機(jī)殼注射模設(shè)計(jì)-注塑模具【含13張CAD圖紙】

喜歡就充值下載吧，，資源目錄下展示的全都有，，下載后全都有，dwg格式的為CAD圖紙，有疑問(wèn)咨詢QQ：414951605 或1304139763 將局部冷卻需求作為逆換熱問(wèn)題的質(zhì)量函數(shù) Ch. Hopmann1 · P. Nikoleizig1 收到：2016年9月26日/接受：2016年12月7日 ? 2016年法國(guó)斯普林格 摘要: 熱模設(shè)計(jì)和注塑模具在合適的冷卻通道設(shè)計(jì)和識(shí)別變得越來(lái)越復(fù)雜。為了根據(jù)零件的局部冷卻需求一個(gè)具有客觀規(guī)則的合適的冷卻通道系統(tǒng)，提出了一種基于逆換熱問(wèn)題的熱模設(shè)計(jì)新方案。 基于生產(chǎn)效率和零件質(zhì)量的質(zhì)量函數(shù)，討論了注塑工藝建模的幾個(gè)方面。這些擴(kuò)展的目的是改進(jìn)問(wèn)題的逆優(yōu)化。 注塑成型·熱模設(shè)計(jì)·逆換熱問(wèn)題·pv T-數(shù)據(jù)·傳 熱 導(dǎo)言： 隨著注塑成型，可以生產(chǎn)出越來(lái)越復(fù)雜的部件，但同時(shí)對(duì)注塑模具的要求也提高了。同時(shí)由于經(jīng)濟(jì)壓力，例如在全球競(jìng)爭(zhēng)中，爭(zhēng)取高效率和短的生產(chǎn)周期是必不可少的。由于注塑成型循環(huán)的主要特征是熔體冷卻到尺寸穩(wěn)定的狀態(tài)，因此集中于冷卻通道系統(tǒng)是連續(xù)的用于提高效率的注射模具（圖 1b） 通常，冷卻通道是通過(guò)注塑模具中的孔來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些孔通過(guò)配件連接到一個(gè)完整的通道系統(tǒng)。 創(chuàng)新技術(shù)，如選擇激光熔化（SLM），現(xiàn)在可以從金屬粉末中分層堆積模具。 通過(guò)這種方法，冷卻通道系統(tǒng)幾乎可以以任何期望的形狀和過(guò)程生成。 建立一個(gè)適當(dāng)?shù)睦鋮s通道系統(tǒng)是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，也受到這些任務(wù)的阻礙，同時(shí)也是更復(fù)雜的部分。此外，由于特定的熱塑性材料，熱模設(shè)計(jì)階段受到阻礙，這些材料經(jīng)常用于技術(shù)部件，并且由于結(jié)晶過(guò)程傾向于相對(duì)較大的收縮（取決于溫度和壓力）。（如圖1 a第3至第5點(diǎn)之間）。如果收縮電位發(fā)生局部差異，這種收縮會(huì)導(dǎo)致零件內(nèi)部的應(yīng)力變化。此外，應(yīng)力只能通過(guò)零件的變形來(lái)補(bǔ)償。 這種所謂的翹曲可能會(huì)妨礙零件的正確使用，因此必須避免[1，2]。 P. Nikoleizig philipp.nikoleizig@ikv.rwth-aachen.de 1 德國(guó)亞琛大學(xué)塑料加工研究所，Seffenter Weg201，52 074Aachen，德國(guó) 技術(shù)狀況： 除了希望快速有效的注塑周期外，上述挑戰(zhàn)還導(dǎo)致了描述和簡(jiǎn)化熱模設(shè)計(jì)階段的研究。 這些努力從分析方法轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)上，到對(duì)凝固過(guò)程完整的數(shù)學(xué)和計(jì)算描述。 這些努力具有前瞻性，需要在計(jì)算出解決辦法之后進(jìn)行準(zhǔn)確的解釋。完全自動(dòng)化的熱模設(shè)計(jì)階段仍然不可用。如今，這一問(wèn)題通過(guò)不同的研究活動(dòng)逐步解決，以進(jìn)行適當(dāng)?shù)睦鋮s通道設(shè)計(jì)，成為一種獨(dú)立的優(yōu)化策略。Mehnen等人依賴使用進(jìn)化算法和基于光交換表面的模具系統(tǒng)模型[3]。 然后用光線跟蹤法計(jì)算熱交換，這比求解所有的控制方程要快。 