外文翻譯--對(duì)通過(guò)塑料注射成型零件的選擇性激光融化生產(chǎn)得到的功能梯度材料插入棒的評(píng)估 中文版

《外文翻譯--對(duì)通過(guò)塑料注射成型零件的選擇性激光融化生產(chǎn)得到的功能梯度材料插入棒的評(píng)估 中文版》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《外文翻譯--對(duì)通過(guò)塑料注射成型零件的選擇性激光融化生產(chǎn)得到的功能梯度材料插入棒的評(píng)估 中文版（17頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

對(duì)通過(guò)塑料注射成型零件的選擇性激光融化生產(chǎn) 得到 的 功能梯度材料 插入棒的 評(píng)估 V E P C H 母 該 手稿收 于 2006 年 10月 19日 ,修訂后 于 2007年 3月 9日出版。 9544054要 注塑行業(yè)對(duì)生產(chǎn)率和形狀復(fù)雜的需求需要新的研究提高工具設(shè)計(jì)、材料和制造。 通過(guò) 功能梯度結(jié)構(gòu)建立 注射模具的發(fā)展是 其中 一個(gè)研究領(lǐng)域。例如 ,具有 功能梯度材料建造技術(shù) 的模具 可以 獲得 具有較高導(dǎo)熱性的獨(dú)特部分 。厚 的 注射 部件具有較高的熱傳導(dǎo)率 ,這 有 利于生產(chǎn)出 更好的和更便宜的聚合物注射 模具部件 。在以工具鋼為原料制造模具的時(shí)候加入銅，有可能獲得不同傳導(dǎo)性的模具。在這篇文章中，我們將為您描述 關(guān)于 功能梯度材料影響 的調(diào)查 一個(gè) 是 具鋼 和工具鋼的插入 棒 的 熱數(shù)值分析 比較 和比較 聚丙烯 部件 模具表面溫度和結(jié)晶度的程度 的 注射成型試驗(yàn) 。 數(shù)值模型 用來(lái) 根據(jù)模具插入材料 不同 比較 模具傳熱 性能 。之后 ,建立了一個(gè)支持保 持功能梯度材料和工具鋼 插入棒得到了選擇性激光融合的過(guò)程。聚丙烯 被 注射 入 注塑件中與 數(shù)值結(jié)果 進(jìn)行 對(duì)比 。為了觀察 分級(jí)插入 聚丙烯 部件 的冷卻速度 ,部件的結(jié)晶度由 差示掃描量熱法測(cè)量(試。 也 評(píng)價(jià) 了 注射周期 模具的 溫度 。結(jié)果表明 ,力較低。 工具鋼中 添加銅 的 混合鋼鐵 能 更有效地傳遞熱量 但是 吸收熱量能力低。 關(guān)鍵詞 :功能梯度材料 ;注射模具 ;快速制造 ;聚丙烯結(jié)晶度 1 引言 注射 模具部件的優(yōu)勢(shì) 取決于三個(gè)主要方面 :工具成本、注塑模具原料和生產(chǎn)力工具 。這三 個(gè) 組 合 使得在 不影響生產(chǎn)力和材料 的情況下 很難改變部 件 /模具設(shè)計(jì)。 因此， 必須通過(guò) 最佳的 原 材料選擇和部分 件 和模具設(shè)計(jì) 獲得 工具 的耐久性 、生產(chǎn)力、成本 [1]。不幸的是 ,有 德 限制使得 很難找到最好的有前途的解決方案?，F(xiàn)代注射模 復(fù)雜 性變 高 ,模具設(shè)計(jì)師的關(guān)注是如何孕育 不 產(chǎn)生 部分 扭曲 的部件 ,從而 保持高水平 生產(chǎn)率 。一個(gè)復(fù)雜的渠道網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 被用來(lái) 使冷卻液體 從模具 中 吸取 熱量。 通道的 設(shè)計(jì)是困難的 ， 因?yàn)樗?必須用來(lái)使 噴發(fā)系統(tǒng) 作用。 頂出針、投影片和氣流 門 是用來(lái) 使部件從鑄型腔中噴出避免部件 審美 方面 。根據(jù) 部件的 復(fù)雜性和形狀 , 冷卻系統(tǒng) 留下的 空間小 , 在模具 上 不留痕 對(duì)制造來(lái)說(shuō) 并不可行。在許多情況下 ,當(dāng) 高溫均勻提取腔的 散熱均衡和生產(chǎn)率未達(dá)成 ,重新設(shè)計(jì)部件 幾何 從而適合模具 的 局限性是必要的 。另一種 解決復(fù)雜的熱問(wèn)題 的 方法 是 使用 (入 [1]。 