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材料加工技術(shù)雜志 187 188 2007 690 693 自適應(yīng)電動(dòng)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 注射成型的模具 Nardin B a B Zagar a came came A Glojek a D Kri AJ BZ TECOS 工具和模具開(kāi)發(fā)中心的斯洛文尼亞 Kidri eva Cesta 3000 Sloveniac Celje b教員的電氣工程 斯洛文尼亞盧布爾雅娜 摘要 在模具的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中有一基本問(wèn)題就是是否能夠?qū)ψ⑺苣＞叩臏囟?條件進(jìn)行控制 精確的研究在模具熱力學(xué)過(guò)程表明 換熱是可以操縱熱量的手段 這樣的系統(tǒng)升級(jí)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)在模具或可以是一個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用程序內(nèi)部熱操作 在本文中 作者將目前的研究項(xiàng)目的結(jié)果 這是在三個(gè)階段 其結(jié)果是在 A686 2006 專(zhuān)利實(shí)施專(zhuān)利 測(cè)試階段 原型階段和產(chǎn)業(yè)化階段將出現(xiàn) 該項(xiàng) 目的主要結(jié)果是總的和快速在周期時(shí)間和整體影響重點(diǎn)變形的塑料產(chǎn)品質(zhì)量在 線的模具溫度調(diào)節(jié)控制 提出了應(yīng)用程序可以提供一個(gè)里程碑 模具溫度和產(chǎn)品質(zhì)量控制的注射成 型過(guò)程中的領(lǐng)域 2006 Elsevier B V 保留所有權(quán)利 關(guān)鍵詞 注射成型 模具冷卻熱電模塊 數(shù)值模擬 1 介紹 定義的問(wèn)題 開(kāi)發(fā)技術(shù)的冷卻模具通過(guò)熱電的 TEM 意味著推導(dǎo)的工業(yè)實(shí)踐和存在的問(wèn)題 即 在設(shè)計(jì) 工具制造和開(kāi)發(fā)工具 目前的冷卻技術(shù)有技術(shù)的局限性 其局限性的 位置及提前預(yù)測(cè)與有限元分析 FEA 仿真包但不是完全可以避免的 結(jié)果一個(gè)多 元化國(guó)家的最先進(jìn)的分析顯示 所有現(xiàn)有的冷卻系統(tǒng)不提供可控的傳熱能力足以 符合要求的工藝窗口當(dāng)前聚合物加工技術(shù) 聚合物加工是當(dāng)今有限 在任期縮短生產(chǎn)周期時(shí)間內(nèi) 降低成本 只與熱容操 作功能 其他生產(chǎn)優(yōu)化功能已經(jīng)驅(qū)動(dòng)機(jī)械和聚合物加工的局限性 3 1 1 熱過(guò)程中注塑塑料加工 塑料的處理是基于傳熱塑膠材料和模腔之間 在計(jì)算傳熱應(yīng)該考慮兩個(gè)主 要事實(shí) 首先是所有能源使用基于熱力學(xué)定律的第一定律節(jié)能 1 第二是速度的 傳熱 在傳熱分析的基本任務(wù)是隨時(shí)間和溫度計(jì)算其分布在研究系統(tǒng) 最后取 決于速度之間的熱傳導(dǎo)的系統(tǒng)和環(huán)境和速度的傳熱系統(tǒng)內(nèi)部 基于傳熱可以作 為熱傳導(dǎo) 對(duì)流和輻射 1 1 2 冷卻時(shí)間 完成注射模塑過(guò)程周期由模具閉合階段 注入融化成腔 包裝壓力相位補(bǔ)償 收縮效應(yīng) 冷卻階段 開(kāi)模階段和部分排出期 在大多數(shù)情況下 最長(zhǎng)時(shí)間的上 述所有階段是冷卻時(shí)間 冷卻時(shí)間在注射模塑過(guò)程被定義為時(shí)間需要冷卻塑料零件到彈射溫度 1 圖 1 模具溫度變化在一個(gè)周期的 2 一個(gè)冷卻過(guò)程的主要目的是降低額外冷卻時(shí)間 在理論上是不必要的 在 實(shí)踐中 