球體只在系統(tǒng)的第一步中作為主要分析的部分使用。相反，Maag和Kufer研究了一個(gè)與分支和邊界搜索算法相結(jié)合的聚類算法，以找到理想的冷卻通道位置[4]。相反，F(xiàn)asnacht等人。通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回火系統(tǒng)的定位，它涵蓋了許多與溫度控制有關(guān)的問(wèn)題[5]。這也意味著解決方案可能只來(lái)自模擬訓(xùn)練問(wèn)題的空間，分別來(lái)自兩者之間可能的插值。 所有這些方法的共同之處是強(qiáng)調(diào)冷卻通道系統(tǒng)的前瞻性質(zhì)，但只有在模擬仿真之后才能進(jìn)行評(píng)估。[3-5]盡管對(duì)這些進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化，對(duì)于 回火系統(tǒng)設(shè)計(jì)的精確定義是必要的，并對(duì)結(jié)果質(zhì)量的影響至關(guān)重要。如果不了解局部冷卻對(duì)最小部分翹曲的需求和聚合物的控制，就不可能有針對(duì)性地使用優(yōu)化。 哈桑等人主要關(guān)注零件質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)和研究的可能性，實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)態(tài)空腔回火以及冷卻通道系統(tǒng)對(duì)塑料收縮和冷卻的影響的描述 [6]。因此，冷卻通道系統(tǒng)的自動(dòng)化并不是他們工作的主要重點(diǎn)。 最后，Agazzi等人。 展示了一種基于逆熱傳導(dǎo)問(wèn)題的有前途的方法[7，8]。 因此，在這種情況下，一部分被定義為具有均勻溫度的聚合物。沿著給定的冷卻區(qū)域，圍繞零件，利用共軛梯度算法針對(duì)給定的目標(biāo)函數(shù)計(jì)算優(yōu)化的目標(biāo)溫度，該目標(biāo)函數(shù)是基于快速冷卻和均勻零件溫度的函數(shù)。 實(shí)際上逆向設(shè)計(jì)也是沿著熱均勻性的分析方法進(jìn)行的。 圖 1用工藝變量（a）和餅圖 （b）可視化注塑周期 擬議方法的制定： 鑒于上述技術(shù)發(fā)展，Agazzi等人的工作。 似乎是進(jìn)一步調(diào)查的一個(gè)有希望的起點(diǎn)。除了部件翹曲的顯著改善外，它們的方法也看到了一些簡(jiǎn)化。例如，注塑周期的各個(gè)階段在優(yōu)化中沒(méi)有建模并且實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。這特別是指注入和保持壓力階段。目標(biāo)函數(shù)也是指快速冷卻和均勻零件溫度作為兩個(gè)目標(biāo)[8]這種方法似乎是合理的，但對(duì)于注射成型周期的各個(gè)階段以及溫度和壓力相關(guān)的PVT行為，可以考慮不同的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)。推導(dǎo)出的冷卻通道也需要進(jìn)一步的研究。除了部件翹曲的顯著改善外，它們的方法也看到了一些簡(jiǎn)化。例如，注塑周期的各個(gè)階段在優(yōu)化中沒(méi)有建模并且實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。這特別是指注入和保持壓力階段。目標(biāo)函數(shù)也是指快速冷卻和均勻零件溫度作為兩個(gè)目標(biāo)[8]。這種方法似乎是合理的，但對(duì)于注射成型周期的各個(gè)階段以及溫度和壓力相關(guān)的PVT行為，可以考慮不同的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)。推導(dǎo)出的冷卻通道也需要進(jìn)一步的研究。在本文提出的擴(kuò)展方法框架內(nèi)，建立了一個(gè)模型，并考慮了以下幾個(gè)方面。 首先，該方法應(yīng)該能夠包括更多階段的注塑成型過(guò)程。 