與 一般鋼合金 相比 入 會(huì) 有更高的導(dǎo)熱系數(shù)、 在注射成型周期 中 ,當(dāng)冷卻途徑不起作用的時(shí)候他們被 使用 來(lái) 從冷卻通道的地區(qū) 提取熱量。然而 ,它們不是環(huán)保 的 ,鈹被引證為 是 一種致癌因素 [2]。另一限制是 因?yàn)槟＞?表面基礎(chǔ)材料之間有一個(gè)明顯的 聯(lián)系， 模具 的 插 入會(huì)在部件上留下痕跡 。此外 , 需要 減少冷卻通道空地 插入的特性。 到了上世紀(jì) 80年代中期 ， 新的 被稱為 體 自由 形式的制造 )的 生產(chǎn)技術(shù)出現(xiàn)了 [3]。 這些技術(shù) 相對(duì)于 傳統(tǒng)的來(lái)說(shuō) ,最主要的區(qū)別 在于他們是基于層添加劑的原則。也被稱為快速成型 (這些技術(shù) 幾乎可以 用 任何形式或材料 小批量 生產(chǎn) 部件。各類可得的資料是有限的 ,然而 ,程可以 用 金屬、陶瓷、和聚合物 建造零件 [3]。 因?yàn)闄C(jī)器幾乎能從 計(jì)算機(jī)軟件生成的數(shù)據(jù) 中 制造出 堅(jiān)實(shí) 的部件， 總機(jī)技術(shù)的自動(dòng)化程度很高 ,而且他們也被稱為 “ 解決三維 技術(shù)的 打印機(jī) ” 。設(shè)計(jì)師和工程師可以 精確、適當(dāng)和 無(wú) 誤解、沒有延遲 地 建立和驗(yàn)證設(shè)計(jì) 部件 。 術(shù)的基 本原理是 根據(jù)部件 設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù) 建立 一層一層 的 材料。原料物質(zhì)可以 為 液體樹脂、電線、軟糖、粉末和床上用品。去形成這些材料 的方法 是 多樣 的 ， 包括紫外激光、電力激光、噴膠、沉積融合 材料 等等 。這些 附加層制造技術(shù) (被應(yīng)用于注塑 模具 的 生產(chǎn) 。根據(jù) 用于建筑 工藝及材料、錯(cuò)綜復(fù)雜的模具 槽 (注射部分 )和注射的 材料 ,這些模具 與 傳統(tǒng)模具 相比 具 有競(jìng)爭(zhēng)力。 根據(jù)技術(shù) ,材料和應(yīng)用 ， 它可以建造 12 到一萬(wàn)個(gè) 部件的 模具 [4,5]。 用于 立注塑模具 的 有趣 技術(shù)是 常規(guī)的冷卻渠道。 渠道 是 在 沒有考慮 傳統(tǒng)的制造方法的局限性 的情況下在 模具 中 設(shè)計(jì) 的 。 常 規(guī)的冷卻渠道 可以遵循冷卻通道模具的表面 ,與正常模具相比， 生產(chǎn) 時(shí)的 引射系統(tǒng)限制較少。不幸的是 ,由 于 頂出系統(tǒng)和 部件 的一些 功能 ,例如深 層 可能不受渠道 散熱能力的影響 ， 它 們?nèi)匀皇怯邢薜摹?為 克服這些限制 ,使得運(yùn)用 術(shù) 通過(guò) 功能梯度結(jié)構(gòu) 來(lái) 建立注塑模具 變?yōu)榭赡?。 在過(guò)去的 25年里 功能梯度材料 已經(jīng)成為 研究 的問(wèn)題 [6]。大部分的天然材料 ,如礦物質(zhì)和組織逐漸從一個(gè)功能區(qū) 變化 到另一個(gè)地方。 這個(gè) 自然 的例子 激發(fā) 同一個(gè)部件 /單位 的 整合模式與功能設(shè)計(jì)。 就 生產(chǎn)工藝 來(lái)說(shuō)， 功能梯度材料并不完全 是新的 ,但是 僅僅是 20 世紀(jì) 80 年代后 ,它開始 被 更多 的關(guān)注 并且 被分類為一個(gè)特定研究主題 。 功能梯度材料的基本理念是 通過(guò)豐富特定區(qū)域成分 來(lái)得到不同特性 ,從而提高部件的 質(zhì)量 。 這個(gè) 成份 可能是一種基本元素 ,如碳 只能被 用來(lái)增加鋼 在表面的硬度。另一個(gè)例子就是 哺乳動(dòng)物 外面 到 內(nèi)側(cè) 孔隙度變化 的骨頭。外面的低孔隙度的剛度增加了他的腦骨 ，但是 提供 了 到內(nèi) 的聯(lián)系 。骨的核心是多孔性 ,從而允許重量效率。利用該材料 從一處到 另一個(gè)地方 的變化 , 可以獲得優(yōu)化組件 。