粉末注射成型的流程模拟充模过程中主要参数的区别
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：
编号：955628
类型：共享资源
大小：790.27KB
格式：ZIP
上传时间：2016-12-21
上传人：闰***
认证信息
个人认证
冯**（实名认证）
河南
IP属地：河南
13
积分
- 关 键 词：
-
粉末
注射
成型
流程
模拟
摹拟
过程
进程
主要参数
区别
区分
- 资源描述：
-
粉末注射成型的流程模拟充模过程中主要参数的区别,粉末,注射,成型,流程,模拟,摹拟,过程,进程,主要参数,区别,区分
- 内容简介：
-
粉末注射成型的流程模拟 :充模过程中主要参数的区别 因为许多材料、几何形状和工艺变量必须加以考虑，模拟和优化粉末注射过程是复杂的问题。此外，多个目标函数必须被考虑以确定用于设计粘结系统、原料、零件、模具和加工条件的关键参数，由于这一事实，区分关键参数是非常困难的。向识别的过程中粉末注射成型，对灵敏度分析系统的程序的各种材料，工艺和几何参数的显着性水平的目的已研制成功的 程的模具填充阶段。 在此灵敏度分析中，所有的输入参数被定义为模具填充仿真和计算所有输出参数的一部分，模具和加工条件和无因次的灵敏度值的所 有输入和输出参数的优化设计，其允许用不同的单位参数是比较定量。开发了敏感性分析过程将是一个宝贵的工具，无论是设计工程师在 业谁有权确定关键输入参数给定的设计目标，以及为生产工程师谁拥有优化和监控生产阶段。 关键词： 粉末注射成形，计算机模拟，模具填充，敏感度分析 符号和缩略语表 绪论 ： 在近代，粉末注射成型（ 日益认识到作为一个可行的和成熟的技术为净成形生产小，复杂，精密的金属和陶瓷的部件。粉末注射成形是用在不同的领域，包括汽车，医疗和电信等行业的增长幅度。 由于 过程的复 杂性，它一直被认为是更作为一种艺术而不是一门科学，但现在一些原料和设备供应商作为支持网络的潜在用户，并帮助他们开始。昂贵且耗时的反复试验方法继续被广泛地用于解决与 制造过程中的原料，产品，工具和工艺问题相关的设计问题。输入和输出参数之间的因果关系往往并不简单。在过去，设计的实验已经进行了找到用于原料性能，加工条件和充模性的行为，缺陷的形成和注塑部件的三维模变异性的影响的经验关系。 2即算机辅助工程（ 计工具的 期的可用性已经显示出一些诺言为帮助工程师解决涉及材料加工的几何形状 在设计周期早期阶段的相互关联的问题。使用 计工具的一个显著的问题是需要可靠的材料性能数据运行模拟。重要属性涉及到与原料和粘合剂相关的状态参数流变学，热学和方程。虽然公认的方法是存在的，用于测量有关的材料性质，它们通常是昂贵的。材料的性能通常依赖于温度的变化和压力。 13 通常情况下，即使实验的测量值，该数据可用于所需的温度压力域的一部分。进一步，不同的原料配方和均匀性可导致变化的材料特性。因此，调整必须作出的材料属性的估计，以提高设计的预测的准确性。许多半经验缩放规则可用来估计材料特性以说明改变 组成，温度和压力变量。 16 然而，可以有相当分散在不同的缩放规则以这种方式估计该材料的属性值。然而，很少信息的 计工具，各种预测到变化的材料属性值的灵敏度可用。大量材料参数嵌入到用于仿真的程序在一个典型的 计工具的预测方程。一个重要的问题随之出现与变化相关的材料特性估计如何影响在各种模拟参数的预测而产生的误差。 在组件的设计过程中，调整，可以提高该部分的功能和美学属性可向组件的尺寸。此外，变化，可向熔体输送系统，以改善组件的可制造性的位置和尺寸。这些问题也提出质疑，以产品和刀具尺寸的 微小变化如何影响工艺变化。最后，一些过程的设置可以通过在生产阶段的注塑成型机上的操作者可以改变和控制。重要的是要了解一个 计工具捕获在其预言这种工艺变化的影响是很重要的。 