因此，它是基于傳統(tǒng)的注塑成型模擬。 結(jié)果表明，壓力、溫度和內(nèi)部性能，作為優(yōu)化的邊界條件可以在工藝的不同階段輸出。 因此，擴(kuò)展的方法是基于混合仿真方法。 將注塑模擬與優(yōu)化逆?zhèn)鳠釂?wèn)題聯(lián)系起來(lái)。 此外，還應(yīng)仔細(xì)重新設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)。 一方面，設(shè)計(jì)應(yīng)處理最小的循環(huán)時(shí)間，以滿足要求一個(gè)有效的過(guò)程，如Agazzi等人使用的過(guò)程。另一方面，還應(yīng)處理部分質(zhì)量，這是指機(jī)械、視覺(jué)和幾何要求。 雖然機(jī)械和視覺(jué)性能可以通過(guò)適當(dāng)緩慢冷卻的速度，特別是幾何性能來(lái)滿足，解釋了零件的尺寸精度，但它卻是熱模設(shè)計(jì)階段的一個(gè)重要因素。 通過(guò)使用適當(dāng)?shù)幕鼗鹣到y(tǒng)，應(yīng)針對(duì)局部均勻收縮，以盡量減少零件翹曲的趨勢(shì)。 分析的目的是將零件的局部熱和冷卻達(dá)到平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化為模具回火系統(tǒng)的局部熱和冷卻供應(yīng)。均勻收縮電位的假設(shè)可以通過(guò)均勻局部密度作為目標(biāo)函數(shù)來(lái)建模，因此該問(wèn)題仍然可以作為逆熱傳導(dǎo)問(wèn)題來(lái)解決[9]。 在方程中給出了一個(gè)改進(jìn)的示例性擴(kuò)展目標(biāo)函數(shù)來(lái)引入該方法。 這個(gè)目標(biāo)函數(shù)Q（TC）解決了在第一項(xiàng)中快速冷卻，其中期望的彈射溫度。對(duì)于所提出的方法，所設(shè)計(jì)方法的精確建模將作為一種混合模擬方法進(jìn)行，其中包含注塑成型模擬作為多物理模擬計(jì)算熱傳導(dǎo)模擬輸入，通過(guò)這種混合方法，所有與塑料相關(guān)的性能和注塑成型周期的更多階段都可以建模，并同時(shí)提供了熱量的優(yōu)化。利用所提出的目標(biāo)函數(shù)，分析了帶肋板狀試樣的示范冷卻通道系統(tǒng)[10，13，14]。 圖2a顯示了圖樣的測(cè)量結(jié)果如圖所示。 同時(shí)，試樣包含三個(gè)不同高度的肋條典型注塑成型零件，試樣的厚度1.5mm，這是典型的注塑件。 根據(jù)試樣的幾何形狀，產(chǎn)生一個(gè)冷卻區(qū)域，與零件保持恒定的距離，并在零件內(nèi)有一個(gè)區(qū)域，其目標(biāo)函數(shù)被求解（見(jiàn)圖2b）。為了節(jié)省計(jì)算時(shí)間，采用二維計(jì)算方法對(duì)試樣進(jìn)行了優(yōu)化。在求解密度和冷卻時(shí)間的優(yōu)化后，如Eq中所述。 采用共軛梯度算法，冷卻通道可由所需模具溫度為80°C的等溫線導(dǎo)出[10]。 梯度算法遵循目標(biāo)函數(shù)的最陡上升，并計(jì)算必要的溫度。 沿外模輪廓分布定義冷卻面積，用以最小化目標(biāo)函數(shù)。用于優(yōu)化的輸入數(shù)據(jù)字段如圖所示。 圖3a 顯示優(yōu)化結(jié)果，如圖所示。對(duì)3B冷卻通道進(jìn)行了識(shí)別。 雖然優(yōu)化的溫度分布通過(guò)使用等溫-100C導(dǎo)致冷卻通道輪廓的溫度非常低，但這種分布可以用來(lái)導(dǎo)出線路。 這些導(dǎo)出的二維通道輪廓然后建模為三維幾何。 使用注塑成型仿真軟件Sigmasoft，SigmaEngineeringGmbH，Aachen，德國(guó)，使用表1中給出的邊界條件建立了一個(gè)完整的三維注塑成型模擬。 實(shí)現(xiàn)的材料是廣泛使用的聚酰胺6（未填充的B30S）德國(guó)科隆LanxesAG公司（參見(jiàn)表2的性質(zhì)）. 在圖4中給出了比較2種情況，可以實(shí)現(xiàn)試樣翹曲的減小。一種是在沒(méi)有冷卻通道的情況下建模的，作為一個(gè)中性參考，第二種是從優(yōu)化中導(dǎo)出的冷卻通道。 