外文翻譯--在快速注塑成型中的隨形冷卻系統(tǒng)設(shè)計的層疊結(jié)構(gòu) 中文版

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畢業(yè)設(shè)計 (論文 )外文資料翻譯 院 （系）： 機電信息系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： 雜志 附 件： 2013 年 6 月 - 1 - 在快速注塑成型中的隨形冷卻系統(tǒng)設(shè)計的層疊結(jié)構(gòu) K. 2005 / 4 八月接受：接受： 25 日 2006 /發(fā)表于：六月 2006 8 #施普林格出版社倫敦有限公司 2006 摘要：塑料注射模具的冷卻設(shè)計是很重要的，因為它不僅影響零件的質(zhì)量，而且影響注射成型的周期。傳統(tǒng)的注塑模具冷卻設(shè)計是基于傳統(tǒng)的加工工藝。由于常規(guī)鉆孔方法限制了冷卻布局的幾何復(fù)雜性，限制了注塑模具內(nèi)的冷卻液體的流動性。對小批量生產(chǎn)采用組裝工夾具的先進快速工裝，為小批量的生產(chǎn)提供了一個有效的解決方案。此外，有研究嘗試在不同的快速制模技術(shù)下，采用隨形冷卻通道。然而，冷卻性能不能滿 足模具工程師的期望。本文提出了一種新的層疊冷卻的設(shè)計，此設(shè)計更適合更均勻的冷卻通道。通過計算機輔助工程（ 計算流體動力學(xué)（ 析來檢查 型的構(gòu)建層疊結(jié)構(gòu)和驗證冷卻性能。 關(guān)鍵詞：隨形冷卻 腳手架 快速制模 塑料注射成型 1 塑料注射模具冷卻通道設(shè)計的背景 近年來，快速成型和模具制造過程 [ 1 ]在加速生產(chǎn)工具中被廣泛使用。這些過程，大大降低了制造成本和生產(chǎn)工具所需的時間。圖 1 說明了傳統(tǒng)模具生產(chǎn)和現(xiàn)代快速模具制作之間的差異。 料注射模傳統(tǒng)冷卻通道 傳統(tǒng)的冷卻 通道 [ 2 ]允許在注塑模具內(nèi)使用冷卻液或水循環(huán)，耗散除熱，它是控制模具溫度的最常用的方法，通道是由不同尺寸的孔形成 ,盡可能接近實際成型腔區(qū)域。圖 2 和圖 3 說明傳統(tǒng)的注射模冷卻通道。根據(jù)零件的尺寸精度要求，鉆孔總加工用鏜刀或鉆孔機，該模具側(cè)壁插入冷卻液進入橫孔和改變方向。自由曲面的幾何腔周圍有一個直線冷卻模式，這將導(dǎo)致模具冷卻不均勻，不均勻的冷卻會導(dǎo)致幾種模具缺陷發(fā)生的傾向，增加冷卻時間。一個更可接受的冷卻方法是由圖案中的冷卻劑流動方式與被塑造的零件的幾何形狀相匹配的。 2 隨形冷卻通道快速軟模形成的銅管 隨 形冷卻 [4]定義為冷卻通道，這符合模腔的表面 (或核心 )有效地將熱量從模腔到（ 偉 2007)34:496 - 515） 冷卻劑通道。長期的隨形意味著冷卻通道的幾何形狀遵循曲面幾何，其目的是使成型件保持一個穩(wěn)定的和均勻的冷卻效果。圖 4和圖 5的幾何形狀說明不同的隨形冷卻通道，注塑模具冷卻性能通過這些研究者的實驗結(jié)果，與傳統(tǒng)的冷卻方法相比，利用隨形冷卻通道模具可以提供更均勻的溫度分布。熱量可以均勻地轉(zhuǎn)移或通過隨形冷卻通道消散。 6和 7的數(shù)字說明隨形冷卻通道針對原型工具，設(shè)計的 3997 [ 5 ]。 然而，銅導(dǎo)管的幾何形狀，只能部分地遵循的成型零件的形狀，它不能提供在注射模具真實的溫度均勻分布。