計(jì)數(shù)器底座注塑件注塑模具設(shè)計(jì)【計(jì)算器外殼】【一模兩腔】
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論文)
外 文 翻 譯
英文翻譯題目一： Treating and the modern mould make high speed
英文翻譯題目二：New Cooling Channel Design for Injection Moulding
學(xué) 院 名 稱(chēng)： 機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)： 材料成型及控制工程
班 級(jí)： 成型102班
姓 名： 何足道 學(xué)號(hào) 10403070234
指 導(dǎo) 教 師： 陳永清
2014年2月8日
英文題目一
Treating and the modern mould make high speed
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年 月 日
英文題目二
New Cooling Channel Design for Injection
Moulding
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年 月 日
高速加工和現(xiàn)代模具制造
一、概述
1．目前模具制造的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
模具作為重要的工藝裝備，在消費(fèi)品、電器電子、汽車(chē)、飛機(jī)制造等工業(yè)部門(mén)中，占有舉足輕重的地位。工業(yè)產(chǎn)品零件粗加工的75%，精加工的50%及塑料零件的90%將由模具完成。目前中國(guó)模具市場(chǎng)需求已達(dá) 500 億元之規(guī)模。汽車(chē)模具、特別是覆蓋件模具年增長(zhǎng)速度將超過(guò) 20 %；建材模具也迅速發(fā)展，各種異型材模具、墻面和地面模具成為模具的新增長(zhǎng)點(diǎn)，今后幾年塑料門(mén)窗和塑料排水管增長(zhǎng)將超過(guò) 30 %；家電模具年增長(zhǎng)速度將超過(guò) 10 %；IT 業(yè)年均增長(zhǎng)速度超過(guò) 20 % ，對(duì)模具的需求占模具市場(chǎng)的 20 %。2004 年中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)產(chǎn)值將繼續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)模具制造市場(chǎng)潛力巨大。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)，我國(guó)模具的年總產(chǎn)值達(dá)到30億美元，進(jìn)口超過(guò)10億美元，出口超過(guò)1億美元。增長(zhǎng)從1995年的25% 增加到2005年的50%。國(guó)外專(zhuān)家預(yù)言：亞洲在全球模具制造中占據(jù)的份額，將從1995年的25%增加至2005年的50%。
中國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速，形成了華東和華南兩大基地，并且逐漸擴(kuò)大到其他省份。(山東,安徽,四川) 1996年～2002年，模具制造業(yè)產(chǎn)值年平均增長(zhǎng)14%，2003年增長(zhǎng)25%。2003年我國(guó)模具產(chǎn)值為450億人民幣?？偖a(chǎn)量位居世界第3，出口模具3.368億美元，比上年增長(zhǎng) 33.5%。但是，我國(guó)技術(shù)含量低的模具已供過(guò)于求，精密、復(fù)雜的高檔模具很大部分依靠進(jìn)口。每年進(jìn)口模具超過(guò)10億美元。出口超過(guò)1億美元精密模具精度要求在 2～3μ m,大型模具需要滿足8000kN合模力注塑機(jī)的要求;小型模具需滿足直徑1mm塑料管的要求。目前，采用高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為模具制造的大趨勢(shì)，在國(guó)外一些模具生產(chǎn)廠家，高速機(jī)床大面積取代電火花機(jī)床，高速切削大大提高了模具生產(chǎn)效率。機(jī)床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)企業(yè)，有的加工中心生產(chǎn)廠機(jī)床的60%以上賣(mài)給模具加工企業(yè)。高速切削逐漸取代電火花精加工模具在國(guó)外的模具制造企業(yè)已經(jīng)普遍采用，高速切削生產(chǎn)模具已經(jīng)成為逐漸模具制造的大趨勢(shì)，大大提高了模具生產(chǎn)效率和質(zhì)量。采用高速切削替代電火花生產(chǎn)模具，可以明顯提高效率、提高模具精度、使用壽命長(zhǎng)。
