垃圾鏟把手注塑模具設計【含CAD圖紙+文檔】
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外文翻譯注塑模具設計:影響生產效率文摘 本文提出了一種系統(tǒng)的注塑模具節(jié)能設計方法。它支持工程師分析設計成果,以實現(xiàn)注塑模具的節(jié)能操作,而該方法需要保證最終產品的質量,并保證生產過程的性能在數年的使用中。提出了一種信息和通信技術支持的系統(tǒng)方法,使工程師能夠監(jiān)控生產過程,從過去的設計中學習,并獲得設計新的注塑模具的知識,這些模具可以用較少的能源使用。獲得了汽車塑料零件生產中收集到的經驗和關鍵結果。關鍵詞 能源高效制造設計;制造系統(tǒng)能源監(jiān)測;基于知識的注塑模具設計1介紹塑料零件的生產商正面臨著激烈的全球競爭。除了高質量和合理的成本外,環(huán)境影響已成為一個重要的因素,與能源消耗密切相關。注塑模具的設計是制造過程中塑料零件壽命周期的關鍵因素。模具設計是一項具有挑戰(zhàn)性且成本高昂的任務,旨在滿足產品設計者和生產現(xiàn)場的要求。模具設計必須考慮到大量的因素。一些主要因素是模具的尺寸、孔洞的數量、孔腔布局、澆道和澆注系統(tǒng)、材料的收縮和噴射系統(tǒng)1。工業(yè),特別是汽車領域處于探索減少生產過程對環(huán)境影響的新方法的前沿。除了歐盟提出的減少二氧化碳排放的提案外,汽車公司也正致力于生態(tài)創(chuàng)新,這些創(chuàng)新將在發(fā)動機和動力傳動技術之外開辟更廣闊的領域。這包括汽車零件的生產2。注塑成型是塑料制品加工過程中最重要、最廣泛的工序3,可以解決幾個具有挑戰(zhàn)性的競爭要求:塑料零件通常是輕量化的,為產品設計人員提供了低成本的設計自由??紤]到能源效率,注塑工藝仍為改進提供了機會。子系統(tǒng)的潛在能量儲蓄范圍在10%到80%之間4。我們自己的工作以及之前的其他研究都明確地指出了有效協(xié)作團隊的重要性5,而對于創(chuàng)新問題的良好解決方案,很大程度上依賴于設計者。使用強大的設計工具的創(chuàng)意設計師將能夠快速解決技術問題6。正如Bogdanski所指出的,在生產環(huán)境中促進能源效率的一個關鍵因素是監(jiān)測能量流,并反饋信息的方向7。正如Bogdanski所指出的,在生產環(huán)境中促進能源效率的一個關鍵因素是監(jiān)測能量流,并反饋信息的方向7。我們的工作的主要動機是制定一個系統(tǒng)的方法,支持分析考慮節(jié)能模具的運作的注塑模具設計成果。關鍵的想法是將這些信息反饋給模具設計者,這樣他們就可以利用因果關系的知識,特別是幫助他們從之前解決或解決的類似問題中學習。本文提出了節(jié)能注塑模具設計的基本思路。我們將重點介紹模具設計中的關鍵因素,這些因素對生產過程中的能源需求產生了很大的影響,并描述了在汽車制造環(huán)境中評價模具能效的相關方法。2方法2.1注塑成型過程中的能耗注塑成型工藝的核心部件是注塑機,它是在注射成型機器上操作的,同時需要泵和冷卻水以及其他設備來干燥顆粒和處理/輸送生產的部件。這些電器消耗電能,是注塑成型的關鍵能源。在8中所展現(xiàn)的,液壓注射成型系統(tǒng)的能耗份額分為:模具溫度調節(jié)(36.1%),機器驅動,螺桿和控制(47.2%),塑化單元加熱(16.7%)。這臺機器,作為能源的主要消耗者,似乎是第一個提高能源效率生產的杠桿。事實上,通過投資新機器,從舊的液壓系統(tǒng)到全電動機器,可以節(jié)省30%到60%的能源成本9。在規(guī)劃基礎設施投資時,經??紤]到這一措施。該原理也適用于其他設備,如干燥機、泵等。只針對直接消耗電能的家電,將注塑模具排除在外。我們的主要想法是分析模具、機器、材料和輔機的組合。每部分所需的能量被認為是相當穩(wěn)定的,當將一個部分特定的模具與一個特定的機器結合。