銅導(dǎo)管的彎曲是由它的直徑、機械強度和成型零件的尺寸限制的，進一步彎曲的銅管將損壞冷卻通道，值得關(guān)注的是成型表面的幾何形狀和冷卻通道之間的關(guān)系。在圖 6和 7所示的技術(shù)，實現(xiàn)了隨形冷卻水道更好的冷卻性能。 此外，如熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)的特性在快速模具制造過程中是很重要的，導(dǎo)熱系數(shù)是熱量傳遞通過在正常和特定區(qū)域表面方向上的距離形成的溫度差。模具的熱傳導(dǎo)率增加，縮短了成型零件降溫所需要的時間。作為具有低導(dǎo)熱 材料的環(huán)氧樹脂，加入了鋁填料或混合環(huán)氧樹脂。相反，熱膨脹系數(shù)是材料尺寸（或長度）在溫度變化下的單位變化率，價值降低時，鋁填充的化合物增加。注射成型中鋁填 - 2 - 充環(huán)氧樹脂比未填充的環(huán)氧樹脂具有較好的尺寸穩(wěn)定性。表 1 顯示的線性熱膨脹和各種金屬填充環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)。 注射模冷卻水道的設(shè)計通過 術(shù)相關(guān)的工作 進步提升了在復(fù)雜的冷卻通道的幾何形狀下注塑模具的生產(chǎn)。 術(shù)快速模具包括 速鑄造， [ 8 ]等，他們提供顯著的塑料注射模具制造優(yōu)勢。通過 術(shù)的幾何 設(shè)計大量的研究集中在提高冷卻通道。2001，徐 [ 9 ]研究了注射模冷卻通道的 雜過程。他描述了隨形冷卻布局，可以實現(xiàn)在零件的質(zhì)量和生產(chǎn)率的大幅改進。他提出了一個模塊化、系統(tǒng)化的冷卻用的布局設(shè)計技術(shù)，他建議的注射模制的表面成一定的可控部分分解，稱為冷卻區(qū)，然后冷卻區(qū)冷卻布局系統(tǒng)進一步劃分為一定的冷卻細(xì)胞與六個設(shè)計規(guī)則或約束的輔助分析，他通過注射成型復(fù)雜的型芯和型腔中的應(yīng)用，證明了他的方法。圖 8 綠色部分顯示了隨形冷卻系統(tǒng)的注塑模 具，由麻省理工學(xué)院的 3D 印刷 [ 9 ]設(shè)計。李 [ 10 ]研究了一種新的綜合設(shè)計方法，隨著特征識別算法的使用在初步設(shè)計階段的優(yōu)化復(fù)雜形狀塑件的冷卻系統(tǒng)。塑料零件模型分為從積分域到簡單的形狀特征，然后每個形狀特征匹配和其相應(yīng)的冷卻設(shè)計布局形成模腔。本文設(shè)計合成技術(shù)可以提供模具溫度均勻性分布，無效的計算時間在域名部分細(xì)分的復(fù)雜性可能會引起在模具設(shè)計過程中的一些技術(shù)問題。圖 9 說明了所提出的隨形冷卻設(shè)計是基于特征識別算法。 1999，雅可布 [ 11 ]描述隨形冷卻通道的注射模具鑲塊中的使用。通道是通過電鑄鎳 殼建造，從有限元模擬，銅管彎曲形成隨形冷卻通道可以提高模具的溫度分布的均勻性，它也可以減少生產(chǎn)周期和零件變形。普通注塑模材料，如鋼，沒有收錄在他的研究中，該應(yīng)用僅限于銅或鎳管彎曲。施密特 [ 12 ]研究試圖評估在一系列的實驗設(shè)計和測量隨形冷卻注塑的好處。他提出了模具設(shè)計的方法學(xué)的概述，冷卻通道的模擬與分析，并通過麻省理工學(xué)院的 3D 打印生產(chǎn)工具。仿真結(jié)果表明，隨形冷卻可以減少周期和冷卻時間在零件收縮時。然而，機械強度，模具材料和模具的缺陷的熱應(yīng)力在這項工作中不考慮。圖 10 說明了傳統(tǒng)的和隨形冷卻之間的比較冷卻模 擬設(shè)計。