2．高速加工在模具制造中的應(yīng)用
2．1高速切削的優(yōu)點(diǎn)：
1） 刀具的高轉(zhuǎn)速和機(jī)床的高進(jìn)給以及高加速度，大大提高金屬切除率；
2） 高速切削減小切削力；
3） 高速切削熱大部分由切屑帶走，工件發(fā)熱少；
4） 高速切削減少振動(dòng)，提高加工質(zhì)量；
2．2高速加工應(yīng)用于模具加工的效益
1） 快速粗加工和半精加工，提高加工效率；
2） 高速高精度精加工硬切削代替光整加工，表明質(zhì)量高，形狀精度提高，比EDM加工提高效率50%，減少手工修磨；
3） 硬切削加工最后成型表面，提高表面質(zhì)量、形狀精度，(不僅是表面粗糙度低，而且表面光亮度高)，用于復(fù)雜表面的加工更具優(yōu)勢(shì)；
4） 避免EDM加工產(chǎn)生的表面損傷，提高模具壽命20%；
5） 結(jié)合CAD/CAM技術(shù)快速加工電極，特別是形狀復(fù)雜、薄壁類(lèi)電極。
3． 采用高速切削加工模具需要解決的問(wèn)題
在國(guó)內(nèi)，由于資金、技術(shù)等方面的原因，應(yīng)用高速切削生產(chǎn)模具還處于初期階段。 還存在機(jī)床、刀具、工藝以及其他方面的一些問(wèn)題需要逐步解決。 缺點(diǎn)是加工成本高，對(duì)刀具的使用有較高的要求，不能使用過(guò)大的刀具，要有復(fù)雜的計(jì)算機(jī)編程技術(shù)做支持，設(shè)備運(yùn)行成本高。
二、加工模具的高速加工機(jī)床
模具精加工和硬切削加工需要數(shù)控高速機(jī)床,模板、模架加工需要精密、高效數(shù)控機(jī)床等。許多機(jī)床企業(yè)瞄準(zhǔn)模具生產(chǎn)，有的加工中心生產(chǎn)廠機(jī)床的60%以上賣(mài)給模具企業(yè)。模具行業(yè)今后幾年年均有50億元的固定資產(chǎn)投入，其中80%是購(gòu)買(mǎi)模具加工設(shè)備，也就是說(shuō)每年有40億元人民幣要購(gòu)買(mǎi)金切機(jī)床。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床的平均利用率大約20%，高速機(jī)床的利用率3～5%。模具企業(yè)也有相當(dāng)?shù)膯挝毁?gòu)買(mǎi)高速機(jī)床，從6000～40000rmp的都有。
1．高速機(jī)床的技術(shù)參數(shù)要求
加工中心主軸大功率、高轉(zhuǎn)速，滿足粗精加工；精加工模具要用小直徑刀具，機(jī)床一般要達(dá)到15000～20000rmp。通常主軸轉(zhuǎn)速在10000rpm以下的機(jī)床可以進(jìn)行粗加工和半精加工，達(dá)不到精加工的精度；無(wú)法達(dá)到400m/min以上的切削速度。
2． 五軸機(jī)床的應(yīng)用增加趨勢(shì)
1）加工路線靈活，表面形狀復(fù)雜；
2）加工范圍大，適合多種類(lèi)型模具加工；
3）切削條件好，減少刀具磨損，提高刀具壽命；
3． 購(gòu)買(mǎi)CAD/CAM軟件和高速機(jī)床配套
據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年有幾十億美元用于進(jìn)口機(jī)床，大部分電加工機(jī)床和高速機(jī)床需要進(jìn)口。
三、高速切削模具的刀具技術(shù)