圖4a顯示了模具內(nèi)部產(chǎn)生的溫度分布。圖4b顯示了樣品的翹曲。比較這兩種情況，可以大大減少試樣的翹曲，而第二種情況則導(dǎo)致試樣的翹曲相對(duì)較低。肋骨的末端在兩種情況下都顯示出原始幾何形狀有較大的偏差。這里需要指出的是，在優(yōu)化范圍內(nèi)，必須將熱量引入系統(tǒng)，如圖3b所示。這個(gè)需求還沒(méi)有考慮，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)過(guò)程只使用冷卻。另外由于仿真軟件的原因，零件自然熱收縮必須考慮在內(nèi)，這已經(jīng)包含在結(jié)果中。這種自然收縮并不是優(yōu)化的一部分。 方法的進(jìn)一步推廣： 隨著方法的主要功能的顯示，它將更大的程度上運(yùn)用到我們的研究中使之更準(zhǔn)確。 與Agazzi等人的工作相比，注塑過(guò)程的建模可以提高結(jié)果 的質(zhì)量。 這將包括以下三個(gè)方面。 應(yīng)該首先討論多周期方法的實(shí)現(xiàn)。 之后處理時(shí)間建模的影響。最后對(duì)注入階段的建模進(jìn)行了研究。 除非特別說(shuō)明，除了模具的導(dǎo)熱系數(shù)外，將其改為更合適的模具制造鋼25.3W/mK，所有其他材料性能和邊界條件都保持不變[14]。這是通過(guò)周期性地重復(fù)成型來(lái)完成的。 假設(shè)在第一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)模具中的溫度分布是均勻的，在一個(gè)周期之后，溫度分布會(huì)自我調(diào)整[1]。 零件翹曲最小冷卻的局部冷卻需求應(yīng)在穩(wěn)定狀態(tài)下確定，否則會(huì)受模具熱變化的影響。 因此，用于產(chǎn)生加熱/冷卻系統(tǒng)的模型應(yīng)使用穩(wěn)定周期的初始值進(jìn)行優(yōu)化。 由于這些溫度只是強(qiáng)烈依賴于待定的冷卻通道系統(tǒng)，在優(yōu)化之前進(jìn)行估計(jì)或確定是沒(méi)有用的。 因此，對(duì)該方法進(jìn)行了擴(kuò)展，使其確定了模具本身的初始溫度場(chǎng)。 到目前為止，該方法以及Agazzi等人的方法采用了多周期方法，但現(xiàn)在對(duì)于質(zhì)量函數(shù)只考慮最后一個(gè)周期來(lái)節(jié)省時(shí)間。 實(shí)施多周期分析： 通常，注射成型工藝是用來(lái)生產(chǎn)大量的具有相同幾何形狀的模塑件。首先，研究了在優(yōu)化時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定周期需要多少時(shí)間。為了檢查這一點(diǎn)，在優(yōu)化中確定的邊界條件被用來(lái)執(zhí)行附加循環(huán)的模擬。 如果這些附加循環(huán)中的溫度場(chǎng)不再變化，則可以假定達(dá)到了穩(wěn)態(tài)。圖5a顯示了腔體內(nèi)25個(gè)循環(huán)最低溫度曲線。 必須認(rèn)識(shí)到，使用邊界條件的最低溫度，這是通過(guò)優(yōu)化一個(gè)周期（Z01，黑線）確定的邊界條件在最小溫度大約十個(gè)周期之后首先采取幾乎周期性的過(guò)程。在邊界條件優(yōu)化時(shí)，該過(guò)程仍然不處于穩(wěn)定狀態(tài)。 在以后的循環(huán)中，溫度的顯著變化是因?yàn)槔鋮s需求不僅取決于零件的溫度，也取決于模具的溫度。圖a中的藍(lán)色曲線表示零件中的最低溫度，它是在15個(gè)周期（Z15，藍(lán)線）的優(yōu)化得到的邊界條件幫助下計(jì)算出來(lái)的。 兩種計(jì)算質(zhì)量函數(shù)值的曲線如圖所示。 5b. 可以看出，從長(zhǎng)期來(lái)看，Z15優(yōu)化中確定的邊界條件下的質(zhì)量函數(shù)值仍然很低。在計(jì)算中，利用優(yōu)化Z01中確定的邊界條件，質(zhì)量函數(shù)的值從第一個(gè)周期結(jié)束時(shí)的0.0083增加到第25個(gè)周期結(jié)束時(shí)的0.6477。