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材料加工技術(shù)雜志187–188（2007）690–693
自適應(yīng)電動(dòng)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
注射成型的模具
Nardin, B. a, B. Zagar a, came, came, A. Glojek a, D. Kri, AJ BZ
TECOS、工具和模具開發(fā)中心的斯洛文尼亞,Kidriˇeva Cesta, 3000 Sloveniac Celje b教員的電氣工程,斯洛文尼亞盧布爾雅娜
摘要
在模具的開發(fā)和生產(chǎn)過程中有一基本問題就是是否能夠?qū)ψ⑺苣＞叩臏囟葪l件進(jìn)行控制。精確的研究在模具熱力學(xué)過程表明,換熱是可以操縱熱量的手段。這樣的系統(tǒng)升級(jí)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)在模具或可以是一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序內(nèi)部熱操作。
在本文中，作者將目前的研究項(xiàng)目的結(jié)果，這是在三個(gè)階段，其結(jié)果是在A686 \ 2006專利實(shí)施專利。測(cè)試階段，原型階段和產(chǎn)業(yè)化階段將出現(xiàn)。該項(xiàng)目的主要結(jié)果是總的和快速在周期時(shí)間和整體影響重點(diǎn)變形的塑料產(chǎn)品質(zhì)量在線的模具溫度調(diào)節(jié)控制。
提出了應(yīng)用程序可以提供一個(gè)里程碑，模具溫度和產(chǎn)品質(zhì)量控制的注射成型過程中的領(lǐng)域。?2006 Elsevier B.V.保留所有權(quán)利。
關(guān)鍵詞：注射成型；模具冷卻熱電模塊；數(shù)值模擬；
1.介紹，定義的問題
開發(fā)技術(shù)的冷卻模具通過熱電的(TEM)意味著推導(dǎo)的工業(yè)實(shí)踐和存在的問題,即在設(shè)計(jì)、工具制造和開發(fā)工具。目前的冷卻技術(shù)有技術(shù)的局限性。其局限性的位置及提前預(yù)測(cè)與有限元分析(FEA)仿真包但不是完全可以避免的。結(jié)果一個(gè)多元化國家的最先進(jìn)的分析顯示,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要求的工藝窗口當(dāng)前聚合物加工技術(shù)。
聚合物加工是當(dāng)今有限(在任期縮短生產(chǎn)周期時(shí)間內(nèi),降低成本)只與熱容操作功能。其他生產(chǎn)優(yōu)化功能已經(jīng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械和聚合物加工的局限性[3]。
1.1 熱過程中注塑塑料加工
塑料的處理是基于傳熱塑膠材料和模腔之間。在計(jì)算傳熱應(yīng)該考慮兩個(gè)主要事實(shí):首先是所有能源使用基于熱力學(xué)定律的第一定律節(jié)能[1],第二是速度的傳熱。在傳熱分析的基本任務(wù)是隨時(shí)間和溫度計(jì)算其分布在研究系統(tǒng)。最后取決于速度之間的熱傳導(dǎo)的系統(tǒng)和環(huán)境和速度的傳熱系統(tǒng)內(nèi)部?；趥鳠峥梢宰鳛闊醾鲗?dǎo)、對(duì)流和輻射[1]。
1.2冷卻時(shí)間
完成注射模塑過程周期由模具閉合階段,注入融化成腔,包裝壓力相位補(bǔ)償收縮效應(yīng)、冷卻階段,開模階段和部分排出期。在大多數(shù)情況下,最長(zhǎng)時(shí)間的上述所有階段是冷卻時(shí)間。
冷卻時(shí)間在注射模塑過程被定義為時(shí)間需要冷卻塑料零件到彈射溫度[1]。
圖1 模具溫度變化在一個(gè)周期的[ 2 ]
一個(gè)冷卻過程的主要目的是降低額外冷卻時(shí)間，在理論上是不必要的；在實(shí)踐中，它延伸從45到67%的整個(gè)周期時(shí)間的[1,4]。
從文學(xué)與實(shí)驗(yàn)[1,4],它可以看到,模具溫度影響極大,因此脫模時(shí)間冷卻時(shí)間(成本)。
注射成型過程是一個(gè)循環(huán)過程,模具溫度變化見圖1,溫度變化從平均價(jià)值通過整體周期時(shí)間。
2.塑料注射模具冷卻技術(shù)
因?yàn)樗呀?jīng)描述,已經(jīng)有幾種不同的技術(shù),讓用戶來冷卻模具[5]。最傳統(tǒng)的方法是用鉆井技術(shù),即生產(chǎn)模具的洞。通過這些孔(coolinglines),冷卻介質(zhì)流動(dòng),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(dǎo)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(dòng)方法對(duì)模具溫度控制。