高速切削加工還需配備適宜高速切削的刀具。高速加工刀具材料的進(jìn)展促使了高速加工的發(fā)展。硬質(zhì)合金涂層刀具、聚晶增強(qiáng)陶瓷刀具使得兼顧高硬度的刀刃部和高韌性的基體成為可能。聚晶立方氮化硼(PCBN)刀片,其硬度可達(dá)3500～4500HV。聚晶金剛石(PCD)其硬度可達(dá)6000～10000HV。近年來(lái)德國(guó)SCS、日本三菱(神鋼)及住友、瑞士山特維克、美國(guó)肯納飛碩等國(guó)外著名刀具公司都先后推出了各自的高速切削刀具，不僅有高速切削普通結(jié)構(gòu)鋼的刀具,還有能直接高速切削淬硬鋼的陶瓷刀具等超硬刀具,尤其是涂層刀具異軍突起,在淬硬鋼的半精加工和精加工中發(fā)揮著巨大作用。新刀具材料和刀具技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)使高速加工上的瓶頸問(wèn)題不再會(huì)出現(xiàn)在刀具上。
但是，進(jìn)口刀具的昂貴價(jià)格也阻礙高速切削模具的重要因素。
一般來(lái)說(shuō),刀具以及刀夾的加速度達(dá)到3g以上，刀具的徑向跳動(dòng)要小于0.015mm，而刀的長(zhǎng)度不能大于4倍的刀具直徑。根據(jù)SANDVIK公司的實(shí)際統(tǒng)計(jì)，在使用碳氮化鈦(TICN)涂層的整體硬質(zhì)合金立銑刀(58HRC)進(jìn)行高速銑削時(shí),粗加工刀具線速度約為100m/min,而精加工和超精加工時(shí),其線速度超過(guò)了 280m/min。這樣對(duì)刀具的材料(包括硬度、韌性、紅硬性(高溫狀態(tài)下保持切削性能))、刀具的形狀(包括排屑性能、表面精度、動(dòng)平衡性等)以及刀具壽命都有很高的要求。根據(jù)國(guó)內(nèi)模具高速精加工的經(jīng)驗(yàn)，采用小直徑球頭銑刀進(jìn)行模具精加工時(shí)，線速度超過(guò)了400～800m/min。選擇足夠高速度的機(jī)床硬切削模具精加工。Delcam 采用0.8mm直徑的刀具加工窄槽，轉(zhuǎn)速40000rpm，0.1mm深度，進(jìn)給速度30m/min。.
1． 選擇刀具參數(shù)，如負(fù)前角刀具等。刀具要求比普通加工要求抗沖擊韌性更高，還要求抗熱沖擊能力強(qiáng)；
2． 采取多種方法提高刀具壽命，降低刀具成本。
3． 采用高速刀柄，目前應(yīng)用最多的是HSK刀柄，熱壓裝夾刀具。注意刀具裝夾后的整體動(dòng)平衡；
4． 當(dāng)前的刀具企業(yè)在解決高速切削刀具技術(shù)方面已經(jīng)做了很多工作，面向加工的刀具服務(wù)會(huì)幫助解決很多問(wèn)題，刀具生產(chǎn)廠家成為主體，參考刀具生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)。
四、 提高高速切削模具效率的工藝技術(shù)
1． 刀具直徑和長(zhǎng)度的選擇
2． HSM和EDM的選擇
3． 干切削和潤(rùn)滑冷卻
4． 進(jìn)給選擇：通常進(jìn)給量< 銑刀直徑10%，進(jìn)給寬度< 銑刀直徑40%。
根據(jù)材料情況合理選擇加工工藝參數(shù)
國(guó)外高速銑削加工零件材料質(zhì)量較，材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)相同,加工性能比較穩(wěn)定；而國(guó)外公司生產(chǎn)的刀具也是以他們的材料標(biāo)準(zhǔn)做試驗(yàn)；推薦的加工參數(shù)一般比較適合他們的標(biāo)準(zhǔn)，如果使用他們的刀具，與國(guó)內(nèi)的零件材質(zhì)有一定的區(qū)別,在高速銑削時(shí),這種差別表現(xiàn)得較為明顯，有些參數(shù)可以直接應(yīng)用，但有些效果就比較差。而國(guó)內(nèi)企業(yè)一般選用零件材質(zhì)有一定的標(biāo)準(zhǔn),所使用的零件材料，特別是能用高速加工的零件材質(zhì)，一般會(huì)局限在某些零件材料范圍內(nèi),這對(duì)我們應(yīng)用高速加工技術(shù)也提供了有利的條件，會(huì)在較少的加工材料范圍內(nèi)應(yīng)用。這里要強(qiáng)調(diào)的是，一定要在這些材料上選取優(yōu)化出一套適合本企業(yè)的加工工藝參數(shù)，并且納入企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。選用國(guó)產(chǎn)刀具,很少有推薦高速銑削的技術(shù)參數(shù)的,有必要做試驗(yàn),取得比較滿意的參數(shù),最好選用固定的刀具生產(chǎn)廠家,減少試驗(yàn)的次數(shù),形成加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),這樣可以提高設(shè)備有效利用率,降低生產(chǎn)成本,可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