根據(jù)用于導(dǎo)出質(zhì)量函數(shù)的方法建模，這應(yīng)該是對(duì)應(yīng)零件翹曲數(shù)值顯著增加。 圖 7由此產(chǎn)生的溫度分布（ a）和翹曲（ b） 表3 冷卻通道系統(tǒng)Z01和Z15的翹曲 測(cè)量總變形 第1點(diǎn)[毫米] 測(cè)點(diǎn)2[毫米] 測(cè)點(diǎn)3[毫米] Z01 1.890 1.247 2.848 Z15 1.616 1.007 1.807 由于當(dāng)觀察15個(gè)周期和25個(gè)周期時(shí)，質(zhì)量函數(shù)的變化小于1%，因此15個(gè)周期可以看作是一個(gè)有用的優(yōu)化范圍。圖6a顯示了設(shè)置Z01和Z15優(yōu)化點(diǎn)的溫度分布。 根據(jù)參考溫度估算了當(dāng)?shù)氐睦鋮s需求。 在這兩種情況下，與計(jì)算的參考溫度相比，溫度分布在高值和低值之間交替。 在優(yōu)化Z01中確定的參考溫度比在優(yōu)化Z15中確定的溫度 變化要大得多。 因?yàn)樵诠战堑膬?nèi)側(cè)，冷卻需求大于板狀部分，這里的參考溫度很低。 圖6b還顯示了三個(gè)不同循環(huán)數(shù)（ 1個(gè)循環(huán)、15個(gè)循環(huán)和50個(gè)循環(huán)）的溫度的80° C等溫線。 由Z15獲得的等溫線與在50個(gè)循環(huán)中優(yōu)化得到的等溫線沒(méi)有顯著差異。 然而， Z01的等溫線的差異是相當(dāng)大的。 這是顯而易見(jiàn)的，例如，在肋骨的下部，出現(xiàn)了更多的等溫線為多周期優(yōu)化Z15。 在傳統(tǒng)的注塑模具中對(duì)冷卻通道系統(tǒng)進(jìn)行了分析，研究 了系統(tǒng)之間的差異對(duì)質(zhì)量函數(shù)值和零件翹曲的影響。 對(duì)于冷卻通道系統(tǒng)，α的傳熱系數(shù)=10 000 W/m2 K和T的流體溫度 = 80 ?C 是被選中的。 設(shè)置如圖所示。 它顯示了第十五周期冷卻階段結(jié)束時(shí)的溫度分布。 與以前使用的值相比，模擬的所有其他參數(shù)保持不變。 隨著回火系數(shù)Z15，腔體表面特別是角落處的溫度波動(dòng)較低。 計(jì)算出的總變形如圖7b所示。 表3顯示了7b和位于肋骨末端的三個(gè)測(cè)量點(diǎn)的值。 由此產(chǎn)生的翹曲，這是實(shí)現(xiàn)回火系統(tǒng)Z15是低于回火系統(tǒng)Z01的值。在測(cè)量點(diǎn)，由于使用冷卻通道系統(tǒng)Z15，總變形在MP1 中為14.50%，在MP3 中為36.55%，低于系統(tǒng)Z01。 因此，通過(guò)使用多個(gè)周期來(lái)擴(kuò)展模型，可以提高方法的準(zhǔn)確性。 執(zhí)行處理時(shí)間 最初，只模擬了注塑過(guò)程的冷卻階段。 為了進(jìn)一步提高模型的精度，對(duì)模具開(kāi)合以及零件頂出的影響提出了看 法。 這些工藝階段通常比冷卻階段短得多。 盡管如此 ，熱量仍然在這些階段傳遞，因此實(shí)現(xiàn)可以對(duì)優(yōu)化產(chǎn)生 影響。 開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程的建模將每個(gè)周期的優(yōu)化持續(xù)時(shí)間拉長(zhǎng)到這些過(guò)程的持續(xù)時(shí)間。 在這些時(shí)間（以下總結(jié)為處理時(shí)間），冷卻通道流體（通常是水）將繼續(xù)從模 具中去除熱量。 圖 8優(yōu)化結(jié)果（ a）和導(dǎo)出的等溫線（ b）沒(méi)有處理時(shí)間和處理時(shí)間 表4沒(méi)有處理時(shí)間的模擬的質(zhì)量函數(shù)值 質(zhì)量函數(shù) 射出 密度項(xiàng) 累計(jì)質(zhì)量 溫度項(xiàng) [-] 函數(shù)值[-] 不需要處理時(shí)間 0.00285 0.00348 0.00642 與處理時(shí)間有關(guān) 0.00328 0.00320 0.00676 優(yōu)化變量的定義不需要進(jìn)一步調(diào)整。 