它延伸從 45 到 67 的整個(gè)周期時(shí)間的 1 4 從文學(xué)與實(shí)驗(yàn) 1 4 它可以看到 模具溫度影響極大 因此脫模時(shí)間冷卻時(shí) 間 成本 注射成型過(guò)程是一個(gè)循環(huán)過(guò)程 模具溫度變化見(jiàn)圖 1 溫度變化從平均價(jià)值 通過(guò)整體周期時(shí)間 2 塑料注射模具冷卻技術(shù) 因?yàn)樗呀?jīng)描述 已經(jīng)有幾種不同的技術(shù) 讓用戶來(lái)冷卻模具 5 最傳統(tǒng)的 方法是用鉆井技術(shù) 即生產(chǎn)模具的洞 通過(guò)這些孔 coolinglines 冷卻介質(zhì)流 動(dòng) 消除生成和積累的熱量從模具 1 2 它也是非常方便的在不同的材料建造 不同的熱導(dǎo)率 目的是提高控制模具溫度條件 這樣的方法是所謂的被動(dòng)方法對(duì) 模具溫度控制 這個(gè)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)是使一個(gè)活躍的系統(tǒng) 它可以改變熱條件 對(duì)于所需 的方面 比如產(chǎn)品質(zhì)量或周期時(shí)間 一個(gè)這樣的方法是集成熱電氣模塊 TEM 它 可以改變熱條件期望的性質(zhì) 對(duì)于模具 用這樣的方法 一個(gè)可以控制傳熱與時(shí) 間和空間變量 什么手段 溫度可以調(diào)節(jié)整個(gè)注塑周期 獨(dú)立于位置的模具 熱控 制是通過(guò)控制單元 輸入變量是收到的人工輸入或輸入從注塑仿真 與輸出值 控制單元模塊行為監(jiān)控TEM 2 1 熱電模塊 TEM 為需要的熱操作 TEM模塊集成到模具 熱量與電之間的交互變量對(duì)于換熱 是基于珀?duì)柼?yīng) 珀?duì)柼?yīng)的現(xiàn)象是眾所周知的 但它是直到現(xiàn)在從未用于 注塑應(yīng)用程序 TEM模塊 見(jiàn)圖2 是一個(gè)設(shè)備由妥善安排雙P和N型半導(dǎo)體 放置兩 個(gè)陶瓷板之間形成熱與冷熱電冷卻器網(wǎng)站 權(quán)力的傳熱可以容易控制通過(guò)的大 小和極性的電流提供 圖 2 TEM 框圖 2 2 申請(qǐng)模具冷卻 應(yīng)用程序的主要想法是插入到墻壁的 TEM 模塊模腔作為主要傳熱單元 這些基本的裝配中可以看到圖 3 二次傳熱是通過(guò)常規(guī)流體冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 允許熱流入與流出從模腔熱力學(xué)系統(tǒng) 圖 3 TEM 冷卻組件結(jié)構(gòu) 設(shè)備呈現(xiàn)在圖 3包括熱電模塊 一個(gè) 使主要傳熱從或溫度可控表面模具 腔 B 二次傳熱是通過(guò)冷卻通道啟用 C 提供恒溫條件在模具 熱電模塊 一 操作作為熱泵和這樣操縱與熱派生或者從模具由流體冷卻系統(tǒng) C 系統(tǒng)二次加 熱與冷卻通道操作作為熱交換器 減少熱容的可控區(qū)域保溫 D 是安裝在模腔 F 和 模具結(jié)構(gòu)板 E 圖4 溫度的檢測(cè)與調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu) 整個(gè)應(yīng)用程序包括TEM模塊 一個(gè)溫度傳感器和電子裝置控制系統(tǒng)的完整 該系統(tǒng)被描述在圖4和包括一個(gè)輸入單元 輸入界面 和一個(gè)供應(yīng)單位 單位為電 子和電力電子供應(yīng)h橋單元 輸入和供應(yīng)單位與溫度傳感器回路信息附在一個(gè)控制單元 作為執(zhí)行單元試 圖強(qiáng)加預(yù)定義的溫帶 時(shí)間 位置關(guān)系 使用珀?duì)柼?yīng) 單位可以用于加熱或冷 卻的目的 二級(jí)除熱是通過(guò)流體冷卻媒體實(shí)現(xiàn)視為換熱器 如圖4 這單位是根據(jù)目前 的冷卻技術(shù)和作為一個(gè)水槽或源的熱 這允許完全控制過(guò)程從溫度 時(shí)間和位 置通過(guò)整個(gè)周期 此外 它允許不同的溫度 