外文翻译--注射成型模具温度调节系统的设计和优化.doc

注射成型模具温度调节系统的设计和优化D.E.Dimlaa,M.Camilottob,F.Mianib伯恩茅斯工程和计算设计大学，英国，多塞特，伯恩茅斯，基督城摘要随着消费寿命越来越短，诸如手机的电子产品在人群中变的越来越时尚，注塑成型依然是成型此类相关塑料零件产品的最热门方法。成型过程中熔融聚合物被注入模具型腔内，经过冷却，最后顶出塑料零件产品。在一个完整的注塑成型的过程主要有三个阶段，冲模，冷却和顶出。成型周期决定生产的成本效益。相应地，其中三个阶段中，冷却阶段是最重要的一步，它决定零件的生产速率。这项研究的主要目的在于使用的有限元分析和传热分析在注塑成型工具中配置一个最优的和最有效的冷却/加热的水道。一个适合注塑成型典型的组件3DCAD模型的最佳的形状的设计完成之后，用来成型塑料零件的型芯和型腔的设计才得以实现。这些也用在有限元分析和热分析，首先确定注射入口的最佳位置，然后确定冷却渠道。这两个因素对成型周期影响最大，如果要减少的成型周期时间，那么，首先必须对这些因素进行优化并使其减至最低。分析虚拟模型表明，与传统冷却模具相比，这样设计的冷却水道将大大减少循环时间，以及明显的改善制品质量和表面光洁度。关键字模具设计优化，注塑成型1引言：注射成型是塑料部件工业生产中其一个利用最多的生产过程。它的成功在于，与其它成型方式相比，如吹塑成型，有高的三维形状塑造造能力，能带来更高的效益。注塑成型的基本原则是一种固体聚合物经加热熔融后注入一模具型腔；然后经冷却后从模具顶出，获得与型腔结构相似的制品。因此一个注塑成型的过程的主要阶段，涉及充模，冷却和制品顶出。成型过程的成本效益，由成型所花的时间即成型周期决定。相应地，其中三个阶段中，冷却阶段是最重要的一步，它决定零件的生产速率。因为在大多数现代工业，时间和成本有很强的联系。成型周期越长，生产该制品的成本就越高。减少塑件被顶出前所用冷却时间，可以大大提高产品的生产效率，因此也就降低了该产品生产成本。因此，了解此是非常重要的，从而，优化传热过程，使得典型的成型工艺效率更高。从历史上看，这已得到了应用，通过在模具（核型和型腔）内打几个直孔，注入冷却液体进行循环，带走模具中过多的热量实现冷却，使零件可以很容易地顶出。利用传统的加工工艺，如镗孔，加工直孔。然而，这个简单的技术只能加工直孔，因此，主要问题是目前还没有生产如等高线一样的复杂的冷却水道和其他三维结构。另一种设计冷却系统的方法已经提出，该系统符合设在型芯，型腔，甚至两者中都可以。这种方法采用的等高样的水道，构造是水道尽可能接近成型零件表面，以从熔融塑料吸收带走更多的热量。这将确保该塑件均匀冷却，以及使生产效率更高。该研究的第一部分主要集中在审查和评价注塑成型过程，以介绍此研究的理论及背景。然后对开发和应用冷却水道的方法进行研究，并找出最可行的方法。人们通过应用有限元和热流量的分析对设计工具进行精炼，现在特定的软件已被用来优化设计与构造模具。先后，基于虚拟模型的冷却通道的效率的研究是利用软件I-DEASTM的原型和仿真。这项研究正在进行，在此希望其最终发展到一定的水平，能在决定生产零件成型的规格上熟练使用所需的虚拟模型。2注射成型工艺的简要概述与其它所有的生产方式一样，注射模具生产目前也需要降低其成本以保持市场竞争力。这方面的需求通过利用包括设计软件，计算机数值控制机械等不同的技术已得到解决。有了这些技术后，注射成型生产才得以实现，其生产成本取决于成型周期时间的长短。可以通过调整模具结构来缩短成型周期，但最后的分析表明，成型时间主要取决于模具能使熔融聚合物快速冷却的能力。冷却液体会在设定的温度下通过模具上冷却水孔进行冷却定型。同时必须保证熔融聚合物均匀流到模腔的各个部位，且在最短的时间内使其散失热量进行冷却。直至目前为止，这些水孔只能通过钻孔方式进行加工，而这种方式只能加工直孔。如果将冷却水道整体设计成与塑件形状一致，同时改变它们的截面以增加导热面积，这样就可以大大提高塑件冷却的效率。塑料也将更加均匀冷却，所以也可能有助于减少塑件顶出时的翘曲变形。2.1温度控制成型温度，例如熔融聚合物温度，模具温度，环境温度和夹紧系统的温度都必须控制在一定范围之内（图1）。塑料熔体注入模腔后，必须通过冷却固化后才能获得所需制品形状。模具的温度通过冷却液在模具内冷却水道中的的循环进行调节，一般用水或油作冷却液。当塑件充分冷却后才能从模腔顶出，冷却过程中熔体(95%)会产生收缩现象，这样有来料对其进行补偿，同时也会有一些收缩会在塑件上保留下来1。图1.注射过程中的温度记录图2.2压力控制注射装置和夹紧系统都要求要求有一定的压力，且两者方向相反（图2）。注射系统中的压力可以分为三种：注射压力，保压压力和塑化压力。所有这些都是通过螺杆的运动实现的。在夹紧装置中，由油泵液压系统控制移动模具所需要的压力。保压压力是在注射完成后对冷却凝固过程中产生的收缩空间进行补料，以保证塑件形状而设定的。图2.注射过程中的压力记录图2.3时间控制时间是在整个成型过程中最重要的参数。从成型周期时间可估计生产成本和机械效率。原则上在时间方面应加以控制，其中包括：合模时间，注射时间和冷却时间。图3以一个简单的示意图显示了一个典型的成型周期。图3成型周期2.4热参数尽管塑料材料有很高的熔融温度，他们特定的性能与温度有很大的关系。过高或过低的温度都会对塑件结构带来损坏。研究其热性能有利于了解和预测其其它各性能。因此，成型冷却时间必须合理设置，第一，塑化的厚度，第二，熔融热的耗散。与金属不同，塑料材料具有特殊的热容量，且高结晶塑料比非结晶拥有更高的热容量。与其它材料，例如与金属，比较之下，塑料有一个大的热膨胀系数。可以通过加入矿物填料，如玻璃纤维，来改善塑料的热性能。2.5冷却水道与其它多数制造业相同，产品的制造时间与其成本有密切的关系。生产零件的时间越长，其成本就越高，注射模具成型制造的生产周期主要在于其冷却时间。所以，减少冷却时间将能降低零件的生产成本。可以在模具中加工出冷却孔，然后以一定压力压入冷却液体使其在水孔内循环，这样通过热交换来控制模具温度。常规的钻孔机械如CNC客以用来钻直孔。其中最主要的问题在于，不能制造加工在三维方向上的比较复杂的冷却孔，尤其是在靠近模具壁的地方。这样模具冷却不均匀，引起制件收缩翘曲，冷却时间增长（图4），导致冷却系统的效率大大降