費雷拉 [ 13 ]試圖使用快速軟模塑料注射成型技術(shù)，他的工作是將快速模具與鋁填充環(huán)氧樹脂復(fù)合材料模具的形冷卻通道冷卻。由于決策矩陣算法的協(xié)助下，正確選擇了材料和工藝。軟模具冷卻布局是在環(huán)氧樹脂充填過程插入一個彎曲的銅管。然而，在現(xiàn)實中，冷卻布局的幾何形狀不完全符合模型，冷成型性能的影響直接與粗糙的金屬模具的表面光潔度、模具的缺陷如 線，凹痕和低背壓的出現(xiàn)并不能避免。圖 11 顯示了隨形冷卻通道的軟 具，從上面的評論，很多研究已經(jīng)試圖應(yīng)用 術(shù)隨形冷卻通道的設(shè)計，然而，零件幾何形狀的復(fù) 雜性的增加阻礙了隨形冷卻的實現(xiàn)，在一些局的制造工藝中，為了進一步研究更有效的方法來獲得更好的冷卻性能是值得的。 3 隨形冷卻設(shè)計快速工具制造 快速工具的過程 [ 14 ]的 3D 系統(tǒng)，在最近的生產(chǎn)年有成功地應(yīng)用于原型。圖 12 和圖 13 表明模具制造的 程， 具制造中的應(yīng)用可以評估復(fù)雜，金屬型原型比其他當(dāng)代快速原型技術(shù)更迅速。模具冷卻是一個限制因素，在注塑成型周期， 卻通道的設(shè)計是重要的生產(chǎn)時間和質(zhì)量控制。 鋼模具（ 疊層鋼模具（ [ 15 ]是一個過程，由鋼板的激光切割技術(shù)來產(chǎn)生一個復(fù)合工具。這個過程是基于順序相結(jié)合的鋼層片，層由具有高強度的釬焊接頭的 - 3 - 復(fù)合注塑模具制造。 優(yōu)勢是對注射成型具有高尺寸精度的生產(chǎn)工具。該技術(shù)可以給上升到注塑模具內(nèi)產(chǎn)生的復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，然而， 具僅用于低熔點的熱塑性塑料是不適當(dāng)?shù)模瑹峁绦运芰匣虿ＡЮw維高溫注塑成型工藝。 分層制造的特點是能夠制造注塑模具插入形冷卻通道成任何形狀或位置的要求。圖 14 顯示了 產(chǎn)熱 程。 速工具 基于選擇性激光燒結(jié)（ 塑性涂層鋼粉）和隨后的青銅滲透，快速工具有 3D 系統(tǒng)專有的過程（以前從 隨形冷卻通道可以被納入模型，最后形成千上萬的普通塑料球。 聚酰胺銅過程像 已從 3D 系統(tǒng)提供和使用的青銅和聚酰胺粉末混合物和適形冷卻水通道，可以納入模具。 接金屬激光燒結(jié)（ 藝是利用專門開發(fā)的機器和多組分金屬粉末（銅或鋼與鎳的混合物）。 藝用于燒結(jié)，不需要青銅滲透。圖 15 顯示了隨形冷卻通道設(shè)計的 型芯和型腔鑲件。 直接 目的（準(zhǔn)確，清晰，環(huán)氧樹脂固體注射模） 快速成型的進程提供的能力為注塑成型的三維系統(tǒng)的光固化快速模具開發(fā)（ 在 過程，一個光固化環(huán)氧樹脂形成的樹脂是通過暴露于 光束固化，為了進一步提高熱傳導(dǎo)渠道，銅或鋁桿可以被添加到低熔點的合金混合，提出了限制模具表面?zhèn)鳠岬睦鋮s通道的一致性。圖 16 顯示了 術(shù)的注塑模具裝配體的橫截面。 高熱鑄鐵 普洛鑄鐵是麻省理工學(xué)院三維印刷工藝注塑模具的制造中的應(yīng)用，系統(tǒng)創(chuàng)建了普洛鑄鐵金屬零件選擇性結(jié)合的金屬粉末層，它使用一個在金屬粉末廣域噴墨頭存 放液體粘合劑，最終的金屬模具是由燒結(jié)青銅滲透類似的 3 17 顯示的冷卻通道可以在模具設(shè)計中位于任何位置。