時(shí)間 位置概要文件在周期也為起點(diǎn) 和終點(diǎn)的過(guò)程 描述技術(shù)可用于各種工業(yè)和研究目的 精確的溫度 時(shí)間 位置控 制是必需的 本文所提出的系統(tǒng)在無(wú)花果 3和4的比較分析 從理論以及實(shí)踐的觀點(diǎn) 分 析了理論方面通過(guò)有限元模擬 而實(shí)用的開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)的原型到實(shí)際應(yīng)用測(cè)試 3 有限元分析模具冷卻 當(dāng)前的發(fā)展對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)包括幾個(gè)階段 3 其中還設(shè)計(jì)和優(yōu)化一個(gè)冷卻 系統(tǒng) 這是現(xiàn)在由模擬使用定制的有限元軟件包 模塑仿真分析 4 可以預(yù)測(cè) 冷卻系統(tǒng)功能 特別是其影響塑料 與這種模擬 模具設(shè)計(jì)師收集信息在產(chǎn)品流 變學(xué)和變形由于收縮作為魔法作為生產(chǎn)時(shí)間周期信息 這個(gè)熱信息通常是準(zhǔn)確的 但仍然可以不可靠的情況下的流變材料信息不足 高質(zhì)量的輸入為熱調(diào)節(jié)TEM 需要得到一個(gè)圖片關(guān)于溫度分布在周期時(shí)間和整個(gè) 模具表面和整個(gè)模具厚度 因此 不同的過(guò)程模擬是必要的 圖5 在有限元環(huán)境原型截面 3 1物理模型 有限元分析 實(shí)現(xiàn)有限元分析為開(kāi)發(fā)項(xiàng)目做是由于作者長(zhǎng)期經(jīng)歷這樣的包 4 和可能性來(lái) 執(zhí)行不同的測(cè)試在虛擬環(huán)境 整個(gè)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)了原型在有限元環(huán)境 見(jiàn)圖5 通 過(guò)溫度分布在每個(gè)部分的原型和聯(lián)系人之間的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了探討 為模擬物 理特性在一個(gè)樣機(jī) 仿真模型構(gòu)建了利用COMSOL軟件多重物理量 結(jié)果是一個(gè)有 限元模型與真實(shí)的原型 見(jiàn)圖7 通過(guò)它可以比較和評(píng)估結(jié)果 探討了有限元模型在術(shù)語(yǔ)的傳熱物理考慮兩個(gè)熱源 水換熱器與流體物理和 熱電模塊與傳熱物理 只有傳導(dǎo)和對(duì)流輻射進(jìn)行分析 忽略了由于低相對(duì)溫度 因 此低影響溫度 有限元分析的邊界條件設(shè)定目標(biāo)達(dá)到相同的工作條件 在實(shí)際測(cè)試 周?chē)?空氣和水換熱器被設(shè)定在穩(wěn)定的溫度 20 C 圖 6 根據(jù)有限元分析的溫度分布 有限元分析的結(jié)果中可以看到圖6 即通過(guò)模擬溫度分布區(qū)域圖5所示 圖6 表示穩(wěn)態(tài)分析 非常準(zhǔn)確的原型測(cè)試相比 為了模擬時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行了瞬態(tài)仿真也 顯 示非常積極的結(jié)果對(duì)于未來(lái)的工作 才能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)溫差200 C在很短的時(shí)間 5 s 可能會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題在TEM結(jié)構(gòu) 這些問(wèn)題就都解決了幾個(gè)解決方案 比如足 夠的安裝 選擇合適的材料和應(yīng)用智能化電子透射監(jiān)管 3 2實(shí)驗(yàn)室測(cè)試 因?yàn)樗呀?jīng)描述 原型制作和測(cè)試 見(jiàn)圖7 結(jié)果顯示 設(shè)置的假設(shè)被證實(shí) 用TEM模塊 可以控制溫度分布的不同部分的模具在整個(gè)周期的時(shí)間 