五、高速切削的加工刀具路徑和編程
1） 平面進(jìn)給路徑選擇
2） 輪廓加工路徑選擇
3） 保持切削載荷平穩(wěn)
4） 保持相對(duì)平穩(wěn)的進(jìn)給量和進(jìn)給速度
5） 在平面切削中保持園拐角
6） 合理選擇精加工余量
HSC精加工對(duì)CAM的編程要求：1）盡量避免拐角的銑削運(yùn)動(dòng)；2）盡量避免工件外的進(jìn)刀與退刀運(yùn)動(dòng)，直接從輪廓進(jìn)入下一個(gè)深度?；蛘卟捎寐菪€或斜向進(jìn)給切入；
3）恒定每刃進(jìn)給，提高質(zhì)量，延長(zhǎng)刀具壽命；4）輪廓加工保持在水平面上等。高速切削CAM軟件：Delcam 公司幾年前就開(kāi)始了高速切削加工編程技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)了高速切削自動(dòng)編程軟件模塊；最近，MasterCAM 公司也開(kāi)發(fā)了高速切削自動(dòng)編程軟件模塊；國(guó)內(nèi)北航海爾也在開(kāi)發(fā)高速切削自動(dòng)編程軟件模塊；
六、 高速機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)
1） 高速數(shù)據(jù)處理
2） 拐角預(yù)測(cè)處理
3） NURBS非有理樣條插補(bǔ)曲線加工
七、 高速切削模具的安全問(wèn)題
1） 刀具磨損和破壞的監(jiān)測(cè)；
2） 刀片連接的強(qiáng)度；
3） 和普通機(jī)床加工不同，安全防護(hù)和開(kāi)機(jī)前對(duì)機(jī)床和刀具的嚴(yán)格檢查非常重要。
八、 目前我國(guó)在采用高速加工模具技術(shù)中存在的問(wèn)題
1．機(jī)床
1） 國(guó)產(chǎn)高速機(jī)床整體性能尚有差距，功能部件性能還不能滿足要求。包括電主軸的功率和轉(zhuǎn)速，進(jìn)口機(jī)床價(jià)格高；
2） 機(jī)床的高速下動(dòng)態(tài)特性研究還不夠，因而影響整機(jī)的性能；
3） 五軸機(jī)床還不夠成熟，進(jìn)口機(jī)床價(jià)格太高；
4） 配套技術(shù)和設(shè)備還不完全。
2． 刀具：
1） 國(guó)產(chǎn)刀具還不能夠適應(yīng)高速切削的應(yīng)用，特別是高速硬切削光整加工。進(jìn)口刀具價(jià)格高。刀具技術(shù)是影響高速切削加工模具的一個(gè)重要因素。
2） 配套技術(shù)還不夠，包括刀柄、成套在線動(dòng)平衡等。
3． 高速模具加工工藝技術(shù)及實(shí)驗(yàn)
1） 由于高速加工模具的歷史比較短，缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累；
2） 對(duì)高速切削工藝研究比較少，投入不夠，立項(xiàng)比較困難；
3） 缺少高速切削數(shù)據(jù)庫(kù)或手冊(cè)，目前還是空白；
4） 模具生產(chǎn)廠家對(duì)高速切削的認(rèn)識(shí)不夠，缺乏長(zhǎng)期效益的分析對(duì)比；
4． 缺乏高速切削自動(dòng)編程軟件；
5． 缺乏五軸聯(lián)動(dòng)高速切削自動(dòng)編程CAM軟件。
結(jié)束語(yǔ)：
模具市場(chǎng)對(duì)高速加工有強(qiáng)烈需求，但是技術(shù)跟不上。起步晚，基礎(chǔ)較差，整體技術(shù)水平不高，發(fā)展緩慢。需要各個(gè)方面協(xié)調(diào)發(fā)展，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，加大投入，綜合利用各個(gè)方面力量推動(dòng)高速切削在模具制造中的應(yīng)用。我們希望，通過(guò)各方面的努力，在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，通過(guò)技術(shù)進(jìn)步，像汽車(chē)、機(jī)床、家電一樣，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我國(guó)不但要成為模具生產(chǎn)大國(guó)，而且要成為模具生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)。
