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畢業(yè)設(shè)計(jì)(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(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
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(dòng)注塑模具
摘要
在開發(fā)和生產(chǎn)過程中對(duì)注塑模具的控制是否在模具溫度條件的控制是一個(gè)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(jí)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)在模具或可以是一個(gè)獨(dú)立應(yīng)用熱操縱。
論文中,作者將目前的研究項(xiàng)目的結(jié)果進(jìn)行了三個(gè)階段,其結(jié)果是在A686專利、2006專利。測(cè)試階段,原型階段和工業(yè)化階段將提出。項(xiàng)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(shí)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(gè)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(dòng)工業(yè)實(shí)踐和發(fā)展，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。其局限性的位置及與事先預(yù)測(cè)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(shí)間內(nèi),降低成本)。其他方產(chǎn)品優(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(jì)算傳熱時(shí)，應(yīng)該考慮兩個(gè)主要事實(shí):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(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)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(duì)流和輻射[1]。
1.2.冷卻時(shí)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(cè)定不同條件下動(dòng)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(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]。
降低冷卻過程的主要目的是減少附加冷卻時(shí)間，但理論上是不必要的。在實(shí)踐中,它擴(kuò)展了從45% 到67%的整個(gè)周期時(shí)間[1,4]。
從文學(xué)與實(shí)驗(yàn)[1,4],它可以看到，模具溫度對(duì)脫模時(shí)間影響極大,因此冷卻時(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,溫度也有所不同,從平均價(jià)值通過整體周期時(shí)間。
圖1 模具在一個(gè)周期內(nèi)的溫度變化
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(冷卻線),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)是使系統(tǒng)活躍,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。對(duì)于模具，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)。用這樣的方法,一個(gè)可以控制傳熱與時(shí)間和空間變量,那意味著什么,晝夜可以調(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從注塑仿真輸入。對(duì)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(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)對(duì)P和N型半導(dǎo)體妥善安排的設(shè)備由,在兩個(gè)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(shí)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(yùn)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(gè)應(yīng)用程序包括TEM模塊,一個(gè)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(gè)輸入單元(輸入界面)和一個(gè)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(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),單元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。根據(jù)目前的冷卻技術(shù)和作為一個(gè)水槽或源的熱量第一單位。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/位置循環(huán)，也為起點(diǎn)和終點(diǎn)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(shí)間/位置控制是必需的。
本文系統(tǒng)分析了從理論以及實(shí)踐的觀點(diǎn)見圖3和4。通過有限元模擬分析了理論方面,而實(shí)用的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)的原型應(yīng)用到實(shí)際測(cè)試。
圖3 TEM冷卻裝配的結(jié)構(gòu) 圖4溫度檢測(cè)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(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(cè)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(jì)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(shí)間周期信息。
這個(gè)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(gè)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(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)是由于作者長(zhǎng)期經(jīng)歷這樣的包裝[4]和在虛擬環(huán)境中執(zhí)行不同測(cè)試的可能性。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。為在一個(gè)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(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。
就有限元模型在術(shù)語的傳熱物理的探討考慮兩個(gè)熱源:一個(gè)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)。
在實(shí)際測(cè)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(cè)試相比。為了模擬時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行了瞬態(tài)仿真,對(duì)于未來的工作也顯示非常積極的結(jié)果。在很短的時(shí)間(5s)能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)溫差200℃,可能會(huì)在TEM結(jié)構(gòu)導(dǎo)致一些問題。這些問題通過幾個(gè)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(gè)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(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,可以在整個(gè)周期的時(shí)間控制溫度分布的不同部分的模具。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?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(gè)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(shí)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(gè)里程碑。對(duì)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?duì)柼?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(shí)驗(yàn)室設(shè)備證明,假設(shè)被證實(shí)。仿真結(jié)果顯示,在注塑過程中一個(gè)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(shí)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(shí)間過熱的一些表面可以解決薄長(zhǎng)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(dòng)的模具。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額外的冷卻時(shí)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(gè)優(yōu)先的選擇專利,屬于TECOS舉行。