與實(shí)驗(yàn)室 測(cè)試 這是證明了的 可以是實(shí)際的熱操縱監(jiān)管與TEM模塊 測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室 模 擬真實(shí)的工業(yè)環(huán)境 注塑成型機(jī)克勞斯Maffei公里60 C 溫度傳感器 紅外攝像 機(jī)和原型TEM模塊 反應(yīng)溫度在1 8 s多樣形式 5 80 C 代表一個(gè)廣闊的區(qū)域內(nèi) 的熱量控制在注塑周期 圖7 在實(shí)際環(huán)境中的原型 4 結(jié)論 利用熱電模塊與它直接連接輸入和輸出之間的關(guān)系是一個(gè)里程碑冷卻應(yīng)用 程序 它的引入對(duì)注塑模具與它的問(wèn)題和問(wèn)題處理的冷卻結(jié)構(gòu)精密 高質(zhì)量的塑 料部分代表了很高的期望 作者是假設(shè)使用珀?duì)柼?yīng)可用于溫度控制在模具注塑 的方法有基于仿 真的工作和真正的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備證明 假設(shè)被證實(shí) 仿真結(jié)果顯示 一個(gè)廣泛 的領(lǐng)域可能的應(yīng)用 TEM 模塊在注塑過(guò)程 與功能的溫度曲線提到跨周期時(shí)間 注射模塑過(guò)程可以完全控制 工業(yè)的問(wèn) 題 如均勻冷卻問(wèn)題類(lèi)表面及其后果的塑料件外觀可以解決 填充墻的問(wèn)題可以 解決薄長(zhǎng)與過(guò)熱的一些表面在注射時(shí)間 此外 這樣的應(yīng)用程序控制流變特性的 塑料材料可以獲得 用適當(dāng)?shù)臒嵴{(diào)節(jié) TEM 是可能甚至控制熔體流動(dòng)的模具 在充 填階段的模腔 這是做了適當(dāng)?shù)臏囟确植嫉哪＞?更高的溫度對(duì)薄壁零件的產(chǎn)品 應(yīng)用TEM模塊 可以顯著減少周期時(shí)間在注塑過(guò)程 時(shí)間的限制可能減少在 于框架的10 25 的額外的冷卻時(shí)間 在1 2節(jié)描述 應(yīng)用 TEM 模塊可以積極控制產(chǎn)品的翹曲和調(diào)節(jié)量的產(chǎn)品翹曲的方式來(lái)達(dá)到 所需的產(chǎn)品公差 提出了 TEM 模塊冷卻應(yīng)用注射模塑過(guò)程是一個(gè)優(yōu)先的選擇注意的專(zhuān)利 屬于 TECOS 舉行 參考文獻(xiàn) 1 I Cati Izmjena topline u kalupima za injekcijsko pre anje plastomera sDru tvo plasti ara i gumaraca Zagreb 1985 sc 2 I Cati F Johannaber Injekcijsko pre anje polimera i ostalih materiala s Dru tvo za plastiku i gumu Biblioteka polimerstvo Zagreb 2004 s 3 B Nardin K Kuzman Z Kampu Injection moulding simulation results as an input to the injection moulding process in AFDM 2002 The Second International Conference on Advanced Forming and Die Manufacturing Technology Pusan Korea 2002 4 TECOS Slovenian Tool and Die Development Centre Mold ow Simulation Projects 1996 2006 5 S C Chen et al Rapid mold surface heating cooling using electromagnetic induction technology ANTEC 2004 Conference CD ROM Chicago Illinois 16 20 May 2004