參考文獻(xiàn)
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5、郭東明.王曉明.面向快速制造的特種加工技術(shù).中國(guó)機(jī)械工程，2000，(11)
新型注塑模具冷卻通道設(shè)計(jì)
作者
A B M Saifullah, S.H. Masood 和 Igor Sbarski
摘要
注塑成型是大規(guī)模生產(chǎn)塑料零件時(shí)最通用并且最重要一種操作方法。在此項(xiàng)工藝當(dāng)中,冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)好壞是非常重要的,因?yàn)樗艽蟪潭壬蠜Q定了零件的生產(chǎn)周期。一個(gè)良好的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)可減少生產(chǎn)周期,并保證零件的尺寸穩(wěn)定性。本文敘述的是一個(gè)注塑膜的冷卻通道系統(tǒng)的橫切面內(nèi)容。對(duì)這些新的冷卻通道系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。工業(yè)園區(qū)采用比較分析法，用注塑仿真分析軟件分析塑料內(nèi)部，內(nèi)部有常見(jiàn)的冷卻通道。微注射成型機(jī)的塑料零件已得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。用模具表面溫度的分布情況和塑料零件的冷卻時(shí)間，或是凝固時(shí)間相比較分析得到的。結(jié)果表明，均勻的溫度分布可減少凝固時(shí)間，從而減少塑料零件成型周期。
1.介紹
注塑成型的方法廣泛使用于塑料部件的工藝生產(chǎn)當(dāng)中 [1]。注射成型的基本原理是,一個(gè)固體聚合物熔化后,注入到模具型腔內(nèi)，冷卻之后脫模。因此，主要階段是注射成型，過(guò)程包括填充、冷卻和脫模。塑模周期決定生產(chǎn)成本效益高低，而冷卻過(guò)程是尤為重要的一步。冷卻周期決定部件生產(chǎn)效率。因此，在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中，生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間有密切關(guān)系，生產(chǎn)部件的時(shí)間越久，成本越高。減少冷卻時(shí)間可在根本上增加生產(chǎn)效率，并且減少生產(chǎn)成本。因此，理解和優(yōu)化典型的成型過(guò)程即內(nèi)傳熱是很重要的。熱交換率是塑料注射制品和模具的決定性因素，影響注塑模具的生產(chǎn)業(yè)績(jī)。
A B M Saifullah是工業(yè)研究機(jī)構(gòu)的一名博士生會(huì)員, 就讀于斯威本國(guó)立科技大學(xué)，澳大利亞墨爾本人，電子郵件：msaifullah@swin.edu.au。
IAENG. S. H. Masood的是斯威本國(guó)立科技大學(xué)機(jī)械制造工程系的一名教授, 澳大利亞墨爾本人。聯(lián)系電話:+ 61-3-9214 8260,傳真:+ 61-3-9214 5050,電子郵件:smasood@swin.edu.au
Igor Sbarski博士是斯威本國(guó)立科技大學(xué)機(jī)械制造工程系的一名高級(jí)講師，澳大利亞墨爾本人。電子郵件:isbarski@swin.edu.au)。
熱量必須從塑膠材料上移開(kāi)，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)為止后,才可允許脫膜。此過(guò)程中需要完成冷卻時(shí)間或是凝固時(shí)間。對(duì)于最佳熱傳遞過(guò)程來(lái)說(shuō)，在熔融的塑料材料和模具間，恰當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)設(shè)計(jì)是很有必要的。在模具型芯和型腔內(nèi)安裝直井眼然后注入冷凍液也就是冰水，使熔融的塑料散熱。此方法用于常規(guī)機(jī)械加工過(guò)程中，使用直鉆制造這類(lèi)小孔,而卻不能生產(chǎn)像通道或是3D空間這類(lèi)復(fù)雜的孔狀。
