已阅读5页,还剩6页未读, 继续免费阅读
版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
AMETHODOLOGYFORTHEDESIGNOFEFFECTIVECOOLINGSYSTEMININJECTIONMOULDINGINTJMATERFORM2010VOL3SUPPL11316DOI101007/S1228901006952SPRINGERVERLAGFRANCE2010ABSTRACTINTHERMOPLASTICINJECTIONMOLDING,PARTQUALITYANDCYCLETIMEDEPENDSTRONGLYONTHECOOLINGSTAGENUMEROUSSTRATEGIESHAVEBEENINVESTIGATEDINORDERTODETERMINETHECOOLINGCONDITIONSWHICHMINIMIZEUNDESIREDDEFECTSSUCHASWARPAGEANDDIFFERENTIALSHRINKAGEINTHISPAPERWEPROPOSEAMETHODOLOGYFORTHEOPTIMALDESIGNOFTHECOOLINGSYSTEMBASEDONGEOMETRICALANALYSIS,THECOOLINGLINEISDEFINEDBYUSINGCONFORMALCOOLINGCONCEPTITDEFINESTHELOCATIONSOFTHECOOLINGCHANNELSWEONLYFOCUSONTHEDISTRIBUTIONANDINTENSITYOFTHEFLUIDTEMPERATUREALONGTHECOOLINGLINEWHICHISHEREFIXEDWEFORMULATETHEDETERMINATIONOFTHISTEMPERATUREDISTRIBUTION,ASTHEMINIMIZATIONOFANOBJECTIVEFUNCTIONCOMPOSEDOFTWOTERMSITISSHOWNHOWTHISTWOANTAGONISTTERMSHAVETOBEWEIGHTEDTOMAKETHEBESTCOMPROMISETHEEXPECTEDRESULTISANIMPROVEMENTOFTHEPARTQUALITYINTERMSOFSHRINKAGEANDWARPAGEKEYWORDSINVERSEPROBLEM;HEATTRANSFER;INJECTIONMOLDING;COOLINGDESIGN1INTRODUCTIONINTHEFIELDOFPLASTICINDUSTRY,THERMOPLASTICINJECTIONMOLDINGISWIDELYUSEDTHEPROCESSISCOMPOSEDOFFOURESSENTIALSTAGESMOULDCAVITYFILLING,MELTPACKING,SOLIDIFICATIONOFTHEPARTANDEJECTIONAROUNDSEVENTYPERCENTOFTHETOTALTIMEOFTHEPROCESSISDEDICATEDTOTHECOOLINGOFTHEPARTMOREOVERTHISPHASEIMPACTSDIRECTLYONTHEQUALITYOFTHEPART12ASACONSEQUENCE,THEPARTMUSTBECOOLEDASUNIFORMLYASPOSSIBLESOTHATUNDESIREDDEFECTSSUCHASSINKMARKS,WARPAGE,SHRINKAGE,THERMALRESIDUALSTRESSESAREMINIMIZEDTHEMOSTINFLUENTPARAMETERSTOACHIEVETHESEOBJECTIVESARETHECOOLINGTIME,THENUMBER,THELOCATIONANDTHESIZEOFTHECHANNELS,THETEMPERATUREOFTHECOOLANTFLUIDANDTHEHEATTRANSFERCOEFFICIENTBETWEENTHEFLUIDANDTHEINNERSURFACEOFTHECHANNELSTHECOOLINGSYSTEMDESIGNWASPRIMARILYBASEDONTHEEXPERIENCEOFTHEDESIGNERBUTTHEDEVELOPMENTOFNEWRAPIDPROTOTYPINGPROCESSMAKESPOSSIBLETOMANUFACTUREVERYCOMPLEXCHANNELSHAPESWHATMAKESTHISEMPIRICALFORMERMETHODINADEQUATESOTHEDESIGNOFTHECOOLINGSYSTEMMUSTBEFORMULATEDASANOPTIMIZATIONPROBLEM11HEATTRANSFERANALYSISTHESTUDYOFHEATTRANSFERCONDUCTIONININJECTIONTOOLSISANONLINEARPROBLEMDUETOTHEDEPENDENCEOFPARAMETERSTOTHETEMPERATUREHOWEVERTHERMOPHYSICALPARAMETERSOFTHEMOULDSUCHASTHERMALCONDUCTIVITYANDHEATCAPACITYREMAINCONSTANTINTHECONSIDEREDTEMPERATURERANGEINADDITIONTHEEFFECTOFPOLYMERCRYSTALLIZATIONISOFTENNEGLECTEDANDTHERMALCONTACTRESISTANCEBETWEENTHEMOULDANDTHEPARTISCONSIDEREDMOREOFTENASCONSTANTTHEEVOLUTIONOFTHETEMPERATUREFIELDISOBTAINEDBYSOLVINGTHEFOURIERSEQUATIONWITHPERIODICBOUNDARYCONDITIONSTHISEVOLUTIONCANBESPLITINTWOPARTSACYCLICPARTANDANAVERAGETRANSITORYPARTTHECYCLICPARTISOFTENIGNOREDBECAUSETHEDEPTHOFTHERMALPENETRATIONDOESNOTAFFECTSIGNIFICANTLYTHETEMPERATUREFIELD3MANYAUTHORSUSEDANAVERAGECYCLICANALYSISWHICHSIMPLIFIESTHECALCULUS,BUTTHEFLUCTUATIONSAROUNDTHEAVERAGECANBECOMPRISEDBETWEEN15AND403THECLOSEROFTHEPARTTHECHANNELSARE,THEHIGHERTHEFLUCTUATIONSAROUNDTHEAVERAGEAREHENCEINTHATCONFIGURATIONITBECOMESVERYIMPORTANTTOMODELTHETRANSIENTHEATTRANSFEREVENINSTATIONARYPERIODICSTATEINTHISSTUDY,THEPERIODICTRANSIENTANALYSISOFTEMPERATUREWILLBEPREFERREDTOTHEAVERAGECYCLETIMEANALYSISITSHOULDBENOTICEDTHATINPRACTICETHEDESIGNOFTHECOOLINGSYSTEMISTHELASTSTEPFORTHETOOLDESIGNNEVERTHELESSCOOLINGBEINGOFPRIMARYIMPORTANCEFORTHEQUALITYOFTHEPART,THETHERMALDESIGNSHOULDBEONEOFTHEFIRSTSTAGESOFTHEDESIGNOFTHETOOLS12OPTIMIZATIONTECHNIQUESINMOULDINGINTHELITERATURE,VARIOUSOPTIMIZATIONPROCEDURESHAVEBEENUSEDBUTALLFOCUSEDONTHESAMEOBJECTIVESTANGETAL4USEDANOPTIMIZATIONPROCESSTOOBTAINAUNIFORMTEMPERATUREDISTRIBUTIONINTHEPARTWHICHGIVESTHESMALLESTGRADIENTANDTHEMINIMALCOOLINGTIMEHUANG5TRIEDTOOBTAINUNIFORMTEMPERATUREDISTRIBUTIONINTHEPARTANDHIGHPRODUCTIONEFFICIENCYIEAMINIMALCOOLINGTIMELIN6SUMMARIZEDTHEOBJECTIVESOFTHEMOULDDESIGNERIN3FACTSCOOLTHEPARTTHEMOSTUNIFORMLY,ACHIEVEADESIREDMOULDTEMPERATURESOTHATTHENEXTPARTCANBEINJECTEDANDMINIMIZETHECYCLETIMETHEOPTIMALCOOLINGSYSTEMCONFIGURATIONISACOMPROMISEBETWEENUNIFORMITYANDCYCLETIMEINDEEDTHELONGERTHEDISTANCEBETWEENTHEMOULDSURFACECAVITYANDTHECOOLINGCHANNELSIS,THEHIGHERTHEUNIFORMITYOFTHETEMPERATUREDISTRIBUTIONWILLBE6INVERSELY,THESHORTERTHEDISTANCEIS,THEFASTERTHEHEATISREMOVEDFROMTHEPOLYMERHOWEVERNONUNIFORMTEMPERATURESATTHEMOULDSURFACECANLEADTODEFECTSINTHEPARTTHECONTROLPARAMETERSTOGETTHESEOBJECTIVESARETHENTHELOCATIONANDTHESIZEOFTHECHANNELS,THECOOLANTFLUIDFLOWRATEANDTHEFLUIDTEMPERATURETWOKINDSOFMETHODOLOGYAREEMPLOYEDTHEFIRSTONECONSISTSINFINDINGTHEOPTIMALLOCATIONOFTHECHANNELSINORDERTOMINIMIZEANOBJECTIVEFUNCTION47THESECONDAPPROACHISBASEDONACONFORMALCOOLINGLINELIN6DEFINESACOOLINGLINEREPRESENTINGTHEENVELOPOFTHEPARTWHERETHECOOLINGCHANNELSARELOCATEDOPTIMALCONDITIONSLOCATIONONTHECOOLINGANDSIZEOFTHECHANNELSARESEARCHEDONTHISCOOLINGLINEXUETAL8GOFURTHERANDCUTTHEPARTINCOOLINGCELLSANDPERFORMTHEOPTIMIZATIONONEACHCOOLINGCELL13COMPUTATIONALALGORITHMSTOCOMPUTETHESOLUTION,NUMERICALMETHODSARENEEDEDTHEHEATTRANSFERANALYSISISPERFORMEDEITHERBYBOUNDARYELEMENTS7ORFINITEELEMENTSMETHOD4THEMAINADVANTAGEOFTHEFIRSTONEISTHATTHENUMBEROFUNKNOWNSTOBECOMPUTEDISLOWERTHANWITHFINITEELEMENTSONLYTHEBOUNDARIESOFTHEPROBLEMAREMESHEDHENCETHETIMESPENTTOCOMPUTETHESOLUTIONISSHORTERTHANWITHFINITEELEMENTSHOWEVERTHISMETHODONLYPROVIDESRESULTSONTHEBOUNDARIESOFTHEPROBLEMINTHISSTUDYAFINITEELEMENTMETHODISPREFERREDBECAUSETEMPERATURESHISTORYINSIDETHEPARTISNEEDEDTOFORMULATETHEOPTIMALPROBLEMTOCOMPUTEOPTIMALPARAMETERSWHICHMINIMIZETHEOBJECTIVEFUNCTIONTANGETAL4USETHEPOWELLSCONJUGATEDIRECTIONSEARCHMETHODMATHEYETAL7USETHESEQUENTIALQUADRATICPROGRAMMINGWHICHISAMETHODBASEDONGRADIENTSITCANBEFOUNDNOTONLYDETERMINISTICMETHODSBUTALSOEVOLUTIONARYMETHODSHUANGETAL5USEAGENETICALGORITHMTOREACHTHESOLUTIONTHISLASTKINDOFALGORITHMISVERYTIMECONSUMINGBECAUSEITTRIESALOTOFRANGEOFSOLUTIONINPRACTICETIMESPENTFORMOULDDESIGNMUSTBEMINIMIZEDHENCEADETERMINISTICMETHODCONJUGATEGRADIENTWHICHREACHESANACCEPTABLELOCALSOLUTIONMORERAPIDLYISPREFERRED2METHODOLOGY21GOALSTHEMETHODOLOGYDESCRIBEDINTHISPAPERISAPPLIEDTOOPTIMIZETHECOOLINGSYSTEMDESIGNOFATSHAPEDPARTFIGURE1THISSHAPEISENCOUNTEREDINMANYPAPERSSOCOMPARISONCANEASILYBEDONEINPARTICULARLYWITHTANGETAL4BASEDONAMORPHOLOGICALANALYSISOFTHEPART,TWOSURFACES1AND3AREINTRODUCEDRESPECTIVELYASTHEEROSIONANDTHEDILATIONCOOLINGLINEOFTHEPARTFIGURE1THEBOUNDARYCONDITIONOFTHEHEATCONDUCTIONPROBLEMALONGTHECOOLINGLINE3ISATHIRDKINDCONDITIONWITHINFINITETEMPERATURESFIXEDASFLUIDTEMPERATURESTHEOPTIMIZATIONCONSISTSINFINDINGTHESEFLUIDTEMPERATURESUSINGACOOLINGLINEPREVENTSTOCHOOSETHENUMBERANDSIZEOFCOOLINGCHANNELSBEFOREOPTIMIZATIONISCARRIEDOUTTHISREPRESENTSANIMPORTANTADVANTAGEINCASEOFCOMPLEXPARTSWHERETHELOCATIONOFCHANNELSISNOTINTUITIVETHELOCATIONOFTHEEROSIONLINEINTHEPARTCORRESPONDSTOTHEMINIMUMSOLIDIFIEDTHICKNESSOFPOLYMERATTHEENDOFCOOLINGSTAGESOTHATEJECTORSCANREMOVETHEPARTFROMTHEMOULDWITHOUTDAMAGESFIGURE1HALFTSHAPEDGEOMETRY22OBJECTIVEFUNCTIONINCOOLINGSYSTEMOPTIMIZATION,THEPARTQUALITYSHOULDBEOFPRIMARILYIMPORTANCEBECAUSETHEMINIMUMCOOLINGTIMEOFTHEPROCESSISIMPOSEDBYTHETHICKNESSANDTHEMATERIALPROPERTIESOFTHEPART,ITISIMPORTANTTOREACHTHEOPTIMALQUALITYINTHEGIVENTIMETHEFLUIDTEMPERATUREIMPACTSDIRECTLYTHETEMPERATUREOFTHEMOULDANDTHEPART,ANDFORTURBULENTFLUIDFLOWTHEONLYCONTROLPARAMETERISTHECOOLINGFLUIDTEMPERATUREINTHEFOLLOWING,THEPARAMETERTOBEOPTIMIZEDISTHEFLUIDTEMPERATUREANDTHEDETERMINATIONOFTHEOPTIMALDISTRIBUTIONAROUNDTHEPARTISFORMULATEDASTHEMINIMIZATIONOFANOBJECTIVEFUNCTIONSCOMPOSEDOFTWOTERMSCOMPUTEDATTHEENDOFTHECOOLINGPERIODEQUATION1THEGOALOFTHEFIRSTTERMS1ISTOREACHATEMPERATURELEVELALONGTHEEROSIONOFTHEPART3CONCLUSIONSINTHISPAPER,ANOPTIMIZATIONMETHODWASDEVELOPEDTODETERMINETHETEMPERATUREDISTRIBUTIONONACOOLINGLINETOOBTAINAUNIFORMTEMPERATUREFIELDINTHEPARTWHICHLEADSTOTHESMALLESTGRADIENTANDTHEMINIMALCOOLINGTIMETHEMETHODOLOGYWASCOMPAREDWITHTHOSEFOUNDINTHELITERATUREANDSHOWEDITSEFFICIENCYANDBENEFITSNOTABLYITDOESNOTREQUIRESPECIFYINGAPRIORITHENUMBEROFCOOLINGCHANNELSFURTHERWORKWILLCONSISTINDECIDINGAPOSTERIORITHEMINIMALNUMBEROFCHANNELSNEEDEDTOMATCHTHESOLUTIONGIVENBYTHEOPTIMALFLUIDTEMPERATUREPROFILE一种使注射成型冷却更有效的系统设计方法摘要对于热塑性磨模具来说,零件的质量和周期在很大程度上由冷却阶段决定。