模具专业外文文献翻译-外文翻译--在快速注塑成型中的随形冷却系统设计的层叠结构 中文版

毕业设计 (论文 )外文资料翻译 院 （系）： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 外文出处： 杂志 附 件： 2013 年 6 月 - 1 - 在快速注塑成型中的随形冷却系统设计的层叠结构 K. 2005 / 4 八月接受：接受： 25 日 2006 /发表于：六月 2006 8 #施普林格出版社伦敦有限公司 2006 摘要：塑料注射模具的冷却设计是很重要的，因为它不仅影响零件的质量，而且影响注射成型的周期。传统的注塑模具冷却设计是基于传统的加工工艺。由于常规钻孔方法限制了冷却布局的几何复杂性，限制了注塑模具内的冷却液体的流动性。对小批量生产采用组装工夹具的先进快速工装，为小批量的生产提供了一个有效的解决方案。此外，有研究尝试在不同的快速制模技术下，采用随形冷却通道。然而，冷却性能不能满 足模具工程师的期望。本文提出了一种新的层叠冷却的设计，此设计更适合更均匀的冷却通道。通过计算机辅助工程（ 计算流体动力学（ 析来检查 型的构建层叠结构和验证冷却性能。 关键词：随形冷却 脚手架 快速制模 塑料注射成型 1 塑料注射模具冷却通道设计的背景 近年来，快速成型和模具制造过程 1 在加速生产工具中被广泛使用。这些过程，大大降低了制造成本和生产工具所需的时间。图 1 说明了传统模具生产和现代快速模具制作之间的差异。 料注射模传统冷却通道 传统的冷却 通道 2 允许在注塑模具内使用冷却液或水循环，耗散除热，它是控制模具温度的最常用的方法，通道是由不同尺寸的孔形成 ,尽可能接近实际成型腔区域。图 2 和图 3 说明传统的注射模冷却通道。根据零件的尺寸精度要求，钻孔总加工用镗刀或钻孔机，该模具侧壁插入冷却液进入横孔和改变方向。自由曲面的几何腔周围有一个直线冷却模式，这将导致模具冷却不均匀，不均匀的冷却会导致几种模具缺陷发生的倾向，增加冷却时间。一个更可接受的冷却方法是由图案中的冷却剂流动方式与被塑造的零件的几何形状相匹配的。 2 随形冷却通道快速软模形成的铜管 随 形冷却 4定义为冷却通道，这符合模腔的表面 (或核心 )有效地将热量从模腔到（ 伟 2007)34:496 - 515） 冷却剂通道。长期的随形意味着冷却通道的几何形状遵循曲面几何，其目的是使成型件保持一个稳定的和均匀的冷却效果。图 4和图 5的几何形状说明不同的随形冷却通道，注塑模具冷却性能通过这些研究者的实验结果，与传统的冷却方法相比，利用随形冷却通道模具可以提供更均匀的温度分布。热量可以均匀地转移或通过随形冷却通道消散。 6和 7的数字说明随形冷却通道针对原型工具，设计的 3997 5 。 然而，铜导管的几何形状，只能部分地遵循的成型零件的形状，它不能提供在注射模具真实的温度均匀分布。铜导管的弯曲是由它的直径、机械强度和成型零件的尺寸限制的，进一步弯曲的铜管将损坏冷却通道，值得关注的是成型表面的几何形状和冷却通道之间的关系。在图 6和 7所示的技术，实现了随形冷却水道更好的冷却性能。 此外，如热导率和热膨胀系数的特性在快速模具制造过程中是很重要的，导热系数是热量传递通过在正常和特定区域表面方向上的距离形成的温度差。模具的热传导率增加，缩短了成型零件降温所需要的时间。作为具有低导热 材料的环氧树脂，加入了铝填料或混合环氧树脂。相反，热膨胀系数是材料尺寸（或长度）在温度变化下的单位变化率，价值降低时，铝填充的化合物增加。注射成型中铝填 - 2 - 充环氧树脂比未填充的环氧树脂具有较好的尺寸稳定性。表 1 显示的线性热膨胀和各种金属填充环氧树脂的导热系数。 注射模冷却水道的设计通过 术相关的工作 进步提升了在复杂的冷却通道的几何形状下注塑模具的生产。 术快速模具包括 速铸造， 8 等，他们提供显著的塑料注射模具制造优势。通过 术的几何 设计大量的研究集中在提高冷却通道。2001，徐 9 研究了注射模冷却通道的 杂过程。他描述了随形冷却布局，可以实现在零件的质量和生产率的大幅改进。