一個(gè)冷卻系統(tǒng)的替代方法, 在注射模具的過(guò)程當(dāng)中，符合或適合于模具型腔形狀和核心形狀，才能提供更好的熱傳遞，從而得到最優(yōu)生產(chǎn)周期。這種方法是用不同橫截面相同通道，盡量貼近模具表面減少熔融塑料的熱量。這確保零件均勻冷卻效率更佳。目前，隨著快速成型技術(shù)的來(lái)臨，例如：直接金屬沉淀工藝，直接金屬激光燒結(jié)工藝，還有許多先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助工程軟件的,可以給模具設(shè)計(jì)并制造許多復(fù)雜布局和復(fù)雜橫切面的更高效冷卻通道[2、3、4]。本文介紹了一種方形截面的冷卻通道注塑壓模，并模仿這種方法生產(chǎn)一種圓形塑料碗，并與使用模擬仿真分析軟件制作的直線形冷卻通道相比較。用這個(gè)方形冷卻通道和傳統(tǒng)的直線形冷卻通道壓模來(lái)完成這項(xiàng)驗(yàn)證性試驗(yàn)，是為了用微注射成型機(jī)制作的模具將一個(gè)圓形通道分為兩種塑材。結(jié)果表明方形冷卻通道壓模的冷卻時(shí)間和溫度分布都比直線形冷卻通道壓模有優(yōu)勢(shì)。
零件和模具設(shè)計(jì)方面
1. 零件設(shè)計(jì)
用聚丙烯制成的圓形塑料碗，如圖1(a)，采用Pro-Engineer CAD軟件設(shè)計(jì)的。輸出初始圖形規(guī)格模具表面圖形文檔，在輸入到MPI中進(jìn)行分析。塑料零件體積是177.90和質(zhì)量是162.3mg。試驗(yàn)測(cè)試零件如圖1(b)，此零件使用Pro-Engineer軟件設(shè)計(jì)出來(lái)的。使用Pro-Engineer CAD軟件對(duì)聚丙烯和丙烯腈這兩種類(lèi)型的塑料材料已做了大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。測(cè)出零件體積是8.8,聚丙烯部分和丙烯腈部分質(zhì)量分別為8.58mg和8.13mg。
2 .模具設(shè)計(jì)
模具設(shè)計(jì)當(dāng)中利用Pro / Molde 設(shè)計(jì)Pro / Engineer 系統(tǒng)組件。采用計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)制造模具。圖2中所示的模具有兩個(gè)部分型心和型腔。采用電腦數(shù)控技術(shù)將方形冷卻通道一半設(shè)計(jì)在型腔部分和另一半設(shè)計(jì)在型心部分。然后將這兩部分用螺絲連接，并用液態(tài)填料密封以免漏水。
圖- 1：CAD模型（a）圓形塑料碗，（b）被測(cè)試部分。
圖- 2 ：CAD模型的核心（上）和兩個(gè)型腔。
3．分析結(jié)果
MPI仿真軟件被用來(lái)零件分析[5]。用聚丙烯塑料材料分析注入、冷卻、變形這三步順序。對(duì)比分析出方形冷卻系統(tǒng)通道與傳統(tǒng)的直線形冷卻通道的區(qū)別。直線形通道的直徑為12mm，方形通道長(zhǎng)度為12mm（圖3）。0.995cm周長(zhǎng)的聚變嚙合已被應(yīng)用到工業(yè)當(dāng)中。直線形通道和方形通道的嚙合元素的數(shù)量分別為12944個(gè)和12291個(gè)。這兩種情況下均使用25°標(biāo)準(zhǔn)海水，雷諾數(shù)為10000，熔煉溫度是230℃的冷卻介質(zhì)。比較分析MPI結(jié)果如圖4，從圖中看出，直線形通道溫度分布比方形通道更為均勻些，而方形通道所需冷卻時(shí)間相對(duì)直線形較少。直線形冷卻通道除了頂頭部分很小以外，大部分零件冷卻時(shí)間需要大概24秒，而方形冷卻通道圖解表明其冷卻時(shí)間要少于20秒。直線形冷卻通道的凝固時(shí)間大概在0.46-93.7秒之間，方形冷卻通道冷卻時(shí)間在0.3-87.15秒之間。因此,使用方形冷卻通道，需要5秒的冷卻時(shí)間，冷卻時(shí)間減少了35%。
圖- 3 MPI分析，（a）：直線型冷卻通道，（b）：方形冷卻通道
圖4比較二者冷卻時(shí)間，（a）：方形冷卻通道（b）直線形冷卻通道。