在注射成型過程中有兩類子過程:*1 能源消耗部分取決于表面變粗糙增塑,關閉和打開機器。這些參數直接受鉛球重量、零件幾何尺寸和模具尺寸的影響。這些被認為是穩(wěn)定的決定因素(焦點部分-機器組合)。*2相反,模具溫度調節(jié)和塑化單元加熱主要以消耗能量為特征。特別是在機器空轉的注塑工藝中。剩余冷卻時間可視為機器空閑時間。剩余冷卻時間的定義是:在最佳冷卻條件下凝固所需的最小理論冷卻時間,由于材料和體積,加上額外的冷卻時間,由于模具冷卻系統(tǒng)的低效率減去注射成型周期重疊冷卻時間的過程。邏輯上的假設是減少這樣的低效(即改善冷卻系統(tǒng)),以便能夠特別減少溫度調節(jié)和塑化單元加熱所需的能量(焦點模具-機器組合)。2.2挑戰(zhàn)的解決模具冷卻系統(tǒng)是注塑模具的組成部分,決定了其冷卻效率。冷卻通道通常由鉆孔制造。這些孔被連接在一起(交叉孔或軟管),或用插頭分開,以在模具內部形成有向流動的冷卻液。一旦冷卻系統(tǒng)被制造出來,就很難做出實質性的改變。因此,注射模的設計是影響冷卻效率低下的生命周期的理想階段。正如10所指出的,在設計階段準確預測模具未來的能耗是極具挑戰(zhàn)性的。對注塑模具冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計是否與冷卻效率的降低無關。為了確定注塑模具冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)程度及其對生產效率的影響,需要關鍵性能指標(KPI)。注塑成型中最重要的KPI是“每件成本”11。模具設計者的主要目標是盡量減少這個數字。當能源效率作為一個新的子目標引入時,相關的KPI可能包括:所需的能源生產塑料零件,零件總數與模具生產,浪費能源,由于殘余冷卻時間,每一部分設計模具所需的時間和精力,努力,為模具制造能源和資源,期望終生的模具,模具所需的精力和能量變化。在進行成本效益分析時,可以認為模具產生的零件數量是關鍵約束。成本的影響以及與能源相關的后果,考慮到整體的最佳,與單個模具的離散最優(yōu)相沖突。模具設計者不能忘記關于零件質量和要求的生產力的基本約束。研究工作必須考慮到大多數注射模具都是單獨設計的,因為它們是獨一無二的,或者是在非常小的數量單位中產生的。有很多相似之處,但由于模具內部冷卻系統(tǒng)的復雜工程,不能很容易地重用現(xiàn)有的同類產品設計方案。例如,在汽車工業(yè)中,OEM正在為不同類型、型號以及原型部件積累數千種不同的基于cad的模具設計。重用這些知識是一個挑戰(zhàn)。關于注射成型的能源效率,目前只有很少的知識。以Pecas等為例,評估了不同制造方法對產量低的模具的環(huán)境影響的差異12。對于較大的產量,他們發(fā)現(xiàn)模具制造階段對環(huán)境的影響與模具的使用階段相比顯得微不足道13。我們的工作是伴隨著汽車工業(yè)的一個案例研究,在這個行業(yè)中,注塑模具是設計、制造和用于生產中大批量生產的。因此,主要的挑戰(zhàn)是制定一種方法,利用現(xiàn)有的工程知識,收集關于能源流動的新知識,以及在注塑模具使用階段的能源效率。這是在設計替代方案和它們對生產中能源效率的影響之間的相關性的識別。本文從模具的使用階段對新模具的設計進行了反饋。2.3注塑模具設計影響分析為了能夠評估對能源效率的影響,有必要對現(xiàn)有的模具設計進行分析,以達到要求的質量、努力、能源和成本。這些要求必須與產生一部分的必要能量有關?,F(xiàn)有的設計知識庫必須進行分析,以找出對模具設計人員和/或工藝工程師在生產階段的能效方面有用的信息。這個想法是建立一個知識庫來不斷收集信息并提供評估的可能性。Thiede、Spiering和Kohlitz指出,在分階段的注塑過程的能量信息的構建有利于分析由于電力需求的動態(tài)行為而產生的能源效率措施的影響14。本文采用這種方法。這項工作的結構如下: 1.在主要任務中組織注塑模具設計過程,2.