這個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)是使一個(gè)活躍的系統(tǒng),它可以改變熱條件,對(duì)于所需的方面,比如產(chǎn)品質(zhì)量或周期時(shí)間。一個(gè)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(zhì),對(duì)于模具。用這樣的方法,一個(gè)可以控制傳熱與時(shí)間和空間變量,什么手段,溫度可以調(diào)節(jié)整個(gè)注塑周期,獨(dú)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輸入從注塑仿真。與輸出值,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(duì)于換熱是基于珀?duì)柼?yīng)。珀?duì)柼?yīng)的現(xiàn)象是眾所周知的,但它是直到現(xiàn)在從未用于注塑應(yīng)用程序。TEM模塊(見圖2)是一個(gè)設(shè)備由妥善安排雙P和N型半導(dǎo)體,放置兩個(gè)陶瓷板之間形成熱與冷熱電冷卻器網(wǎng)站。權(quán)力的傳熱可以容易控制通過的大小和極性的電流提供。
圖2 TEM框圖
2.2 申請(qǐng)模具冷卻
應(yīng)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。
這些基本的裝配中可以看到圖3。二次傳熱是通過常規(guī)流體冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),允許熱流入與流出從模腔熱力學(xué)系統(tǒng)。
圖3 TEM冷卻組件結(jié)構(gòu)
設(shè)備呈現(xiàn)在圖。3包括熱電模塊(一個(gè)),使主要傳熱從或溫度可控表面模具腔(B)。二次傳熱是通過冷卻通道啟用(C),提供恒溫條件在模具。熱電模塊(一)操作作為熱泵和這樣操縱與熱派生或者從模具由流體冷卻系統(tǒng)(C)。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)是安裝在模腔(F)和模具結(jié)構(gòu)板(E)。
圖4 溫度的檢測(cè)與調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)
整個(gè)應(yīng)用程序包括TEM模塊,一個(gè)溫度傳感器和電子裝置控制系統(tǒng)的完整。該系統(tǒng)被描述在圖4和包括一個(gè)輸入單元(輸入界面)和一個(gè)供應(yīng)單位(單位為電子和電力電子供應(yīng)h橋單元)。
輸入和供應(yīng)單位與溫度傳感器回路信息附在一個(gè)控制單元,作為執(zhí)行單元試圖強(qiáng)加預(yù)定義的溫帶/時(shí)間/位置關(guān)系。使用珀?duì)柼?yīng),單位可以用于加熱或冷卻的目的。
二級(jí)除熱是通過流體冷卻媒體實(shí)現(xiàn)視為換熱器,如圖4。這單位是根據(jù)目前的冷卻技術(shù)和作為一個(gè)水槽或源的熱。這允許完全控制過程從溫度、時(shí)間和位置通過整個(gè)周期。此外,它允許不同的溫度/時(shí)間/位置概要文件在周期也為起點(diǎn)和終點(diǎn)的過程。描述技術(shù)可用于各種工業(yè)和研究目的,精確的溫度/時(shí)間/位置控制是必需的。
本文所提出的系統(tǒng)在無花果。3和4的比較分析,從理論以及實(shí)踐的觀點(diǎn)。分析了理論方面通過有限元模擬,而實(shí)用的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)的原型到實(shí)際應(yīng)用測(cè)試。
3.有限元分析模具冷卻
當(dāng)前的發(fā)展對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)包括幾個(gè)階段[3]。其中還設(shè)計(jì)和優(yōu)化一個(gè)冷卻系統(tǒng)。這是現(xiàn)在由模擬使用定制的有限元軟件包(模塑仿真分析[4]),可以預(yù)測(cè)冷卻系統(tǒng)功能,特別是其影響塑料。與這種模擬,模具設(shè)計(jì)師收集信息在產(chǎn)品流變學(xué)和變形由于收縮作為魔法作為生產(chǎn)時(shí)間周期信息。
這個(gè)熱信息通常是準(zhǔn)確的,但仍然可以不可靠的情況下的流變材料信息不足。高質(zhì)量的輸入為熱調(diào)節(jié)TEM,需要得到一個(gè)圖片關(guān)于溫度分布在周期時(shí)間和整個(gè)模具表面和整個(gè)模具厚度。因此,不同的過程模擬是必要的。
圖5 在有限元環(huán)境原型截面
3.1物理模型,有限元分析