他提出了一个模块化、系统化的冷却用的布局设计技术，他建议的注射模制的表面成一定的可控部分分解，称为冷却区，然后冷却区冷却布局系统进一步划分为一定的冷却细胞与六个设计规则或约束的辅助分析，他通过注射成型复杂的型芯和型腔中的应用，证明了他的方法。图 8 绿色部分显示了随形冷却系统的注塑模 具，由麻省理工学院的 3D 印刷 9 设计。李 10 研究了一种新的综合设计方法，随着特征识别算法的使用在初步设计阶段的优化复杂形状塑件的冷却系统。塑料零件模型分为从积分域到简单的形状特征，然后每个形状特征匹配和其相应的冷却设计布局形成模腔。本文设计合成技术可以提供模具温度均匀性分布，无效的计算时间在域名部分细分的复杂性可能会引起在模具设计过程中的一些技术问题。图 9 说明了所提出的随形冷却设计是基于特征识别算法。 1999，雅可布 11 描述随形冷却通道的注射模具镶块中的使用。通道是通过电铸镍 壳建造，从有限元模拟，铜管弯曲形成随形冷却通道可以提高模具的温度分布的均匀性，它也可以减少生产周期和零件变形。普通注塑模材料，如钢，没有收录在他的研究中，该应用仅限于铜或镍管弯曲。施密特 12 研究试图评估在一系列的实验设计和测量随形冷却注塑的好处。他提出了模具设计的方法学的概述，冷却通道的模拟与分析，并通过麻省理工学院的 3D 打印生产工具。仿真结果表明，随形冷却可以减少周期和冷却时间在零件收缩时。然而，机械强度，模具材料和模具的缺陷的热应力在这项工作中不考虑。图 10 说明了传统的和随形冷却之间的比较冷却模 拟设计。费雷拉 13 试图使用快速软模塑料注射成型技术，他的工作是将快速模具与铝填充环氧树脂复合材料模具的形冷却通道冷却。由于决策矩阵算法的协助下，正确选择了材料和工艺。软模具冷却布局是在环氧树脂充填过程插入一个弯曲的铜管。然而，在现实中，冷却布局的几何形状不完全符合模型，冷成型性能的影响直接与粗糙的金属模具的表面光洁度、模具的缺陷如 线，凹痕和低背压的出现并不能避免。图 11 显示了随形冷却通道的软 具，从上面的评论，很多研究已经试图应用 术随形冷却通道的设计，然而，零件几何形状的复 杂性的增加阻碍了随形冷却的实现，在一些局的制造工艺中，为了进一步研究更有效的方法来获得更好的冷却性能是值得的。 3 随形冷却设计快速工具制造 快速工具的过程 14 的 3D 系统，在最近的生产年有成功地应用于原型。图 12 和图 13 表明模具制造的 程， 具制造中的应用可以评估复杂，金属型原型比其他当代快速原型技术更迅速。模具冷却是一个限制因素，在注塑成型周期， 却通道的设计是重要的生产时间和质量控制。 钢模具（ 叠层钢模具（ 15 是一个过程，由钢板的激光切割技术来产生一个复合工具。这个过程是基于顺序相结合的钢层片，层由具有高强度的钎焊接头的 - 3 - 复合注塑模具制造。 优势是对注射成型具有高尺寸精度的生产工具。该技术可以给上升到注塑模具内产生的复杂的几何结构，然而， 具仅用于低熔点的热塑性塑料是不适当的，热固性塑料或玻璃纤维高温注塑成型工艺。 分层制造的特点是能够制造注塑模具插入形冷却通道成任何形状或位置的要求。图 14 显示了 产热 程。 速工具 基于选择性激光烧结（ 塑性涂层钢粉）和随后的青铜渗透，快速工具有 3D 系统专有的过程（以前从 随形冷却通道可以被纳入模型，最后形成千上万的普通塑料球。 聚酰胺铜过程像 已从 3D 系统提供和使用的青铜和聚酰胺粉末混合物和适形冷却水通道，可以纳入模具。 接金属激光烧结（ 艺是利用专门开发的机器和多组分金属粉末（铜或钢与镍的混合物）。 艺用于烧结，不需要青铜渗透。图 15 显示了随形冷却通道设计的 型芯和型腔镶件。 直接 目的（准确，清晰，环氧树脂固体注射模） 快速成型的进程提供的能力为注塑成型的三维系统的光固化快速模具开发（ 在 过程，一个光固化环氧树脂形成的树脂是通过暴露于 光束固化，为了进一步提高热传导渠道，铜或铝杆可以被添加到低熔点的合金混合，提出了限制模具表面传热的冷却通道的一致性。图 16 显示了 术的注塑模具装配体的横截面。 高热铸铁 普洛铸铁是麻省理工学院三维印刷工艺注塑模具的制造中的应用，系统创建了普洛铸铁金属零件选择性结合的金属粉末层，它使用一个在金属粉末广域喷墨头存 放液体粘合剂，最终的金属模具是由烧结青铜渗透类似的 3 17 显示的冷却通道可以在模具设计中位于任何位置。