4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果
對(duì)一個(gè)圓形的塑料零件用模具加工機(jī)器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如圖5所示。零件直徑是40mm，厚度是7mm。模具標(biāo)準(zhǔn)尺寸是10x10x2.5。 模具材料是低碳鋼。用TECHSOFT迷你模具加工機(jī)即一個(gè)小型注塑機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證如圖6。兩個(gè)采用PICO技術(shù)生產(chǎn)的TC08 K型熱電偶已被用來(lái)測(cè)量被測(cè)試零件的上下表面溫度。聚丙烯和丙烯腈的熔解溫度均是250°C。標(biāo)準(zhǔn)海水已被用來(lái)作為冷卻介質(zhì),由于室溫25℃,所以叫做冷卻水。冷卻通道直徑是5mm,正方形冷卻通道和直線型冷卻通道標(biāo)準(zhǔn)截面尺寸是5mm。每隔一秒測(cè)試一下兩個(gè)熱電偶的表面溫度。圖7記錄了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑的方型通道頂部和底部的表面比直線型通道更早冷卻。方形冷卻通道的頂部和底部的表面溫度在特定時(shí)間立即注射后最高記錄是52.1和53.36℃，30秒后溫度分別降低到42.47℃和43.07℃,而直線形冷卻通道頂部和底部最高溫度記錄分別是53.24℃和52.01℃,30秒后降到溫度分別為47.72℃和47.47℃。所以，采用方形通道溫度平均可降低4到5℃。用聚丙烯作為零件的材料時(shí)實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)有類(lèi)似的結(jié)果。從圖8可看出使用方形冷卻通道時(shí), 溫度可能降低2 到3℃。實(shí)驗(yàn)測(cè)試出20個(gè)樣品是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯材料制成的，發(fā)現(xiàn)樣品都具有相同的數(shù)據(jù)。圖9記錄了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樣品試驗(yàn)和聚丙烯實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果
圖- 5：（a）低碳鋼核心（左）（b）低碳鋼直線形和正方形冷卻通道模具型腔
圖6測(cè)試注塑實(shí)驗(yàn)裝置，左：迷你裝置，右： PC輸出溫度。
圖7 ABS溫度比較圖
圖- 8：聚丙烯溫度比較圖
圖- 9抽樣檢測(cè)，左：ABS塑料，右：聚丙烯塑料。
4.結(jié)論
注射成型過(guò)程轉(zhuǎn)換到冷卻過(guò)程是至關(guān)重要的一步,因?yàn)槔鋮s時(shí)間通常約占總周期的一半，從而直接影響到模具塑料產(chǎn)品的收縮和彎曲程度。因此,在模具設(shè)計(jì)當(dāng)中一個(gè)良好的冷卻通道系統(tǒng)是至關(guān)重要的,因其影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。MPI仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明使用方形冷卻通道可減少35%的冷卻時(shí)間，總周期20%的時(shí)間可大大提高注射模零件的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。
鳴謝
這些作者都要感謝來(lái)自沃森工業(yè)工程學(xué)院的Meredith女士和Phil Watson。他們得到了斯威本國(guó)立科技大學(xué)的電腦數(shù)控生產(chǎn)模具技術(shù)的支持。
參考文獻(xiàn)
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[5 A B Saifullah, S. H. Masood和Igor Sbarski，塑料注射成型時(shí)使用新型冷卻通道優(yōu)化周期時(shí)間和改進(jìn)零件質(zhì)量。ANTEC@NPE 2009年,美國(guó)。
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