減少關(guān)節(jié)的 數(shù)量和緊固件 ,減 輕質(zhì)量 ,結(jié)構(gòu)提高 ,微分散熱、熱屏障 ,嵌入式傳感器 ,種植生物相容性的使用 都是 功能梯度材料的潛在優(yōu)勢(shì) [6 功能梯度材料 在相同的組成部分 也能逐漸加入不同 性質(zhì)的不同材料 ,原則是 與 復(fù)合材料 類似 。不同的是 ,復(fù)合材料是一種具有獨(dú)特的階段 ,在 改變他們 大量各組成部分的 成分 方面 不能行 。盡管功能梯度材料的概念非常簡(jiǎn)單 ,多數(shù)潛在的功能梯度材料的應(yīng)用 由于 科技的限制 ,工程造價(jià)高 而受到限制 。在控制和沉積梯度組成和 配合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (產(chǎn)復(fù)雜的形狀 ,計(jì)算機(jī)輔助制造 (限元分析 )方面的困難都是 使用 受到 限制 的 部分原因。 很多研究人員 已經(jīng)研究了 使用技術(shù)生產(chǎn)零件 [9]。因?yàn)?術(shù)可以制造曲面零件 ,處理不同的材料 ,可以用 他們 來(lái)生產(chǎn) 功能梯度材料 。 大多的研究人員通過(guò)一種激光束提供的熱源制備研究 能梯度材料的形成過(guò)程。由于激光器自動(dòng)化很容易，并能精確和高速度地提供高能量密度，他們幾乎可以處理任何材料 [10]。功能梯度材料和 另一個(gè)方面是材料中經(jīng)常使用的粉末狀或事先 融合燒結(jié)下的光斑。局部組成控制（ 使用快速生產(chǎn)加工和制造技術(shù)生產(chǎn)功能梯度材料零件的主要問(wèn)題。這方面 牽涉到通過(guò)控制加入材料的每個(gè)部分或?qū)訁^(qū)域的百分比 的原則。一些研究者 [11， 12]用微型漏斗，噴嘴及毛細(xì)管，控制沉積層中的粉末。 [13]在 激光 網(wǎng)絡(luò)成型 （ 梯度工程 過(guò)程 研究了兩個(gè)粉流的優(yōu)化 來(lái)構(gòu)建 鋼合金。此外， 代表分級(jí)幾何的計(jì)算方法一直是研究的課題。 取得了 有限元和體素空間幾何數(shù)據(jù) , 人 [14]通過(guò) 印刷工藝有限責(zé)任公司 研究了 三維幾何形狀和材料。通過(guò)這種方法，有可能用不同的容量梯度 來(lái) 數(shù)字化地 代表 3 在以前的工作中 ,已經(jīng)開始研究向基礎(chǔ)材料中 增加一個(gè)額外的功能性材料 來(lái)生產(chǎn)出功能梯度材料注塑模具 [15]。一個(gè)多室料斗被用來(lái)制造 梯度結(jié)構(gòu)的 銅。 因?yàn)?性好，耐高溫磨損的材料，所以 是常 用的 生產(chǎn) 注射模具 的材料 。不過(guò) 和銅（ /米 k， 385 瓦 /米）相比 這種材料的熱傳導(dǎo)是比較低的 [16， 17]。銅 元素粉末 以 25， 50％的比例與 到 功能梯度材料棒 。這些 棒 的生產(chǎn)方法是 使用高粉的 擇激光聚變 /熔化（超低頻或 以前用料斗裝入多室粉末 ，現(xiàn)在 激光 可以 加工多成分粉末。當(dāng)激光掃描粉末 ，粉融合并吸附在 先前添加層 上。經(jīng)處理后作為層，粉層變低 ，粉末 在 上一層 上鋪開， 激光 用來(lái)融合粉末 形成一個(gè)新的層。 對(duì) 這個(gè)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值控制， 并且繼 續(xù)進(jìn)行 直至完成 部件的生產(chǎn) 。在融合過(guò)程中采用這種激光 會(huì) 留下粗糙 的 表面，需要一些包括 去除 被用來(lái) 吸附 的第一層平臺(tái)的粉末床基質(zhì) 后處理 。 分級(jí) 該過(guò)程結(jié)束時(shí) 可以得到 。因此，功能梯度材料可 在注塑模具制造中 用 來(lái)形成 高導(dǎo)熱地區(qū) 從而 提高熱 伸縮性 。由于可制造性和噴射系統(tǒng)， 冷卻 /加熱的渠道有限，一些地區(qū)的 現(xiàn) 象可能是過(guò)熱。 部件的不同熱收縮率 可能導(dǎo)致翹曲，水槽和冷焊接痕跡，表面質(zhì)量差，而且可以 減緩部件 生產(chǎn)速度。另一項(xiàng)關(guān)于 功能梯度材料在 模具 上 的應(yīng)用是建立了工具鋼和硬質(zhì)合金梯度腔邊緣。這可以 通過(guò) 改善諸如 模具邊緣 閃爍磨損造成 的 缺陷提高零件質(zhì)量 [1]。 