通过分析 程对选定的材料，几何形状和过程变量的一阶灵敏度的计工具， 解器（ 司几个过程相关输出变量的模具填充阶段本研究解决了上述关键问题）。结果提供了重要的见解，来确定不同的材料性能要求的精度。此外，在对组件和刀具几何形状的变化，以及一些典型的注塑机设置多种 程变量的依赖定量关系呈现。对 业在这些发现的重要后果进一步讨论。 程模拟 市售软件 解来进行，在本研究中模拟。 解器采用有限元法（ 和有限差分法（ ，用于计算在定义几何形状的流场和温度场的混合方法，并已专门开发和实验验证了 拟 塑和 及材料具有显著不同原料特性。原料为 往表现出强烈地依赖于温度的粘度，可以是数量级的几个命令较高的注射温度高于相应的未填充的聚合物。此外，原料的热导率通常是远高于聚合物，从而导致在温度分布，冷却时间和 热管理差异的更高。这些差异有模拟的 序时，需要考虑。该软件能够在两个半月维（ 和模型中的第三个维度的流动模拟为充分发展的。对于选择在本研究中的几何形状，这种限制对结果没有显著影响为蓝本腔没有任何一步明智的增加或减少的厚度在第三维度。 仿真程序 在本研究中，两个不同的部件的几何形状被选择和模拟：一个拉伸杆（图 1a）和一个板（图 1b）。对于未来的验证性实验，模具完全相同的腔体和交付几何将被使用。使用 解器的啮合工具生成网格的每个几何体 ;网格的模拟结果独立性的敏感性研究之前被检查。在本研究 中模拟只集中在 程的模具填充阶段。 过程的包装和冷却阶段进行了分析，并会单独报告。 与材料和工艺参数的典型值基线过程中根据经验定义。输入参数为这个基线过程被分为四个亚组： （）的工艺参数 （）成分的几何参数 （）的原料的材料性能 （）粘合剂材料性质。 在研究评估输出参数分为： （）的压力相关的参数 （）温度相关的参数 （）流有关的参数。 此敏感性分析的目的是确定对输出参数影响最大的输入参数。 输入参数 工艺参数 在本研究中考虑的输入处理参数列于表 4 中。这些参数 是基于对一个典型的注射模塑过程中的经验。值得注意的是，开关多点（ 设定为空腔体积的填充和模具壁温可从模具冷却阶段仿真得到的百分比。 组件的几何参数 在本研究中使用的部件的尺寸特性的详细描述如图 1 所示。选择用于灵敏度分析的参数的值列于表 2 中。值得注意的是，在拉伸杆的栅极的横截面形状是半圆形，不存在浇道的板和直浇口是锥形的两个部分。 原料材料特性 该原料的材料性能进行了实验对 316L 不锈钢的 53 体积的粉末装载测定 - 和总结于表 3 中。的原料粘度克的依赖性，对剪切速率 c 和温度进行建模与改性占原料的屈服应力 用下面的 公式 这里 在零剪切速率粘度， n 是幂律指数和 C 是说明过渡区域从牛顿行为，以非牛顿特性的系数。 _ _(2) B 是振幅系数和 阿仑尼乌斯型系数。 粘结材料性能 在本研究中所用的粘合剂的有关材料性质总结于表 4 中。粘合剂材料性质只在非常有限的计算域（通常是 1 10 毫米）附近的模具壁，其中粉末粘合剂的分离导致高的粘结剂的含量用在模拟。使用的原料材料特性剩余计算域进行了数值模拟。粘合剂的粘度 依赖性，对温度 T，由所述 其中 振幅系数和 b 是阿仑尼乌斯型系数，类似于方程（ 2）。非零壁速度，这是所谓的滑移现象，效果在厚度为 d 的滑层，这取决于墙体的剪切速率总重量和温度，如图所示被占 其中 a 为振幅系数， b 是阿仑尼乌斯型系数， m 是幂律指数。 表 1 输入数据：工艺参数 灌装时间 换点， 98 注射温度 130模具壁温度 35出参数 如前面所述，输出过程的参数被分为三类，并分别列于表 5们的值是根据上述输入参数，它被用于对灵敏度分析初始或参考值来计算。每个输出参数的含义将在“结果与讨论”部分进行讨论。 敏感度分析 对于敏感性分析，对输入参数是变化的，即在固定范围（ 5）和输出参数的响应进行监控。