實(shí)現(xiàn)有限元分析為開發(fā)項(xiàng)目做是由于作者長(zhǎng)期經(jīng)歷這樣的包[4]和可能性來執(zhí)行不同的測(cè)試在虛擬環(huán)境。整個(gè)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)了原型在有限元環(huán)境(見圖5)通過溫度分布在每個(gè)部分的原型和聯(lián)系人之間的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了探討。為模擬物理特性在一個(gè)樣機(jī),仿真模型構(gòu)建了利用COMSOL軟件多重物理量。結(jié)果是一個(gè)有限元模型與真實(shí)的原型(見圖7),通過它可以比較和評(píng)估結(jié)果。
探討了有限元模型在術(shù)語的傳熱物理考慮兩個(gè)熱源:水換熱器與流體物理和熱電模塊與傳熱物理(只有傳導(dǎo)和對(duì)流輻射進(jìn)行分析,忽略了由于低相對(duì)溫度,因此低影響溫度)。
有限元分析的邊界條件設(shè)定目標(biāo)達(dá)到相同的工作條件,在實(shí)際測(cè)試。周圍的空氣和水換熱器被設(shè)定在穩(wěn)定的溫度20?C。
圖6 根據(jù)有限元分析的溫度分布
有限元分析的結(jié)果中可以看到圖6,即通過模擬溫度分布區(qū)域圖5所示。圖6表示穩(wěn)態(tài)分析,非常準(zhǔn)確的原型測(cè)試相比。為了模擬時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行了瞬態(tài)仿真也,顯示非常積極的結(jié)果對(duì)于未來的工作。才能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)溫差200?C在很短的時(shí)間(5 s),可能會(huì)導(dǎo)致一些問題在TEM結(jié)構(gòu)。這些問題就都解決了幾個(gè)解決方案,比如足夠的安裝,選擇合適的材料和應(yīng)用智能化電子透射監(jiān)管。
3.2實(shí)驗(yàn)室測(cè)試
因?yàn)樗呀?jīng)描述,原型制作和測(cè)試(見圖7)。結(jié)果顯示,設(shè)置的假設(shè)被證實(shí)。用TEM模塊,可以控制溫度分布的不同部分的模具在整個(gè)周期的時(shí)間。與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,這是證明了的,可以是實(shí)際的熱操縱監(jiān)管與TEM模塊。測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室,模擬真實(shí)的工業(yè)環(huán)境,注塑成型機(jī)克勞斯Maffei公里60 C、溫度傳感器、紅外攝像機(jī)和原型TEM模塊。反應(yīng)溫度在1.8 s多樣形式+ 5 80?C,代表一個(gè)廣闊的區(qū)域內(nèi)的熱量控制在注塑周期。
圖7 在實(shí)際環(huán)境中的原型
4.結(jié)論
利用熱電模塊與它直接連接輸入和輸出之間的關(guān)系是一個(gè)里程碑冷卻應(yīng)用程序。它的引入對(duì)注塑模具與它的問題和問題處理的冷卻結(jié)構(gòu)精密,高質(zhì)量的塑料部分代表了很高的期望。
作者是假設(shè)使用珀?duì)柼?yīng)可用于溫度控制在模具注塑。的方法有基于仿真的工作和真正的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備證明,假設(shè)被證實(shí)。仿真結(jié)果顯示,一個(gè)廣泛的領(lǐng)域可能的應(yīng)用TEM模塊在注塑過程。
與功能的溫度曲線提到跨周期時(shí)間,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件外觀可以解決。填充墻的問題可以解決薄長(zhǎng)與過熱的一些表面在注射時(shí)間。此外,這樣的應(yīng)用程序控制流變特性的塑料材料可以獲得。用適當(dāng)?shù)臒嵴{(diào)節(jié)TEM是可能甚至控制熔體流動(dòng)的模具,在充填階段的模腔。這是做了適當(dāng)?shù)臏囟确植嫉哪＞?更高的溫度對(duì)薄壁零件的產(chǎn)品)。
應(yīng)用TEM模塊,可以顯著減少周期時(shí)間在注塑過程。時(shí)間的限制可能減少在于框架的10 - 25%的額外的冷卻時(shí)間,在1.2節(jié)描述。
應(yīng)用TEM模塊可以積極控制產(chǎn)品的翹曲和調(diào)節(jié)量的產(chǎn)品翹曲的方式來達(dá)到所需的產(chǎn)品公差。
提出了TEM模塊冷卻應(yīng)用注射模塑過程是一個(gè)優(yōu)先的選擇注意的專利,屬于TECOS舉行。
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