運(yùn)用功能梯度材料獲取高性能注塑模具是 這種 研究的動(dòng)力之一。盡管在工作中使用 激光和層沉積 有局限， 這些實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 仍然是用來(lái) 評(píng)估 增加 銅 較于 基礎(chǔ)材料， 加 模具 部件 溫度和注入聚合物的結(jié)晶度 的影響已經(jīng)被 分析。從理論上講，銅會(huì)增加模具的導(dǎo)熱系數(shù)。這項(xiàng)工作分為兩個(gè)部分：熱傳遞和注塑成型數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)。第一部分介紹了 熱量 從注入 的 部分傳遞到模具和金屬插入 棒 的數(shù)值模型。該模型評(píng)價(jià)了溫度， 模擬 了 不同的材料模具鑲件： 及銅 0％。在注塑成型實(shí)驗(yàn)， 功能梯度材料棒 （模內(nèi)鑲件 ） 是通過(guò)激光核聚變 生產(chǎn) 的 ,并且 放置在一個(gè)立體（廣義）的模具 中 。聚丙烯（ 部 件 是向這些金屬中插入聚合物而 制作 的 。 對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的 兩個(gè)輸出進(jìn)行了分析 ： 模具表面 溫度 和 件的 結(jié)晶度。模具的溫度測(cè)量 是 通過(guò) 采取 完全 相同的數(shù)值模式的立場(chǎng)熱電偶 所測(cè)量的 。有不同的插入 成分的模具部件有著不同的結(jié)晶度 ， 是通過(guò)進(jìn)行差示掃描量熱法（ 分析得到的。 試是 用來(lái)確定部件插入成分不同 是否 具有不同的 冷卻速率。 結(jié)果 ， 部件的結(jié)晶度也 是不同的。冷卻速率越低，反映 晶度的聚合物鏈組織 就越是 明顯 。聚合物的 快速冷卻速度有助于 形成非晶 結(jié)構(gòu)。 加熱塑料直到其完全融化 從而 解散晶體（更穩(wěn)定，低能量狀態(tài)） 將需要更多的熱量。 在測(cè)量樣本融化前吸收的能量 的 線 中可以看出 這種 現(xiàn)象[18]。 2 方法 字模型 注塑周期是短暫的 現(xiàn)象并且 熱導(dǎo)率不是 分析熱傳遞性時(shí)起作用的 唯一的材料 特性 。密度和比熱容也決定材料儲(chǔ)存或運(yùn)輸能量的能力 [19]?？紤]到量 的 控制，通過(guò) 平衡吸收，生成，輸 出的 能量得到 能量狀態(tài)。這種通過(guò)內(nèi)部積累 能量 的計(jì)算的 變量 可以 用 方程 進(jìn)行 模擬 ,見式 （ TE 式 （ 式中 表示 輸入 的能量 ； 表示 產(chǎn)生的能量 ； TE — 表示 能量變化（ E）內(nèi)相對(duì)于 單位 時(shí)間（ t）體積的 變化 。 加工 模具 時(shí) ，在熔化材料填補(bǔ)了模具 模型 ，在 定量控制 下 沒有產(chǎn)生 熱量。 考慮到熱量沿著 一個(gè)方向 傳遞 ， 通過(guò)一區(qū) A 熱通量傳熱 方程（ 為進(jìn)一步簡(jiǎn)化， 見 式（ q” q” =c ? ?式（ 式中 q” —— 表示 熱通量 ； ? —— 表示 材料的密度 ； T—— 表示 溫度 ； X—— 表示 熱通量方向軸 . 離開模型， 模具的溫度 可以被認(rèn)為是恒定的 ， 考慮 到這一點(diǎn) ，在很短的時(shí)期熱通量可視為常數(shù)，因此可以描述 為 式（ q” = 式中 k—— 表示 熱傳導(dǎo)系數(shù)。 非線性方程 沒有簡(jiǎn)單的 求解 方法 ，復(fù)雜的形體通常需要 數(shù)值模型 來(lái) 解決這些問(wèn)題。 圖 2個(gè) 有 金屬插入 二維模型內(nèi)注射成型品 。該模型認(rèn)為各 部件 、模具和表面 沒有 電阻。初始條件 是 溫度 內(nèi)部 注射部分 的節(jié)點(diǎn)溫度 是195?C， 包括 與其他地區(qū)部分 連接 的 節(jié)點(diǎn) 的溫度 是 20?C。 溫度是通過(guò)利用平面 四節(jié) 元素形成四邊形網(wǎng)格計(jì)算 得到 的。 被選為 分析 的 節(jié)點(diǎn) 如 圖一 所示。 利用 分析。 圖 2在 注射接觸部分熱 傳遞的二維模型 (模型各區(qū)域的初始溫度顯示 ) 為了在模型中輸入 材料性能 (密度 ， 比熱 ， 導(dǎo)熱系數(shù) )， 計(jì)算 數(shù)值被應(yīng)用于6]。