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畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級：
姓 名：
學(xué) 號：
外文出處：材料加工技術(shù)雜志187-188（2007）
附 件： 1. 原文； 2. 譯文
2013年03月
自適應(yīng)系統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)的電動注塑模具
摘要
在開發(fā)和生產(chǎn)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(xué)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(yīng)用熱操縱。
論文中,作者將目前的研究項目的結(jié)果進(jìn)行了三個階段,其結(jié)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(diào)節(jié)的模具的周期時間和總體影響強(qiáng)調(diào)變形控制的塑料產(chǎn)品的質(zhì)量。
應(yīng)用程序的提出是模具溫度和產(chǎn)品質(zhì)量控制在注射成型過程的一個里程碑。
關(guān)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(shù)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(shè)計、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。其局限性的位置及與事先預(yù)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(jié)果的藝術(shù)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(dāng)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(dāng)今有限的(在任期短傳感器的生產(chǎn)周期時間內(nèi),降低成本)。其他方產(chǎn)品優(yōu)化功能已經(jīng)驅(qū)動機(jī)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(dǎo)塑料材料和模腔之間的。在計算傳熱時，應(yīng)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(xué)定律的能量保護(hù)[1]；第二是速度的傳熱。在傳熱分析的基本任務(wù)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(dǎo)的系統(tǒng)與環(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(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(kuò)展了從45% 到67%的整個周期時間[1,4]。
從文學(xué)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(nèi)的溫度變化
2.塑料注射模具冷卻技術(shù)
因為它已經(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(冷卻線),冷卻介質(zhì)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(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方法對模具溫度控制。
這個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)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(chǎn)品質(zhì)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(zhì)。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(diào)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(yīng)。珀爾帖效應(yīng)的現(xiàn)象是眾所周知的,但直到現(xiàn)在從未用于注塑應(yīng)用程序。TEM模塊(見圖2)是一個對P和N型半導(dǎo)體妥善安排的設(shè)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(wǎng)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(yīng)用
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(xué)系統(tǒng)熱流入與流出。設(shè)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(jié)構(gòu)板(E)之間。
整個應(yīng)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(yīng)單元(電子單元和電力電子供應(yīng)H橋單元)。
輸入和供應(yīng)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(qiáng)加預(yù)定義的溫帶/時間/位置關(guān)系。使用珀爾帖效應(yīng),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(jù)目前的冷卻技術(shù)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(shù)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(yīng)用到實際測試。
圖3 TEM冷卻裝配的結(jié)構(gòu) 圖4溫度檢測和監(jiān)管結(jié)構(gòu)
3.有限元分析模具冷卻
當(dāng)前的發(fā)展對注塑模具設(shè)計包括幾個階段[3]。其中還設(shè)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(jìn)行模擬軟件包(模塑仿真分析[4]),可以預(yù)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(shè)計師收集了關(guān)于在產(chǎn)品流變學(xué)和變形的信息，由于收縮作為生產(chǎn)時間周期信息。
這個熱信息通常是準(zhǔn)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(zhì)量的輸入為熱調(diào)節(jié)TEM,需要得到一個關(guān)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(jīng)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(shè)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(jìn)行了探討。為在一個樣機(jī)上模擬物理特性機(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(jié)果。
就有限元模型在術(shù)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(dǎo)和對流輻射進(jìn)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(shè)定目標(biāo)達(dá)到相同的工作條件。周圍的空氣和水換熱器被設(shè)定在穩(wěn)定溫度20 ℃。
有限元分析的結(jié)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(zhǔn)確的原型測試相比。為了模擬時域響應(yīng)進(jìn)行了瞬態(tài)仿真,對于未來的工作也顯示非常積極的結(jié)果。在很短的時間(5s)能夠?qū)崿F(xiàn)一個溫差200℃,可能會在TEM結(jié)構(gòu)導(dǎo)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(yīng)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(jīng)描述,原型制作和測試(見圖7)。結(jié)果顯示,設(shè)置的假設(shè)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(jī)克勞斯?馬斐公里60 ℃、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反應(yīng)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(nèi)的熱量控制。
圖7 現(xiàn)實環(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)系是冷卻應(yīng)用程序一個里程碑。對注塑模具的引入與冷卻結(jié)構(gòu)精密問題的處理,部分高質(zhì)量的塑料代表了很高的期望。
作者是假設(shè)使用珀爾帖效應(yīng)可用于溫度控制在模具注塑?；诜抡婀ぷ鞯姆椒ê驼嬲纳a(chǎn)實驗室設(shè)備證明,假設(shè)被證實。仿真結(jié)果顯示,在注塑過程中一個廣泛的領(lǐng)域可能應(yīng)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(yīng)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(dāng)?shù)臒嵴{(diào)節(jié)TEM是可能甚至控制熔體流動的模具。這是做了適當(dāng)?shù)臏囟确植嫉哪＞?更高的溫度對薄壁零件的產(chǎn)品)。
應(yīng)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(yīng)用TEM模塊可以積極控制產(chǎn)品的翹曲和產(chǎn)品翹曲調(diào)節(jié)量的方式來達(dá)到所需的產(chǎn)品公差。
本文提出了TEM模塊冷卻應(yīng)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。