該模型從冷卻階段的模擬開(kāi)始。 與以前的模擬相比，這一點(diǎn)保持不變。在冷卻階段之后，模具中的熱量分布被不斷地模擬。 隨著模具的打開(kāi)，模具與噴嘴側(cè)面部分的接觸被移除。 由于這個(gè)原因，模具的移動(dòng)側(cè)和固定側(cè)之間的接觸壓力降 低，熱接觸電阻顯著增加[15]。 雖然這種效應(yīng)不能很容易估計(jì)，但模具兩側(cè)的恒定傳熱系數(shù)并沒(méi)有改變，而是 繼續(xù)傳熱。 模型的擴(kuò)展包括計(jì)算的循環(huán)時(shí)間的延伸，并忽略了在此期間貫穿空腔表面的傳熱。 這仍然是一種簡(jiǎn)化，因?yàn)樗豢紤]。 在開(kāi)模表面的對(duì)流，在彈射過(guò)程中對(duì)零件的彈射力，什么會(huì)影響零件翹曲，或者零件的霧 化熱去除。 由于所有這些方面都影響翹曲，但很難估計(jì)，它被選擇首先關(guān)注模具本身及其熱平衡。 為了研究處理次數(shù)的建模，再次進(jìn)行了兩次仿真。 這兩種模擬都考慮了15個(gè)周期。 第15循環(huán)冷卻階段結(jié)束時(shí)模具內(nèi)的優(yōu)化溫度分布為 如圖所示。 8a. 優(yōu)化中外輪廓上的優(yōu)化參考溫度，其中考慮到處理時(shí)間，更接近溫度，其目標(biāo)是零件表面冷卻階段的結(jié)束。 在這種情況下，部分附近的溫度也較低。這種稍微過(guò)冷的部分也可以在質(zhì)量函數(shù)的值中看到，如表4所示。 總的來(lái)說(shuō)，隨著處理時(shí)間的推移，模擬中的質(zhì)量函數(shù)值較高，因此應(yīng)該導(dǎo)致更高的翹曲。 然而，描述密度變化的術(shù)語(yǔ)低于另一種情況，因此可以預(yù)期較低 的翹曲。 圖8b顯示了溫度場(chǎng)的等溫線。 計(jì)算的80° C等溫線，考慮到處理次數(shù)，相交部分。 為此，由此溫度場(chǎng)導(dǎo)出的冷卻通道系統(tǒng)由65° C等溫線生成。 為了可比性，從模擬生成的系統(tǒng)沒(méi)有處理時(shí)間，也是從65° C等溫線導(dǎo)出的。（圖 8b）。 該模具，冷卻與冷卻通道系統(tǒng)衍生的擴(kuò)展優(yōu)化，具有較低的溫度在所有區(qū)域比一個(gè)沒(méi)有擴(kuò)展。 這部分是由于冷卻通道系統(tǒng)的尺寸及其與零件的距離的 差異，當(dāng)然，另一方面，因?yàn)槔鋮s通道在開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò) 程的持續(xù)時(shí)間內(nèi)從模具中去除更多的熱量。 為了研究該方法是否通過(guò)擴(kuò)展模型提高了精度，在注塑模擬中對(duì)冷卻通道系統(tǒng)進(jìn)行了研究。 由于注塑模擬模型對(duì)整個(gè)注塑過(guò)程的影響，他們?cè)诿看斡?jì)算中也自然地考慮了處理時(shí)間。 在圖中 9b和表5顯示了翹曲，這是使用兩個(gè)冷卻通道系統(tǒng)和流體溫度計(jì)算的. 圖 9產(chǎn)生的溫度在不使用處理時(shí)間和使用處理時(shí)間時(shí)，將分布（ a）和翹曲（b）進(jìn)行比較 表5 在沒(méi)有和有處理時(shí)間的情況下進(jìn)行模擬的翹曲 全變形 測(cè)點(diǎn)1[毫米] 測(cè)點(diǎn)2[毫米] 測(cè)點(diǎn)3[毫米] 不需要處理時(shí)間 2.168 1.465 2.883 與處理時(shí)間有關(guān) 2.048 1.165 2.775 65C. 相比之下，覆蓋處理時(shí)間的模擬導(dǎo)致了較低的翹曲 這表明，實(shí)現(xiàn)處理時(shí)間是有用的。 然而，這兩個(gè)冷卻通道系統(tǒng)來(lái)源于65° C等溫線，與80° C等溫線的冷卻通道系統(tǒng)相比，導(dǎo)致更高的翹曲，并且沒(méi)有覆蓋處理時(shí)間（見(jiàn)表5）。 