然而 ,百分之 五 十以上的 料特性 價(jià)值是 在 合物規(guī)則的基礎(chǔ)上 估計(jì) 得到的 [5,6]?；旌衔?(的基本規(guī)律 呈現(xiàn)在方程 式 (一個(gè)由 (? )和 (? )階段 形成的 等量數(shù)值（ ? ）是由 混合物中每個(gè)階段和體積分?jǐn)?shù)的總和 計(jì)算 得出 的 ,(5)階段 ,得出一個(gè) 在 每一個(gè)階段作 線性變化的 數(shù)值 。 方程式 (示的 第二個(gè)規(guī)定更為復(fù)雜 ,但沒有 一個(gè)方程考慮到 互動(dòng) 過(guò)程、階段幾何 、空間 分布、 以及 其他影響 混合物最終特性的 因素。 不管怎樣 ,第二 個(gè) 規(guī)則比第一個(gè)更保守。 表 2 特性 。 ???? ??? o ig h t ??式 (?????? ?? ?? 式 (總的來(lái)說(shuō) , 通過(guò) 插入不同規(guī)定材料 得到 個(gè)模擬節(jié)點(diǎn)時(shí)間溫度 ,詳細(xì)見 表2 表 2字模型中的材料特性 前四 個(gè) 進(jìn)行了仿真研究所有 節(jié)點(diǎn) 相對(duì)獨(dú)立時(shí)間的 溫度。 計(jì)算 另外兩個(gè)模擬 時(shí)考慮到 了插入背面的 節(jié)點(diǎn)被限制在 持續(xù) 20?的溫度 ,不隨時(shí)間的變化而變化 。這 被用來(lái) 模擬 在 插入 的 背 面使用冷卻通道 時(shí) 的 數(shù)值 情況 。數(shù)值模擬 如 表 2 表 2數(shù)字模擬條件 塑模具實(shí)驗(yàn) 為了 探討功能梯度材料 在 注塑塑造零件 的效果 , 使用 可選擇性激光融化和多室料斗 進(jìn)行 分級(jí) 插入 的生產(chǎn)。激光 在 一個(gè)分級(jí)的料層 軌跡上 掃描。 這種 分級(jí) 的 粉床是 通過(guò) 不同 混合粉末 的 料斗等 傳播的 。激光能量軟化了粉末 ,建立一層一層的 層級(jí)性結(jié) 。 過(guò)程 的基本結(jié)構(gòu) 見 圖 2 圖 2選擇性激光聚變過(guò)程和傳播 為了 生產(chǎn) 注塑物 ,中等量的 粉末 混合 物被使用 。 u， 5%13和 u,0%量分?jǐn)?shù) )的粉末和 純 粉末 被放置在陶瓷球工廠 用來(lái)作 適當(dāng)?shù)幕旌戏勰?。 粉粒大直徑和細(xì)顆粒 的 平均比值 。這 與 提高松裝密度 (包裝 )粉 末吸附劑顆粒組成 的 文獻(xiàn)中提 到的 7:1接近(22)。銅和大顆粒的 105顆粒 銅 的直徑 小于 22毫米 , 于 38毫米。 13工具鋼合金 (N 000部分組成是 : 鐵、 C、 鉻、 最大 錳、 鉬、 硅及 釩 及 含 銅氧 的銅粉(23)。 不同 成分的粉末是用來(lái)填補(bǔ)料斗 ,鋪在 上。計(jì)算 機(jī)數(shù)值 (光 控制系統(tǒng)軟化了 一層一層 粉 ,使用 了 一個(gè) 為這個(gè)技術(shù) 開發(fā) 的 特定 掃描策略模式 ， 詳細(xì) 的 描述 請(qǐng)參考 文獻(xiàn) [15]。這種方法在分成兩個(gè)階段。第一步 是 激光間隔 粉末 線 ，留下 差距線。 隨著 粉末 的 滑動(dòng) （不移動(dòng)平臺(tái)）， 粉末 重新填滿了 凝固線 之間的空隙 。 掃描 過(guò)程的 第二步 是 激光 用來(lái) 融化 存放在這個(gè)空缺 的 新 粉末 。激光加工參數(shù) 是： 能量脈沖 10 J、脈沖寬度 20 復(fù)速率 2赫茲及掃描速度 5毫米 /秒。 使用的 層厚度是 250毫米 ， 氬 被 用來(lái)減少氧化。構(gòu)建標(biāo)本 后 ,對(duì) 他們 進(jìn)行了去除附著物和磨表面 的后處理 。 最終 的 梯度 分級(jí)插入 及其分布梯度 見 圖 2 圖 2各個(gè)不同的 銅和 寬 是 通過(guò) 切削及研磨退火 過(guò)的填充物得到 一個(gè)純 充物，這和功能梯度材料 標(biāo)本 有 相同 的 尺度。 注射模具是專門設(shè)計(jì)用來(lái)持有和交換 填充物的 。 填充物 由一個(gè)簡(jiǎn)單 的30?60? 