灵敏度是根据以下公式计算的无量纲因变量相对于无量纲独立变量的梯度或斜率 （ 5） 灵敏度的定义用于比较 具有不同尺寸的输入和输出参数。例如， 敏度值表示输出的百分比减量是 如果百分比增量输入的是 并且是独立的输入和输出参数的单位。 结果与讨论 模拟被执行改变在上一节中所描述的输入参数。仿真结果如下所列的各个输出参数，开始与压力相关的参数，则与温度相关的，最后流有关的参数。显着性是根据上面的定义，被称为“强”在水平 “弱”时的水平， ”。每一组输出参数在此讨论 一节。 压力相关的输出参数 注射压力 原料在模具中流动是压力驱动的。在喷嘴的 压力上升为模具型腔开始填写，并继续这样做，直到在切换到保压压力发生。在喷嘴当切换发生时的最大压力被称作喷射压力，这是一种注塑成型机的一个重要的技术指标。因此，注射模塑机的尺寸可以基于所预测的喷射压力来选择。注射压力的不当规范可导致几种类型的在成型部件的缺陷。一个模腔可超过打包，创建一个 者它也可以是下打包，创造了短射。其他模具填充问题包括喷射和形成的熔接线。因此，最小注射压力，这对于模塑的驱动力，最好是有一个良好的部分没有缺陷。 图 2a 和 b 归纳对输入参数的分别拉伸杆和板的注射压力的灵敏度。为拉伸杆 的最大影响来自变异在原料性质，特别是原料的粘度参数 n 和铽具有很强的水平和C 具有中等水平（图 2a） 。作为回报高粘度材料需要较高的注射压力，以填补一部分。这些结果强调同质原料一致的成型结果的重要性。在这个过程中参数，具有很强的层次和注射温度 具有中等水平的变化也引起注射压力显著的变化。在开关过度延迟引起的增加所要求的喷射压力。注射压力表现出相当的灵敏度水平朝向的 为减小与温度的上升，原料的粘度，从而导致在注射压力也相应减少。相对于组件的几何参数的敏感性，部分厚度（ 浇口直径（ ，具有中等 水平造成最敏感的输出反应。例如，一个较小尺寸的栅极将需要较高的注射压力。 对于该板的几何形状，类似的灵敏度行为观察（图 2b）。甲显著观察是注射压力超过点开关的板，在与拉伸杆比较的敏感性增加。注射朝 力的灵敏度较大的组分增加。此外，原料的参数表现出了明显的影响，尤其是粘度参数为 b。对于几何参数和工艺条件的结果为板看起来非常类似于拉伸杆。对于这两个几何体，粘合剂参数为输出参数注射压力灵敏度方面发挥的作用微乎其微。总体而言，灵敏度分析表明，两个拉伸杆和板的几何形状的注射压力是最敏感的改性的交模型 n 和 粘度参数和 图 2 注射压力的敏感性总结对输入参数进行拉伸杆和 b 板 图 3 对钳位输入参数有效拉伸杆和 b 板的灵敏度摘要 锁模力 所需的夹紧力成比例地相关的部分的投影面积：较大的投影面积，更多的夹紧力是必要的。这是机器的选择对于给定的模具空腔的一个给定的量很重要。如果可用的夹紧力不足，则模具不会完全关闭，丰富的闪光可能发生。夹紧力有助于夹持过程并允许部分填充和包装正常。到高夹紧力导致的功耗增加，并可能在金属模具寿命的降低。因此，夹持力的最佳范围存在于任何给定的模制的情况。 图 3a 和 b 归纳对输入参数的分别拉伸杆和板的夹紧压力的灵敏度。大多数结果与注射压力，因为力等于压力乘以面积，与门的大小并非由于其小的投影面积的主要贡献者。如在注射压力的情况下，最大的影响力从原料性质起源，在特定的原料粘度参数 n 和铽具有很强的水平和 C 具有中等水平。在 具有两个几何上的夹紧力显著影响力的唯一几何参数。观察到的加工条件的两个几何之间的唯一区别。的工艺条件分析表明比较拉伸杆和板时，在灵敏度的趋势变化。为拉伸杆（图 3a） ，仅在 显著，而对于所述板（图 3b）都 注射温度导致在夹紧力的显著变动 。类似的观察与注射压力，为板的夹紧压力，因为显示的部分的大小的敏感性增加超过点与拉伸杆比较，该开关。 最大剪应力 剪切应力是引起该层开始运动材料的层与层之间的力。