線跨周期時間的功能,注射模塑過程可以完全控制。工業(yè)的問題,如均勻冷卻問題類表面及其后果的塑料零件的外表可以解決。在注射時間過熱的一些表面可以解決薄長填充墻的問題。此外,這樣的應用程序控制流變特性的塑料材料可以獲得。在充填階段的模腔，用適當?shù)臒嵴{節(jié)TEM是可能甚至控制熔體流動的模具。這是做了適當?shù)臏囟确植嫉哪＞?更高的溫度對薄壁零件的產品)。
應用TEM模塊,可以顯著減少周期時間在注塑過程。時間的限制可能減少在于框架的額外的冷卻時間10% 25%,在1.2節(jié)描述。
應用TEM模塊可以積極控制產品的翹曲和產品翹曲調節(jié)量的方式來達到所需的產品公差。
本文提出了TEM模塊冷卻應用注射模塑過程，這是是一個優(yōu)先的選擇專利,屬于TECOS舉行。
一、設計（論文）內容
1) 按提供的塑料制品（Φ146.6藥瓶）進行測繪。
① 繪出制品的產品圖紙；
② 參考有關資料、標注尺寸、公差及有關技術要求；
2）結合制品圖紙的內容，確定該制品注塑模具的設計方案。
3）設計注塑模具。
二、設計（論文）依據
1）參考《注塑成型及模具設計實用技術》、《塑料模設計手冊》等書；結合在工廠實習
時，所見到的工藝及學到的知識。
三、技術要求
1）根據制品的幾何形狀、重量（g）,確定注塑模具的澆口類型及型腔數(shù)量；
2）結合制品的澆口類型及型腔數(shù)量等條件選擇注塑機的型號、類別，來確定模具安裝
類型及參數(shù)；
3）根據方案確定、模具設計以及有關計算等設計全過程來寫出“畢業(yè)設計”說明書一
份（簡明、扼要、重點突出），內容在一萬字以上。
四.畢業(yè)設計（論文）物化成果的具體內容及要求
(具體內容參照機械工程系畢業(yè)設計<論文>大綱及實施細則的有關要求填寫)
1）提供Φ146.6藥瓶一只；
2）準確測量制品各關鍵尺寸；
3）合理確定制件準確厚度；（參考“手冊”，采用“擬”的方法修正。）
4）（塑料）制品圖一張；（比例適當）
5）注塑料模具裝配圖兩張；（A0）
6）（非標準件）零件圖；（全部用計算機出圖）
五. 畢業(yè)設計（論文）進度計劃
起訖日期
工作內容
備 注
3.31～4.8
實習、收集資料
4.11～4.22
整理資料、擬定方案
(4.18)
寫3000字以上實習小結
4.25～5.28
設計、繪制圖樣階段
(4.28～5.2)
系部檢查“設計進展”情況
5.30～6.10
整理、匯編設計說明書
6.15～6.20
審圖、學生修改圖紙、作答辨前的各項準備
(6.18～6.20)
系部安排檢查
6.20
畢業(yè)設計資料全部上交系部
6.23～6.27
分小組進行答辨
6.28～6.29
系答辨領導小組抽查答辨
六. 主要參考文獻：
1）北京化工學院等校編.塑料成型機械.北京：輕工業(yè)出版社.1985.10
2）成都科技大學等校編.塑料成型模具.成都：輕工業(yè)出版社.1985.9
3）李鐘猛編.型腔模設計.西安：西北電訊工程學院出版社.1987.8
4）塑料模設計組編.塑料模設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社.1985.10
5）張炳芝編.模具設計與制造簡明手冊.上海：上?？萍汲霭嫔?1987.4
6）天津大學編.機械零件手冊.天津：教育出版社.
7）機械零件設計組編.機械零件設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社
8）《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設計手冊（上冊一分冊）.北京：機械工業(yè)出版
社.
9）《機械設計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設計手冊（上冊二分冊）.北京：機械工業(yè)出版
社
10）機械設計師手冊.北京：機械工業(yè)出版社.
七、其他
必須按“進度計劃”進行設計工作。
寧波工學院機械工程系
畢業(yè)設計(論文)任務書
機械設計制造及其自動化 專業(yè)
設計（論文）題目 Φ146.6藥瓶注塑模設計
學生姓名
班 級
學 號
起訖日期
指導教師
教研室主任
系 主 任
發(fā)任務書日期 2008 年 4 月 31 日