板設(shè)計(jì)的 。 可選擇性激光 過(guò)程 被用來(lái) 來(lái)建立模具。這種選擇 因?yàn)? 執(zhí)行，并且能像 絕緣體 一樣工作 。因此 ,金屬刀片 有 更獨(dú)特 的影響。 為了在 注射周期閱讀模具表面 的 溫度 ， 在 模具設(shè)計(jì) 時(shí)候也 考慮 到 模具的兩個(gè)熱電偶的放置 。熱電偶的位 置都 如圖 2 圖 2 洞里的位置 這個(gè) 模具使用 了 亨斯邁 580 樹脂 建立 的 三維 統(tǒng)。 熱電偶被定位 并且用 商業(yè) 環(huán)氧 復(fù)合 樹脂 粘 在 模具 的表面。在環(huán)氧膠水剛硬 后 , 直到熱電偶暴露 才會(huì) 沙 化 。聚集在 準(zhǔn)備安裝注射成型機(jī) 的支持板上 。 使用的 注射機(jī) 是10 和 與 堪監(jiān)測(cè)器科學(xué) 得到的 結(jié)合的熱偶 。 每 5秒 收集 一次數(shù)據(jù) ,房間溫度在 20?C。注射成型 材料是 02 產(chǎn) 的模具 見 圖 2圖 5注塑模具 (如上圖所 示 )和可互換 填充物 的細(xì)節(jié) (下圖 ) 注射成型過(guò)程將 從在 第一個(gè)槽 插入 功能梯度材料 填充物 和在第二槽插 過(guò)二十注射周期 ,填充物被交換，第二個(gè)槽里面是功能梯度材料，第一個(gè)槽里面是 一個(gè) 20個(gè) 周期 就將要 進(jìn)行。表 2 注塑循環(huán) 過(guò)程， 圖2 表 2 注塑順序以及注塑位置 表 2注塑物參數(shù) 圖 2熱電偶溫度估計(jì) (具表面 )模擬嵌入不同的材料性能 每一次開模 , 120 s 延遲時(shí)間被用 來(lái)使得填充物冷卻。因?yàn)閹缀魏?jiǎn)單，離型劑不是必要的 , 模具模型表面使用簡(jiǎn)單的幾何角度使得零件容易成型 (。 注射成型參數(shù)保持不變?nèi)绫?2 通常在 注射和 支持 力。大部分的 0?以上 變得柔軟 ，必須避免 高壓力和 高 溫度從而提高模具的生命。 在聚丙烯部件的 注塑模的第二和第十六周期獲得的 樣本來(lái)自 于 差示掃描量熱分析測(cè)試。 用于這些測(cè)試的 裝置 叫做 本來(lái)自 于所有部件的同一位置，在有些區(qū)域裝有熱電偶，這些樣本正是與注塑物 (功能 梯度 材料 和 同位置的表面相 匹配 。圖 2樣本的這些區(qū)域 。 有著 5到 7聚丙烯部件 被放在鋁盤中并被安裝 在裝置 上 。 這個(gè) 實(shí)驗(yàn) 在 從 室溫 (19?C - 21?C)到 300?進(jìn)行，并且 升溫速率 為 10?C /分鐘。這 個(gè)結(jié)果是用本分析軟件 分析 得到的 。作為之前 的 解釋 , 試 主要的目標(biāo)是比較 使用不同填充物的注塑模具部件的結(jié)晶的 程度。 結(jié)晶度 可以 由方程計(jì)算 得到 (7)。 H? 是被用來(lái)測(cè)試的聚合物的 溶解熱 , H?%10是具有百分百結(jié)晶度的相同聚合物的 溶解熱 。 3 結(jié)果 字分析結(jié)果 有 可能 根據(jù) 數(shù)值模擬繪制 出 代表熱電偶和注塑物表面 區(qū)域 (節(jié)點(diǎn) ) 相應(yīng)時(shí)間 的 溫度 。 圖 2示代表熱電偶 (的節(jié)點(diǎn) 的 計(jì)算溫度。 對(duì)于 沒有冷卻系統(tǒng)的模擬 （ 50 13+50 圖 2線表明 盡管注塑 的物質(zhì)是不同的 ， 冷卻速率之間 卻 沒有區(qū)別。 與沒有冷卻的注塑物相比， 對(duì)于有 冷卻通道 的模擬（注塑物 背面的 的溫度 保持在 20? C),兩個(gè)被用來(lái)測(cè)試的注塑材料 ( 0 曲線 表明 它 的 加速 冷卻效果更加 明顯 。然而 ,它表明 兩者 的 冷卻速度 沒有任何 差異。 代表注塑物表面溫度的其他 節(jié)點(diǎn)的結(jié)果 有著明顯的差異 。 如 圖 3 繪制相對(duì)于 溫度節(jié)點(diǎn) 沒有冷 卻系統(tǒng)模擬的注塑物表面的加熱和冷卻速率表面 雖然物料的特性是不同的 ， 冷卻速度 卻 沒有明顯改變。 對(duì)于模擬注塑物背面溫度的其他兩個(gè)分析的結(jié)果表面 材料影響 冷卻速率。在圖 3根據(jù) 計(jì)算，與其他模擬條件相比， 13+50更高的冷卻速度 ,這表明 和純粹的 模擬 功能梯度材料（ 0 注塑物 會(huì) 有更快的 冷卻速度。 