這表明，產(chǎn)生的冷卻通道系統(tǒng)的質(zhì)量取決于等溫線的集合，這些等溫線被選擇來(lái)導(dǎo)出冷卻通道 可以說(shuō)，結(jié)果受處理時(shí)間的影響，但不能提出普遍的索賠。 從計(jì)算時(shí)間的角度來(lái)看，忽略處理時(shí)間以節(jié)省計(jì)算時(shí)間似乎是有用的。 實(shí)施注射階段 與搬運(yùn)時(shí)間類似，灌裝階段，也稱為注射階段，只需很 短的一部分注射成型周期。 由于熔體被嚴(yán)重剪切，并且仍然將熱量傳遞給模具，所以熔體溫度與初始熔體溫度 的變化是明顯的。 在擴(kuò)展方法中，熔體被注入一個(gè)腔， 該腔被一個(gè)沒(méi)有冷卻通道的模具包圍。 在優(yōu)化中，在成型零件的注射階段結(jié)束時(shí)立即建立的溫度作為初始溫度 用這種方法，剪切在優(yōu)化過(guò)程中，很大程度上考慮了加熱和同時(shí)冷卻。 這種初始溫度場(chǎng)的使用是基于這樣的假設(shè)，即冷卻通道系統(tǒng)對(duì)熔體在（短）注入過(guò)程中的傳熱幾乎沒(méi)有影響。 在下面，將對(duì)這一假設(shè)進(jìn)行審查。 調(diào)查的目的是確定在優(yōu)化中是否需要直接考慮注入階段，或者是否可以通過(guò)使用適當(dāng)?shù)某跏紲囟确植紒?lái)避免這一點(diǎn)。 在優(yōu)化內(nèi)直接建模注入過(guò)程將需要相當(dāng)多的額外計(jì)算時(shí) 間，因?yàn)樗枰鉀Q腔內(nèi)的流體動(dòng)力學(xué)過(guò)程。 此外，這種方法需要一個(gè)更精確的離散空間和時(shí)間。 在這里，執(zhí)行三種不同的優(yōu)化。 在第一次優(yōu)化中，使用了整個(gè)熔體的均勻初始溫度。 在此產(chǎn)生的溫度系統(tǒng)的特征如下與T1。 對(duì)于第二次優(yōu)化，在均勻溫度為80° C的模具中模擬了注射過(guò)程。 然后在優(yōu)化（ T2）中使用零件在注入階段結(jié)束時(shí)的溫度和壓力分布作為熔體的初始溫 度。 然后，從T2導(dǎo)出的冷卻通道系統(tǒng)被用于第三次注射成型模擬，以再次確定注射階段結(jié)束時(shí)的溫度。 這些遞歸生成的溫度被用作第三次優(yōu)化T3的初始溫度。 在圖中10.顯示了假定初始溫度的差異。 與均勻優(yōu)化T1相比， T2的溫度場(chǎng)之間的差異如圖所示。 10a. 數(shù)字表明，溫度差異大于5K。第二模擬T2和第三模擬T3之間的差異在圖 中可視化。 10b 圖 10剪切應(yīng)力升溫和降溫對(duì)T2-T1（ a）和T2-T1（ a）裝置零件溫度分布的影響T3–T2 （b） 圖11產(chǎn)生的等溫線（a）和溫度T1（b）、T2（c）和T3（d）的分布情況 溫差明顯降低。溫度差的算術(shù)平均值僅為0.95K，因此， 剪切加熱在短注入階段后立即對(duì)熔體溫度的影響遠(yuǎn)高于 從冷卻通道系統(tǒng)中取出的熱量。 圖11a顯示了用這三個(gè)初始溫度生成的冷卻通道系統(tǒng)的輪廓。 此外，在圖中給出了三個(gè)裝置的模具內(nèi)的溫度分布。 11b-d. 疊加輪廓表明，產(chǎn)生的加熱/冷卻系統(tǒng)之間的差異相對(duì)較低。 使用初始溫度T2和T3的兩個(gè)輪廓比采用均勻初始溫度(T1） 獲得的輪廓更接近。 因此，研究表明剪切加熱對(duì)產(chǎn)生的冷卻通道系統(tǒng)有一定的影響。 由于熔體的剪切作用，達(dá)到較高的溫度，需要更大的冷卻需求。 因?yàn)樵诶鋮s系統(tǒng)T2和T3，在注入階段結(jié)束時(shí)發(fā)生的溫度場(chǎng)只有 輕微的不同（圖1）。 11b-d。 圖12b-d顯示了這三種配置的零件翹曲，此外，三個(gè)測(cè)量點(diǎn)的值如表6所示。數(shù)值表明，在T1的冷卻通道系統(tǒng)下設(shè)置了最大的翹曲。翹曲，這是使用T3的冷卻通道系統(tǒng)確定的，在T1和T2在 所有三個(gè)測(cè)量點(diǎn)識(shí)別的翹曲之間。這是一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗赋?