照相机前盖的注塑模具设计及工艺-抽芯塑料注射模含11张CAD图
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照相机
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11
CAD
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照相机前盖的注塑模具设计及工艺-抽芯塑料注射模含11张CAD图,照相机,注塑,模具设计,工艺,塑料,注射,11,CAD
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注塑模具之电力驱动温度调节系统-材料加工技术杂志187188 (2007) 6906931、 文章的定义和介绍通过热电（TEM）手段冷却模具技术的发展，派生出的工业实践和问题，即在设计，制作工具和开发工具之中形成。当前的冷却技术有技术上的限制，通过有限元分析模拟包的提前预测可以发现这些局限，但是不能够完全避免。各种不同的分析结果显示，现在所有的冷却系统不能够提供可控制的传热能力，而足以适应目前聚合物加工工艺要求的技术窗口。当前聚合物的加工是在热容量处理能力上被限制的（从生产周期和降低成本上看）。其他生产优化功能几经突破了机械和聚合物加工的限制。1.1.注射成型塑料加工中的热处理工艺塑料加工是以塑件材料和模具型腔之间的热量转移为基础的，在热传递的计算中应该考虑两个主要事实：第一是所有使用的能源应该遵循能量守恒的热力学第一定律，第二个是传热速度。热传递分析的基本任务是随着时间的推移和在被研究系统内部的温度分布计算。最后取决于系统和环境之间、系统内部之间的热量传递速率。塑料加工产生的热量可以通过热传导、对流和辐射进行传递。1.2.冷却时间完整的注塑成型工艺周期包括合模阶段，熔体注入型腔阶段，保持压力补偿收缩效果阶段，冷却阶段，开模阶段和部分弹射阶段。在大多数情况下，以上所描述的所有阶段中，所需时间最长的是冷却阶段。在注塑过程中，冷却时间定义为塑料部件的温度降到可以被弹射出时而所需要的时间。冷却过程的主要目的是为了降低额外的冷却时间，但这在理论上是没有必要的，在实际生产中，冷却时间会在整个生产周期中由45%增加到67%。从大量的文献和实验中可知，模具自身的温度对于模具的排出时间，尤其是冷却时间有巨大的影响。模具注塑成型过程是一个循环的过程中，模具温度变化如图1所示，由图可看出模具温度的变化跨过整个生产周期的平均值。二、注塑模具的冷却技术由于作了一些说明，现在已经有几个不同的冷却技术，这样可以帮助厂家冷却模具。最常用的冷却方法就是钻孔技术，即在模具上钻出一些空。通过这些小孔（冷线），流动的冷却介质可以从模具中带走注塑时产生和积累的热量。这些小孔同样可以很方便的钻在不同的材料上，为了增强对模具温度的控制，应使用不同于模具材料热传导率的冷却介质。因此这种调控温度的方法对于模具的温度控制来说是被动的。做出一个主动调节温度的系统，即可以改变热量状况，从而得到期望的方面，例如产品质量或周期时间，而这是一个具有挑战性的任务。这种做法之一就是整合热电气模块(TEM),他可以改变模具热量条件，从而得到理想的模具特性。用这种方法，可以在时间变量和空间变量下控制热量传递，这就意味着，模具温度可以通过注塑周期来被调节，而不受模具自身各部位的影响。热量控制可以通过控制单元完成，控制单元中的输入变量可由人工输入或注塑模拟输入而被接收。在有输出值的情况下，控制单元可以监视TEM模块的运行状况。2.1.热电模块（TEM) 因为热量控制的需要，热电模块被集成到模具之中。热变量和电气变量之间的相互作用来改变热量是基于珀耳帖效应，珀耳帖效应的现象众周所知的，但它到现在为止从未在注塑应用中使用过。TEM模块是一种位于两个陶瓷板之间的合理布置的几套P型和N型半导体构成的装置，从而形成冷的和热的电势点。热量传递的功率易于被提供电流的大小和极性来控制。2.2.模具冷却的应用 该应用的主要目的是将TEM模块插入模具型腔的内壁中来作为一个主要的热量传递装置。由图3可以看出热电模块的基本装配，通过常规的液体冷却系统，使热流量通过模腔热力系统以实现二次换热。在图3中，该装置由热电模块（A)组成，它可以将大部分热量传递到温度可以被控制的模具型腔的表面上(B)。经过冷却通道（C)以实现二次传热，这样可以使模具内部温度保持不变。热电模块(A)作为热力泵来运转，这样可以通过流体冷却系统(C)来控制热量在模具内导入或导出。整个系统是在冷却通道下进行二次热量控制的热转换工作。为了减少热容量可控区域，绝缘体(D)被安装在模腔(F)和模具结构板(E)之间。