足够高的剪切应力可以建立这种现象被称为剪切稀化，可以降低材料的粘度。粘度是由装置的重整大分子，称为剪切诱导的分子取向，以及在原料中的粒子减少。大多数聚合物显示出的临界剪切应力断裂 ，这导致在该部件的严重缺陷，如分层，降低强度，尺寸稳定性等。因此，最大的剪切应力是一个非常重要的设计参数，这通常发生在接近门或在最薄的部分的壁上。最大剪应力具有高的 灵敏度，以使原料性质 N， 介质 1 到 C，这两种几何形状也是如此（图 4a 和 b）。在 显示了最大剪应力的介质的影响。为拉伸杆和板的灵敏度水平的差异是各几何分量的大小主要是因为显着的。 图 4 最大壁面切应力敏感性总结对输入参数进行拉伸杆和 b 板 图 5 的对输入参数的拉伸杆和 b 板熔体前沿温差灵敏度摘要 温度相关的输出参数 熔体前沿温差 均匀的温度在熔体前沿是非常重要的，以产生良好的部分，在流动方向上均匀的性能。熔体前沿温度是在给定位置处的温度为给定的填充时间。因此，熔体前沿的温度分布不是情节在同一时间。熔体前沿温度差的定义是在熔体前沿的温度分布的最大值和最小值之间的差。不均匀熔体前沿温度在整个部分可能导致不均匀的包装和部分冷却，创造了许多缺陷，如在收缩和强度各向异性特性。这些 各向异性特性可能会导致在烧结过程中的脱脂工艺裂缝和严重的翘曲。此外，焊接线和短镜头是可以从一个部分冻结前关闭其他地区完全填满，这是造成低熔融温度前方的区域中创建了一些问题。 图 5a 和 b 显示了熔体前沿温度差的各种输入参数的灵敏度。原料 R， 现出较强的敏感性水平和 n 弱灵敏度级别，为几何。为拉伸杆的几何形状的玻璃化转变温度 中等水平显著，而对于板几何铽变得与介质的水平很重要。材料的储存热量的能力可以允许更均匀的温度在熔体前沿。对于拉伸杆几何等显著参数包括所有四个几何参数： 有较强的 层次和 转轮直径（ 浇口直径（ 中等水平。通过流道，浇口和部分为较高的值的变化厚度创建一个较高的温度差，由于较厚区域需要更长的时间来冷却。板几何仿真竟然是具有较强的层次和 等水平， 感。该工艺条件下灌装时间 注射温度 有较强的层次和墙体温度 有中等或较弱的水平，均表现敏感。当快速的填充时间的使用，该材料仍然是热的在填充时模腔被完全充满的末端，从而创建具有更高粘性发热效应较小的温差。逾期超过开关具有较强的负向灵敏度，因为在切换后，熔体前沿速度通常会降低。 保 压时间 保压时间是需要的供给材料，以补偿由于冷却在模腔，然后在必要时间的栅极冻结收缩的时间。如果填料时间太短的收缩不会被完全补偿和倒流的一部分通过栅递送系统可能会发生，而如果它太长，生产效率有所降低，因为没有必要包一旦栅极是冻结。填料时，是各种输入数据的敏感，并显示了相同的结果为两者的几何形状（图 6a 和 b）。正如人们所预料的，原料的能源相关参数，如密度 ，比热容 热导率 k 和退出温度 得很重要。如果材料储存的热量和更长的保持熔融状态才能够把其栅极连接到冻结的时间更长。浇口直径，注射温度模具壁温 度 唯一的其他显著参数。的浇口直径较大的不再需要的栅极冻结的时间量。当热熔性或高模具温度时，门的冷冻时间也将延长。两个拉伸杆和板几何形状的包装时间是最敏感的原料密度 ，比热容 导热系数 K，弹出温度 图 6 图 7 冷却时间 冷却时间是非常重要的因喷射，以确保令人满意的一部分。而对于生产的原因，最好保持最短冷却时间，冷却时间不足可能会导致具有缺陷的部分排出时，由于其强度低。翘曲和缩痕是从零件被弹出太热常见的问题。如果没有足够的冷却时间是允许的，该部分也可能会粘在模具而导致的问题弹射离开顶针痕迹。 类似包装时，冷却时间是各种各样的原料，即原料的密度或，比热容 热系数 k 和喷射温度 能量有关的参数敏感（图 7a 和 7b）。再次根据材料，有些材料消暑的比别人快，不存储尽可能多的热量，这取决于它们的热容量。