畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯 院 （系）： 機(jī)電信息系 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 外文出處： 雜志 附 件： 2013 年 6 月 - 1 - 在快速注塑成型中的隨形冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的層疊結(jié)構(gòu) K. 2005 / 4 八月接受：接受： 25 日 2006 /發(fā)表于：六月 2006 8 #施普林格出版社倫敦有限公司 2006 摘要：塑料注射模具的冷卻設(shè)計(jì)是很重要的，因?yàn)樗粌H影響零件的質(zhì)量，而且影響注射成型的周期。傳統(tǒng)的注塑模具冷卻設(shè)計(jì)是基于傳統(tǒng)的加工工藝。由于常規(guī)鉆孔方法限制了冷卻布局的幾何復(fù)雜性，限制了注塑模具內(nèi)的冷卻液體的流動(dòng)性。對(duì)小批量生產(chǎn)采用組裝工夾具的先進(jìn)快速工裝，為小批量的生產(chǎn)提供了一個(gè)有效的解決方案。此外，有研究嘗試在不同的快速制模技術(shù)下，采用隨形冷卻通道。然而，冷卻性能不能滿 足模具工程師的期望。本文提出了一種新的層疊冷卻的設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)更適合更均勻的冷卻通道。通過計(jì)算機(jī)輔助工程（ 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ 析來檢查 型的構(gòu)建層疊結(jié)構(gòu)和驗(yàn)證冷卻性能。 關(guān)鍵詞：隨形冷卻 腳手架 快速制模 塑料注射成型 1 塑料注射模具冷卻通道設(shè)計(jì)的背景 近年來，快速成型和模具制造過程 1 在加速生產(chǎn)工具中被廣泛使用。這些過程，大大降低了制造成本和生產(chǎn)工具所需的時(shí)間。圖 1 說明了傳統(tǒng)模具生產(chǎn)和現(xiàn)代快速模具制作之間的差異。 料注射模傳統(tǒng)冷卻通道 傳統(tǒng)的冷卻 通道 2 允許在注塑模具內(nèi)使用冷卻液或水循環(huán)，耗散除熱，它是控制模具溫度的最常用的方法，通道是由不同尺寸的孔形成 ,盡可能接近實(shí)際成型腔區(qū)域。圖 2 和圖 3 說明傳統(tǒng)的注射模冷卻通道。根據(jù)零件的尺寸精度要求，鉆孔總加工用鏜刀或鉆孔機(jī)，該模具側(cè)壁插入冷卻液進(jìn)入橫孔和改變方向。自由曲面的幾何腔周圍有一個(gè)直線冷卻模式，這將導(dǎo)致模具冷卻不均勻，不均勻的冷卻會(huì)導(dǎo)致幾種模具缺陷發(fā)生的傾向，增加冷卻時(shí)間。一個(gè)更可接受的冷卻方法是由圖案中的冷卻劑流動(dòng)方式與被塑造的零件的幾何形狀相匹配的。 2 隨形冷卻通道快速軟模形成的銅管 隨 形冷卻 4定義為冷卻通道，這符合模腔的表面 (或核心 )有效地將熱量從模腔到（ 偉 2007)34:496 - 515） 冷卻劑通道。長期的隨形意味著冷卻通道的幾何形狀遵循曲面幾何，其目的是使成型件保持一個(gè)穩(wěn)定的和均勻的冷卻效果。圖 4和圖 5的幾何形狀說明不同的隨形冷卻通道，注塑模具冷卻性能通過這些研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與傳統(tǒng)的冷卻方法相比，利用隨形冷卻通道模具可以提供更均勻的溫度分布。熱量可以均勻地轉(zhuǎn)移或通過隨形冷卻通道消散。 6和 7的數(shù)字說明隨形冷卻通道針對(duì)原型工具，設(shè)計(jì)的 3997 5 。 然而，銅導(dǎo)管的幾何形狀，只能部分地遵循的成型零件的形狀，它不能提供在注射模具真實(shí)的溫度均勻分布。