整个应用包括温度模块，温度传感器和一个控制整个系统的电子装置。这个系统描述如图4所示，其中包括输入单元（输入接口）和应用单元（电子单元和电力电子供应，即H桥单元）。温度传感器的循环信息的输入和供应单元都连接到一个控制单元 ，其作为一种执行元件试图加强预先确定的温度/时间/位置关系。应用珀尔帖效应 ，这个执行元件可以用于加热或冷却。通过流体冷却介质，二次热量的消除可以实现，由图4的热量转换可以看出。该执行单元是基于目前的冷却技术，并作为一个散热器或热源来使用。这使得在温度，时间和位置方面的整个循环过程中实现完全控制成为可能。此外，它允许在循环过程中不同温度/时间/位置结构可以开始和停止进程。以上所叙述的工艺可以用于那些要求精确控制温度/时间/位置的不同产业和科研之中。图3和图4所展现的系统是从理论和实际的关点来分析的。理论方面是通过有限元模拟分析的，而实践方面是将元件通过真实环境应用程序测试来实现并发展起来的。三、模具冷却的有限元分析目前注塑模具设计的发展，包括几个阶段。其中也包括冷却系统的设计和优化阶段。这是目前通过模拟来执行并使用定制的有限元建模包，它可以预测冷却系统的功能，尤其是它对塑料制品的影响力。依据这种模拟，模具设计人员可以收集到产品流变、产品收缩变形和产品生产周期的综合信息。这种热量信息通常是准确的，但是由于材料流变信息的不足，它仍然是不可信的。为了对热电模块调节系统有高质量的输入，在整个注塑循环周期中，需要一个温度分布图，并贯穿模具表面和模具厚度层。因此需要不同工艺模拟。3.1.物理模型，有限元分析 由于工作人员大量经验而积累如此多的数据和在虚拟环境中成功完成不同实验可能性上，而使有限元分析法能在已发展项目上成功实施。整个冷却系统原型是在有限元环境中设计的，且贯穿冷却系统原型的每一部分温度分布，同时对这些联系进行了探讨。为了模拟已开发原型的内在物理特性，可以使用COMSOL Multiphysics软件构建一个仿真模型。结果有限元模型和实际模型是一样的，并且通过它有了比较和评估的可能性。从热量转换的物理现象观点探讨有限元模型时，应该考虑两个热源：一个是水变换和流体物理，一个是热电模块与热物理转换（仅仅分析了传导和对流，由于相对温度低，辐射影响被忽视了，所以对温度影响也低）。在实际试验中，有限元分析的边界条件被设定为获得同样工作条件的这样一个目标。周围的空气转换器和水转换器设定为20C稳定的温度。 Fig. 6. Temperature distribution according to FEM analysis. Fig. 7. Prototype in real environment. 在图6中可以观察到有限元分析的结果，图5显示了模拟区域的温度分布情况，图6描述了在稳定状态下的分析情况，和样机试验相比，这是非常准确的。为了模拟响应时间，同时也进行了瞬时模拟，这对于以后的工作显示出了非常积极的效果。这在很短的时间内可能会达到200 C，以至于热电模块结构会产生一些难题。这些问题已经被几个解决方案解决了，比如适当的安装，选择合适的TEM材料和智能电子调节的应用。3.2.实验室测试 因为已近描述过，这样的型号也已经制作出来并作了测试（如图7所示）。由显示的结果可知，先前设定的假设也被证实了。在注塑周期的时间内，TEM模块控制模具不同部位的温度分布是可能的。由实验室的测试证明，TEM模块确实可以控制热处理的问题。在有注塑机Krauss Maffei KM 60 C，温度传感器，红外线照相机和原型TEM模块的情况下，这个实验，即模拟真实工业环境，在实验室中完成了。实验的温度在1.8秒内由5摄氏度到80摄氏度变化着，这代表了在注塑周期内有一个大的温度控制区域。四、结论 在输入和输出的关系中，使用热电模块有着直接的联系，这在冷却技术的应用中是有里程碑的意义。注塑模具时，把热电模块引入不稳定的冷却结构中，不准确的工艺精度中和高质量的塑料结构中这一技术显示出了很高的期望。作者假设在注塑模具时运用珀尔帖效应可以实现温度控制。随着模拟工作的开始和实验室设备的实际生产，这些假设被证实了。模拟的结果表明在注塑过程中TEM模块可能会有很大的应用空间。随着在周期时间里温度曲线功能的提及，注塑过程可以被完全控制。现在可以解决的工业问题，例如均匀冷却的有问题的一类表面和塑料部分外观的形状等。在注塑时间里提高一些表面的温度，这样可以解决注塑薄壁塑件的难题。此外，利用这些技术，控制塑性材料的流变特性就可以实现了。在填充模腔阶段，合理调节热电模块的热量，它就可能甚至可以调控模腔里的熔融液体，这样做是运用了模具中合适的问题
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