圖 3不同條件下插入物表面溫度 塑 模具 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖 3通過(guò) 典型的注塑 模具 周期 的 熱電偶 測(cè)得的 溫度。這圖 表面功 能梯度材料的注塑物的 溫度 比僅僅 只有 如圖 3這種 現(xiàn)象與 獨(dú)立槽的順序 無(wú)關(guān) 。同時(shí) 功能梯度材料注塑物模具的表面溫度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 只有 另一方面 ,功能梯度材料的溫度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于數(shù)值結(jié)果。 圖 3注塑模模具表面溫度 差示掃描量熱分析的結(jié)果 表明 了 熱電偶 測(cè)量 的 溫度 。功能梯度 材料有 更高的溫度 并且從部件吸收溫度的 能力 更 低 。 需要 更高的能 量取溶解 用 功能梯度 材料 成模 的水晶樣品 ，所以這結(jié)果很明顯 。 圖 3示， 差示掃描量熱分析 曲線 表明通過(guò) 熱模具 ， 16個(gè) 周期 ,能夠得到 更高 結(jié)晶度的樣品。 圖 3差示掃描量熱分析曲線 表 3來(lái) 熔化該樣品 所必須的 每克能量的 差異。同時(shí) ,所占的 晶度 比例 用 方程 (7)計(jì)算 。 聚丙烯百分之百 結(jié)晶度的計(jì)算參考 209 J / g(25)。 表 3化該樣品 所必須的 每克能量 4 討論和結(jié)論 模具表面溫度的測(cè)量 表面 數(shù)值試驗(yàn) 的 不同 結(jié)果。模具表面的溫度 比 模擬的結(jié)果 高。此外 , 下降 曲線 的 分析表明 模擬的 冷卻速率高于真正的讀數(shù)。 不同的原因?qū)е?這種差異。該模型并不 包含 聚合物凝固 時(shí) 相位和屬性改變 。 此外 , 粗糙的沒有像數(shù)字模擬考慮的那樣 提高理想的接觸面 。 另一 個(gè)影響結(jié)果的原因是電腦模擬是以對(duì)梯度材料的估算為基礎(chǔ)的 。 功能梯度材料 有它的孔隙度和 在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的 內(nèi)部裂紋?；旌衔锏囊?guī)則沒有考慮 材料 這 些 空隙 。 內(nèi)含 的注塑和 仿真結(jié)果 差異較小 ,因?yàn)?微觀結(jié)構(gòu) 沒 有內(nèi)部空隙 。確認(rèn)了這個(gè)理論 ,對(duì)比結(jié)果表明 ,冷卻曲線的 特性 相當(dāng) ,但 數(shù)字模擬模型得到的 功能梯度材料 的曲線 有一個(gè)小小的差別。因?yàn)?通過(guò) 真實(shí)數(shù)據(jù) 的 測(cè)量能夠發(fā)現(xiàn) ，與功能梯度材料相比， 收和儲(chǔ)存熱量 的本領(lǐng) 。 兩種注塑物的 差異顯示 在 度最高峰大約 低 七度 。 因?yàn)橄?加入銅的目的是為了 增加傳導(dǎo)性 ,因此有必要模擬條件去比較插入件中傳遞的熱量 。 最終 ,模擬 插入件背面 冷卻通道 的 計(jì)算結(jié)果 表明 與純粹的 50%從部件中傳遞熱的能力更強(qiáng) 。 正如 數(shù)值 和實(shí)際 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 ，功能梯度 材料模具的吸熱能力比純粹的 差示掃描量熱分析的結(jié)果 也就不足為奇。 雖然 50%合 物的 性能 未知 ,但與 純銅 的 熱性能 相比，說(shuō)這些特性比期望的弱是 合理 的 。 在 先前的工作 中， 其中一些 可能會(huì)影響結(jié)果 的 因素已經(jīng)被證實(shí) (15)。 不同比例的銅和 微結(jié)構(gòu) 的 孔隙度 影響 了 熱性能 。 生產(chǎn) 過(guò)程 的 優(yōu)化 可以降低這些孔洞 并且 增加材料的特性。 雖然結(jié)果 表面 導(dǎo)電率比預(yù)期的要低 ,但是仍然能說(shuō)明能夠使用冷卻通道來(lái) 使 模具 具有 不同冷卻率 。 將功能梯度材料 和形冷卻結(jié)合能 夠帶來(lái)明顯的有利優(yōu)勢(shì)來(lái) 改善散熱 ,尤其是 深的凹槽 ,薄 壁以及 高度復(fù)雜的 部件 。 