銅導(dǎo)管的彎曲是由它的直徑、機(jī)械強(qiáng)度和成型零件的尺寸限制的，進(jìn)一步彎曲的銅管將損壞冷卻通道，值得關(guān)注的是成型表面的幾何形狀和冷卻通道之間的關(guān)系。在圖 6和 7所示的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了隨形冷卻水道更好的冷卻性能。 此外，如熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)的特性在快速模具制造過程中是很重要的，導(dǎo)熱系數(shù)是熱量傳遞通過在正常和特定區(qū)域表面方向上的距離形成的溫度差。模具的熱傳導(dǎo)率增加，縮短了成型零件降溫所需要的時(shí)間。作為具有低導(dǎo)熱 材料的環(huán)氧樹脂，加入了鋁填料或混合環(huán)氧樹脂。相反，熱膨脹系數(shù)是材料尺寸（或長度）在溫度變化下的單位變化率，價(jià)值降低時(shí)，鋁填充的化合物增加。注射成型中鋁填 - 2 - 充環(huán)氧樹脂比未填充的環(huán)氧樹脂具有較好的尺寸穩(wěn)定性。表 1 顯示的線性熱膨脹和各種金屬填充環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)。 注射模冷卻水道的設(shè)計(jì)通過 術(shù)相關(guān)的工作 進(jìn)步提升了在復(fù)雜的冷卻通道的幾何形狀下注塑模具的生產(chǎn)。 術(shù)快速模具包括 速鑄造， 8 等，他們提供顯著的塑料注射模具制造優(yōu)勢(shì)。通過 術(shù)的幾何 設(shè)計(jì)大量的研究集中在提高冷卻通道。2001，徐 9 研究了注射模冷卻通道的 雜過程。他描述了隨形冷卻布局，可以實(shí)現(xiàn)在零件的質(zhì)量和生產(chǎn)率的大幅改進(jìn)。他提出了一個(gè)模塊化、系統(tǒng)化的冷卻用的布局設(shè)計(jì)技術(shù)，他建議的注射模制的表面成一定的可控部分分解，稱為冷卻區(qū)，然后冷卻區(qū)冷卻布局系統(tǒng)進(jìn)一步劃分為一定的冷卻細(xì)胞與六個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則或約束的輔助分析，他通過注射成型復(fù)雜的型芯和型腔中的應(yīng)用，證明了他的方法。圖 8 綠色部分顯示了隨形冷卻系統(tǒng)的注塑模 具，由麻省理工學(xué)院的 3D 印刷 9 設(shè)計(jì)。李 10 研究了一種新的綜合設(shè)計(jì)方法，隨著特征識(shí)別算法的使用在初步設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化復(fù)雜形狀塑件的冷卻系統(tǒng)。塑料零件模型分為從積分域到簡單的形狀特征，然后每個(gè)形狀特征匹配和其相應(yīng)的冷卻設(shè)計(jì)布局形成模腔。本文設(shè)計(jì)合成技術(shù)可以提供模具溫度均勻性分布，無效的計(jì)算時(shí)間在域名部分細(xì)分的復(fù)雜性可能會(huì)引起在模具設(shè)計(jì)過程中的一些技術(shù)問題。圖 9 說明了所提出的隨形冷卻設(shè)計(jì)是基于特征識(shí)別算法。 1999，雅可布 11 描述隨形冷卻通道的注射模具鑲塊中的使用。通道是通過電鑄鎳 殼建造，從有限元模擬，銅管彎曲形成隨形冷卻通道可以提高模具的溫度分布的均勻性，它也可以減少生產(chǎn)周期和零件變形。普通注塑模材料，如鋼，沒有收錄在他的研究中，該應(yīng)用僅限于銅或鎳管彎曲。施密特 12 研究試圖評(píng)估在一系列的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和測(cè)量隨形冷卻注塑的好處。他提出了模具設(shè)計(jì)的方法學(xué)的概述，冷卻通道的模擬與分析，并通過麻省理工學(xué)院的 3D 打印生產(chǎn)工具。仿真結(jié)果表明，隨形冷卻可以減少周期和冷卻時(shí)間在零件收縮時(shí)。