確定與冷卻系統(tǒng)設計有關的任務,可以通過提供額外的信息來改進,3.分析生產和維護程序,以制定不影響生產的分析方法,4.精心設計一種結構化數據模型,將相關的信息轉化與產生的部分相結合,5.開發(fā)測量方法及相關設備,6.對注塑模具的代表性樣品進行能量測量,7.對測量數據進行專家分析,確定與能源效率有關的設計決策的關鍵后果。3注塑模具工程分析了模具的成型周期,模具設計對以下因素有很大的影響:a)殘余冷卻時間b)模具運動(開、關)例如,當為一個過濾器的外殼建造一個新的雙腔模具時,只有通過改進模具的冷卻系統(tǒng),才能將周期時間從58秒降低到34.7秒。這是通過使用常規(guī)的水冷和常規(guī)的模具鋼鉆洞實現(xiàn)的。只有通過優(yōu)化的模具設計,新模具才能夠比舊的慢運轉模具快1.67倍。根據需要的零件數量,設計師可以考慮減少模腔的數量。這將節(jié)省模具的投資,并使使用小型注塑機成為可能。模具中的模腔數量主要是由成本驅動的決策11,取決于產量和模具成本。此外,生產車間可利用的模具復雜性和注塑機對模具的合理數量有影響。理想情況下,所有權的總成本應按14所述分析。對于過濾器殼體的研究模型,將模腔的數量保持為2個。這個例子表明,良好的模具性能并不一定意味著必須使用高端冷卻技術和保形冷卻模具插入行由激光器,使用特殊的模具材料或CO2等特殊冷卻技術冷卻或類似(所有這些原則有合理的應用程序,但是在許多情況下,可以實現(xiàn)良好的解決方案與常規(guī)技術)。3.1刀具設計中的限制因素特別是在汽車行業(yè),時間安排非常狹窄,模具設計的預算也很有限。盡管現(xiàn)代的cad系統(tǒng),模具設計在制造新模具時仍然是一個瓶頸。對于大型模具來說,模具設計完全完成之前,模具制造是很常見的做法。這給模具設計師帶來了相當大的時間壓力,因為他必須以一種模具制造可以持續(xù)的方式繼續(xù)完成他的設計。此外,這可以限制設計師的設計方案,以創(chuàng)造一個最佳的模具設計,因為他不再可以自由的改變模具設計在一個后期階段。從技術角度來看,冷卻系統(tǒng)布局的有限元模擬是可行的,但大多數的cad系統(tǒng)都沒有完全融入有限元軟件。這需要額外的工作,這通常需要一位有限元專家來完成。此外,有限元計算的時間還需要很長時間(數小時到數天)。有限元的主要問題是它不設計一個好的冷卻系統(tǒng);它只顯示了弱點。根據模具設計者的知識和創(chuàng)造力,需要幾個循環(huán)來獲得接近最佳的結果。由于這些原因,有限元分析只適用于一小部分模具設計。3.2冷卻系統(tǒng)設計許多冷卻系統(tǒng)的設計都是基于以上所述的各種限制因素來完成的。這樣的冷卻系統(tǒng)不一定是壞的,但很少是最優(yōu)的。模具設計者“過度工程師”的冷卻系統(tǒng)導致模具制造成本高,或系統(tǒng)存在弱點,這將導致長時間的剩余冷卻時間導致模具運行緩慢。圖2顯示了冷卻線正確定位的重要性(以大圓為標志)。小點(2 x左/右,1 x中心)代表模具表面的控制點。中心點標志著系統(tǒng)的“弱點”。與外點的模具表面相比,中心點的模具表面總是會更熱。這是由于冷卻線的尺寸和位置。由于模具需要穩(wěn)定,很不幸的是,在整個模具表面下冷卻液是不可能的。設計一個三維零件的冷卻系統(tǒng)是一個復雜得多的任務。模具設計者不僅要注意零件形狀所造成的幾何限制,而且還需要為諸如塑料注射(例如熱流道系統(tǒng))和零件脫模(如引腳、滑塊、段)等功能部件留有空間??梢杂貌煌姆绞皆O計滑塊、段和噴頭的形狀和位置。通?;瑝K和段需要有一個冷卻系統(tǒng)本身。這意味著冷卻系統(tǒng)受到功能元件的影響,同時冷卻系統(tǒng)對其形狀產生影響。圖3顯示了冷卻系統(tǒng)設計流程的流程圖;這個過程通常需要一個迭代的方法。
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