铂，注射温度 模具壁温度 唯一的其他显著参数。该方程为冷却涉及所有这些参数来进行冷却的一部分，喷射之前所需的时间量。两个拉伸杆和板的几何形状的冷却时间是最敏感的原料的密度，比热容 热率 k，喷出温度 T。灵敏度分析表明了相同的结果为几何形状。 流相关的输出参数 最大剪切速率 剪切速率被定义为剪切应变随时间的变化率。通常，最大剪切速率发生在模具壁，从 而导致高的分子取向，从低剪切区的剪切诱导的粒子迁移到高剪切速率区，高流动引起的残余应力，仅举几例。 最大剪切速率表现出高灵敏度的填充时间 两种几何形状也是如此（图8a 和 b）。该材料被越快地填充腔体的剪切速率越高。如果有一个小的浇口直径的材料流过，这将产生高的剪切速率的区域。对于拉伸杆的另一显著参数是 T 和 m 为介质的意义。对于板几何形状， 此，拉伸杆的几何形状的变化 示的最大剪切速率强烈的意义，而对于该板的几何 形状仅在 确定为是显著。 图 8 图 9 熔体流动速率和熔体流动面积 在这里，作者提 出的结果的两个重要的设计和工艺参数：熔体前沿速度（ 熔体前沿区（ 正如其名称所暗示的， 熔体前沿推进速度。熔体前部区域被定义为推进熔体前沿的截面积：熔体前沿乘以该部分，浇道的截面积，或者是两者的总和的厚度的任一长度，如果熔体流动在这两个地方。在任何时间，本地 产物沿所有移动方面是相等的体积流速 19 (6) 熔体前沿的动态或许充模的至少很好的理解方面都超出了本设计指南的范围。然而，众所周知，较高的熔体前沿的速度，较高的表面应力和分子取向和颗粒迁移的程度。的部分内可变 方位，可变速度在填充过程中熔体前沿的结果，导致了不同的收缩和翘曲的部分。因此，理想的是保持恒定的速度在熔体前沿到整个部分产生均匀的分子和颗粒的迁移。熔体前沿速度和外交部是重要的设计参数，特别是对于填充模腔时平衡流动。例如， 以用来作为指标来定量比较流量平衡的程度。更具体地，当流量不平衡，熔体前沿的部分达到型腔的端部，而其它部分则仍在移动。外交部突然改变，只要这种不平衡的情况发生。另一方面，平衡流一般具有 所述空腔中的最小变化。 19 图 10 图 11 平均熔外交部对输入参数的敏感性摘要拉伸杆和 b 板 两者的平均 标准偏差是唯一敏感到 9a 和 9b 和 10a和 b）。平均 在填充时间 感和 11a 和 b）所示。对于拉伸杆几何很强的敏感性的变化，灌装时间 在。在 标准偏差显示出高灵敏度的填充时间 对于两个几何也是如此（图 12a 和 b）。为拉伸杆的另一显著参数是几何参数 显着性），以及 显着性）。对于板几何形状， 轻微的意义。 图 12 标准偏差的敏感度在外交部总结对输入参数进行拉伸杆和 b 板 图 13 的对输入参数的拉伸杆和 b 板输出参数的相对敏感性比较：固强水平，孵化中等水平和空白水平较弱 总结 灵敏度分析的结果总结于图部 13a 和 b 。整体画面显示两个压力相关的和与温度相关的输出参数大多是敏感的处理条件，几何条件和原料性质，而流相关的输出参数显示到过程条件和几何条件的敏感响应。对于这两个几何体的粘结剂特性似乎只发挥次要作 用。这可能是由于这样的事实，其中用于计算所述粘合剂性能的计算域是非常小的，即只在旁边的模具壁的滑动层。对剩余的域的原料数据被用来描述材料的行为。 笔者预计，敏感性分析工具本文件中提出将设计和生产工程师在粉末注射成形行业的重要工具。这些程序将扩展到在未来的研究中包装和 冷却阶段的分析。它也计划这个概念适用于陶瓷系统，其中从那些在本研究中发现的不同的相关性，预期，因为两者的热性质（比热容，热导率）和流变性质显著有别于所用的 316
- 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。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号