然而，機(jī)械強(qiáng)度，模具材料和模具的缺陷的熱應(yīng)力在這項(xiàng)工作中不考慮。圖 10 說明了傳統(tǒng)的和隨形冷卻之間的比較冷卻模 擬設(shè)計(jì)。費(fèi)雷拉 13 試圖使用快速軟模塑料注射成型技術(shù)，他的工作是將快速模具與鋁填充環(huán)氧樹脂復(fù)合材料模具的形冷卻通道冷卻。由于決策矩陣算法的協(xié)助下，正確選擇了材料和工藝。軟模具冷卻布局是在環(huán)氧樹脂充填過程插入一個(gè)彎曲的銅管。然而，在現(xiàn)實(shí)中，冷卻布局的幾何形狀不完全符合模型，冷成型性能的影響直接與粗糙的金屬模具的表面光潔度、模具的缺陷如 線，凹痕和低背壓的出現(xiàn)并不能避免。圖 11 顯示了隨形冷卻通道的軟 具，從上面的評(píng)論，很多研究已經(jīng)試圖應(yīng)用 術(shù)隨形冷卻通道的設(shè)計(jì)，然而，零件幾何形狀的復(fù) 雜性的增加阻礙了隨形冷卻的實(shí)現(xiàn)，在一些局的制造工藝中，為了進(jìn)一步研究更有效的方法來獲得更好的冷卻性能是值得的。 3 隨形冷卻設(shè)計(jì)快速工具制造 快速工具的過程 14 的 3D 系統(tǒng)，在最近的生產(chǎn)年有成功地應(yīng)用于原型。圖 12 和圖 13 表明模具制造的 程， 具制造中的應(yīng)用可以評(píng)估復(fù)雜，金屬型原型比其他當(dāng)代快速原型技術(shù)更迅速。模具冷卻是一個(gè)限制因素，在注塑成型周期， 卻通道的設(shè)計(jì)是重要的生產(chǎn)時(shí)間和質(zhì)量控制。 鋼模具（ 疊層鋼模具（ 15 是一個(gè)過程，由鋼板的激光切割技術(shù)來產(chǎn)生一個(gè)復(fù)合工具。這個(gè)過程是基于順序相結(jié)合的鋼層片，層由具有高強(qiáng)度的釬焊接頭的 - 3 - 復(fù)合注塑模具制造。 優(yōu)勢(shì)是對(duì)注射成型具有高尺寸精度的生產(chǎn)工具。該技術(shù)可以給上升到注塑模具內(nèi)產(chǎn)生的復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，然而， 具僅用于低熔點(diǎn)的熱塑性塑料是不適當(dāng)?shù)?，熱固性塑料或玻璃纖維高溫注塑成型工藝。 分層制造的特點(diǎn)是能夠制造注塑模具插入形冷卻通道成任何形狀或位置的要求。圖 14 顯示了 產(chǎn)熱 程。 速工具 基于選擇性激光燒結(jié)（ 塑性涂層鋼粉）和隨后的青銅滲透，快速工具有 3D 系統(tǒng)專有的過程（以前從 隨形冷卻通道可以被納入模型，最后形成千上萬的普通塑料球。 聚酰胺銅過程像 已從 3D 系統(tǒng)提供和使用的青銅和聚酰胺粉末混合物和適形冷卻水通道，可以納入模具。 接金屬激光燒結(jié)（ 藝是利用專門開發(fā)的機(jī)器和多組分金屬粉末（銅或鋼與鎳的混合物）。 藝用于燒結(jié)，不需要青銅滲透。圖 15 顯示了隨形冷卻通道設(shè)計(jì)的 型芯和型腔鑲件。 直接 目的（準(zhǔn)確，清晰，環(huán)氧樹脂固體注射模） 快速成型的進(jìn)程提供的能力為注塑成型的三維系統(tǒng)的光固化快速模具開發(fā)（ 在 過程，一個(gè)光固化環(huán)氧樹脂形成的樹脂是通過暴露于 光束固化，為了進(jìn)一步提高熱傳導(dǎo)渠道，銅或鋁桿可以被添加到低熔點(diǎn)的合金混合，提出了限制模具表面?zhèn)鳠岬睦鋮s通道的一致性。圖 16 顯示了 術(shù)的注塑模具裝配體的橫截面。 高熱鑄鐵 普洛鑄鐵是麻省理工學(xué)院三維印刷工藝注塑模具的制造中的應(yīng)用，系統(tǒng)創(chuàng)建了普洛鑄鐵金屬零件選擇性結(jié)合的金屬粉末層，它使用一個(gè)在金屬粉末廣域噴墨頭存 放液體粘合劑，最終的金屬模具是由燒結(jié)青銅滲透類似的 3 17 顯示的冷卻通道可以在模具設(shè)計(jì)中位于任何位置。