含 銅 量較高 可能增加 這些 區(qū)域的熱傳遞能力 。即便如此 , 機(jī)械性能 必須 必須引起關(guān)注，人們希望得 到更軟和更光滑的材料 。 鳴謝 作者想感謝 來(lái)自 西 教育科學(xué)技術(shù)部 )籌集資金的支持。也特別感謝 參考資料 1 G. P. 如何制造注塑模具 , 1993 年第二版 (慕尼黑 ). 2流行病研究中心 . 前工人醫(yī)務(wù)監(jiān)護(hù)的程 序。美國(guó)田納西橡樹嶺科學(xué)和教育 機(jī)構(gòu) ,在線訪問(wèn) (2005年 12月 ) 3 P. F. 解決 方案 和其他 技術(shù) ,1996(紐約 版社 )。 4 C. H., A. S., V. 2001英國(guó)曼徹斯特技術(shù)學(xué)報(bào)會(huì)議 ,2001年 9月 26。 5 K. T. 使用 快速成型 生產(chǎn)高分子 模具的工具 ?？焖?成型 ,2001,(7),173 6 Y., W. A., B. H., A.,R. 設(shè)計(jì) 與 加工應(yīng)用 ,1999(荷蘭修正出版商 )。 7 S. A. 功能梯度材料的基本功能 , 1998 (倫敦材料機(jī)構(gòu) ). 8 N. 功能材料的快速制造 術(shù)學(xué)報(bào) 2001年會(huì)議 , 英國(guó)曼徹斯特 ,2001年 9月 26。 9 I. 通過(guò)快速成型方案的 功能合成。快速成型 ,2001年 ,7(4),207 10 W. M. 激光材料 的 加工 ， 1991 年 (紐約 11 P., J. K., E., 接描述 精細(xì)粉末沉積?？焖俪尚?， 2004 年 ,10(1),14 。 12 S. J. R. 關(guān)于 粉末分配 的 聲學(xué)控 制。 粉塵技術(shù)， 2004年 ,139(6)， 55 13 M. T., M. L., D. E. 通過(guò)激光網(wǎng)絡(luò)成型工程生成功能梯度材料的關(guān)鍵問(wèn)題 (M)。 2002年關(guān)于 為 快速加工 放置 金屬粉末 的 國(guó)際會(huì)議論文集 , 美國(guó)德克薩斯洲 圣安東尼奧 ,2002年 5月 , 195 14 W., E. M., N. M. 固體成形技術(shù) 的 成分控制。 參考 快速成型稿 制造工程師社會(huì)協(xié)會(huì) ,7(2),1 - 5。 15 V. E., P., P., C. H. 采用高功率脈沖和銣雅鉻雷射 制造 未知比例的 體成形技術(shù)學(xué)報(bào)研討會(huì) ,美國(guó) 德克薩斯州奧斯汀 ,2004年。 16 別 具鋼 ,空氣或油淬 至 995,可從在線上 (2005 年 2月 )。 17 、退火、冷拉和 冷加工， 在線 訪問(wèn) (2005年 2月 )。 18 R. A., F., R. J. M., P。量化 部件 的不規(guī)則性和隨后的 解決注塑成型 形態(tài)的操縱。塑料橡膠復(fù)合材料 ,2004 年 ,33(2 / 3),92 19 F. P. 和 D. P 合作 第三版 ,1990（ 紐約 )。 20 荷蘭人 解決樹脂材料 :可選擇性激光 7580， 在 線訪問(wèn)(2005 年 2 月 前 訪問(wèn) )。 21 述 聚丙烯 模具， 在線 訪問(wèn) (2005 年 2月 )。 22 德 國(guó)人 r . m 第 2 版 ,1994 年 ， 472 頁(yè) (新澤西 23 超細(xì) 金屬粉末 — ， 在線 訪問(wèn)(2003 年 11 月 )。 24 1995 年 (德國(guó)慕尼黑 卡爾 )。 25 A. L 和 R. E. S. 聚丙烯樹脂與液體結(jié)晶聚合物的混合物 :結(jié)晶。聚合物科學(xué) ,2003 年 ,87(6),916 。 附錄 符號(hào) A 面積 比熱容 E 平衡能量 給定控制量的產(chǎn)生熱 給定控制量的輸入能量 給定輸入量的損失能量 H? 聚丙烯樣品的熔化熱 H? %10 百分百結(jié)晶度聚丙烯的熔化熱 ? 導(dǎo)熱系數(shù) q” 熱通量 t 時(shí)間 T 溫度 V 體積分?jǐn)?shù)或體積 x 熱流方向軸 X% 結(jié)晶度 ? 晶相 ? 晶相 ? 等效數(shù)值 ? 密度