为了尽量减少产生不必要的冷却翘曲和收缩等缺陷现象,在设计中需要进行大量的研究。我们在本文中提出了优化冷却系统的设计方法,立足于几何分析之上,指出冷却线是利用冷却形态的概念并且定义了冷却水道的位置。在这里它们是恒定不变的,我们只用专注于流体温度沿冷却线的分布和强度。由于两方面组成的目标函数最小化,我们制定的这个温度分布测定表明必须选出最优的这种方法。本文所期待的是收缩零件质量以及改善翘曲条件。关键词逆向问题;热传导;注塑成型;冷却设计1引言热塑性注塑模具在塑料产业领域被广泛地使用。这个过程基本分为四个阶段模腔填充,塑料固化,冷却以及推出塑件。在这些阶段中,专门为零件的冷却时间约占了进程总时间的百分之七十。并且塑件的部分质量会被这个阶段直接影响。因此,必须尽可能均匀地冷却零件,这样的话,如凹痕、翘曲、收缩等不良缺陷会减少,而热残余应力也将会达到最小化。冷却时间、数量、位置和水道的大笑的关键因素是最佳进水参数,对冷却液温度和流体之间的传热和内表面的水道系数。设计冷却系统主要是根据设计者的经验,然而新的快速成型工艺的发展有可能使得在制造形状复杂的水道时这个经验显得不够用。所以,冷却系统的设计必须归结于一个优化问题。11热传导分析用热传导注入工件传输的研究是一个非线性问题是由于对温度参数的依赖。然而,影响模具的等热物理参数,如热导率和热容量保持在不变的温度范围内。此外,聚合物的结晶作用往往被忽视,以及与模具和零件热接触电阻被认为是恒定的。温度场的演化通常是通过求解傅立叶周期边界条件方程而得到的,这种演变可分为两个部分一个是循环的一部分,另一个是平均短暂的一部分。由于热穿透深度并没有影响到温度场,循环部分常常很容易被忽视3。许多人用平均循环来分析,这样可以简化微积分,但忽略了周围的波动影响,这些影响平均有15和403组成。零件的水道分布越接近就会导致周围的平均波动就越高。因此,这种配置就显得非常重要,瞬态传热模型是指在静止的定期状态。但即使是这样,定期的瞬间温度分析还是将被优先考虑在平均周期分析之前。瞬间温度分析应该注意在研究实践中的设计冷却系统是否用于冷却的设计。无论零件的质量好坏,本设计的第一阶段也是最重要的阶段之一都应是热传导设计。12成型优化技术在参考文献中,各种优化程序已经被使用,但这些都是以同样的目标为重点。TANG4等人从一个优化的过程中获得了最小的梯度和冷却时间。HUANG试图获得在温度分布均匀状态时的最高生产效率,即最小的冷却时间5,同时温度分布处于均匀状态。LIN6总结了3个实际的模具设计师的目标,最冷的部分温度均匀,达到理想的模具温度,以便下一个零件可以被使用,以减少周期时间。多个循环之间的一致性的最佳选择是冷却系统的最优配置。而事实上,时间越长,模具表面之间的型腔和冷却水道的距离越近,模具的温度分布也将更高。相反的是,模具表面之间的型腔和冷却水道的距离越短距离,更快的热量变化会产生聚合物,但模具表面的非均匀温度可导致部分缺陷。这里首先应控制参数,然后是控制型腔的位置和水道的大小,最后是冷却液流速和流体温度。此时有两种方法将被引用,第一种为了尽量减少目标函数4和7而去寻找水道的最佳位置。第二种方法是基于形冷却线的研究。LIN6定义了一种冷却线代表所在的冷却通道,这个冷却线性表示了位于流道口的最佳条件(在冷却水道的位置
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 区消防大队职责
- 跨境电商2025年保税仓仓储管理服务合同协议
- 潮南区模拟考试卷及答案
- 药物化学反应试题及答案
- 2025-2026二年级音乐期末试卷上学期
- 2025-2026九年级道德与法治上学期模拟卷
- 自然科学研究系列(科学传播专业)职称评价办法
- 肠外营养在老年多器官功能障碍中的应用
- 美容院环境卫生制度
- 卫生院新药管理制度
- 高支模培训教学课件
- GB/T 21558-2025建筑绝热用硬质聚氨酯泡沫塑料
- 企业中长期发展战略规划书
- 道路运输春运安全培训课件
- IPC-6012C-2010 中文版 刚性印制板的鉴定及性能规范
- 机器人手术术中应急预案演练方案
- 2025年度护士长工作述职报告
- 污水处理药剂采购项目方案投标文件(技术标)
- 医院信访应急预案(3篇)
- 2025年领导干部任前廉政知识测试题库(附答案)
- 安徽省蚌埠市2024-2025学年高二上学期期末学业水平监测物理试卷(含答案)
评论
0/150
提交评论