，遞歸方法不符合質(zhì)量函數(shù)的描述。然而， T3的翹曲比T1更接近T2的翹曲，因此人們可以假設(shè)， T2和T3之間只有一點(diǎn)波動(dòng)。 這可能是由于數(shù)值原因造成的，但也需要進(jìn)一步研究，隨著千分尺范圍的差異，應(yīng) 進(jìn)一步研究這些數(shù)值的意義。 另一方面， T1和T2的比較顯示出對(duì)T1和T2的改進(jìn)。 表6 冷卻通道系統(tǒng)T1、T2和T3的翹曲分別為17.21%， 17.66%和30.53%，這是一個(gè)比較值得注意的改善。 變形 測(cè)點(diǎn)1[毫米] 測(cè)點(diǎn)2[毫米] 測(cè)點(diǎn)3[毫米] SystemT1 1.952 1.223 2.601 SystemT2 1.616 1.007 1.807 SystemT3 1.677 1.181 1.876 當(dāng)我們認(rèn)為T2的設(shè)置是進(jìn)一步設(shè)計(jì)研究的基本設(shè)置時(shí)， 我們將該設(shè)置與一個(gè)設(shè)置進(jìn)行了比較，該設(shè)置使用了Agazzi等人提出的質(zhì)量函數(shù)。 也涵蓋了均勻的溫度分布。通過(guò)對(duì)這種對(duì)應(yīng)設(shè)置的翹曲分析，所有三個(gè)測(cè)量點(diǎn)（+2 1.10%+39.52%和+12.01%）的翹曲度都較高。 當(dāng)與T2相比時(shí)。 基于這一結(jié)果，改進(jìn)的質(zhì)量功能和附加的注射成型階段的實(shí)施在質(zhì)量上更適合。 結(jié)論和展望 總的來(lái)說(shuō)，概述的調(diào)查表明，通過(guò)另一種提議的質(zhì)量功 能和對(duì)注射成型過(guò)程的強(qiáng)化詳細(xì)建模，方法的準(zhǔn)確性有 所提高。 在此，質(zhì)量功能是基于零件的局部冷卻需求和防止零件內(nèi)部的局部密度變化。 在優(yōu)化時(shí)，通過(guò)對(duì)幾個(gè)冷卻循環(huán)的模擬，得到了一個(gè)穩(wěn)態(tài)。 這將產(chǎn)生一個(gè)冷卻通道系統(tǒng)，更好地形成局部冷卻要求，這是經(jīng)濟(jì)和質(zhì)量 驅(qū)動(dòng)的冷卻階段所必需的，這是由模型擴(kuò)展到注射成型 周期的其他階段所規(guī)定的。 首先，將模型擴(kuò)展到多周期優(yōu)化提供了更好的結(jié)果。 第二，實(shí)施處理時(shí)間可能會(huì)改善結(jié)果，但可能會(huì)迫使選擇新的等溫線。 這里不能給出明確的建議，但未來(lái)的工作將需要集中在從優(yōu)化的結(jié)果 中導(dǎo)出一個(gè)合適的冷卻通道系統(tǒng)。 此外，處理時(shí)間的計(jì)算時(shí)間，應(yīng)考慮是否決定一個(gè)模型的處理時(shí)間是否值得 努力。 第三，在優(yōu)化過(guò)程中考慮了注入階段。 在這里，實(shí)現(xiàn)剪切應(yīng)力變暖的份額無(wú)疑是對(duì)方法的改進(jìn)。 另一方面，冷卻通道系統(tǒng)的影響份額并不會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的改 善，而是需要更多的計(jì)算時(shí)間。 作為一個(gè)結(jié)論，這里的實(shí)施是不明確的。 進(jìn)一步的調(diào)查將首先集中在更準(zhǔn)確的模型保持壓力階段。目前，由于數(shù)字原因，這一階段被簡(jiǎn)化了。 第二， PVT數(shù)據(jù)的材料特性以及收縮和翹曲的建模在所提出的覆蓋零件密度的質(zhì)量函數(shù)方面顯得尤為突出。 此外，在未來(lái)，更復(fù)雜的三維幾何圖形應(yīng)包括在繼續(xù)調(diào)查中。 總之，所提出的擴(kuò)展方法已經(jīng)為注塑模具的自動(dòng)熱模設(shè)計(jì)提供了一種很有前途的方法。 所描述的研究由Deutschen Forschungsgemeinschaft（ D FG）資助，作為協(xié)作研究中心1120“通過(guò)控制生產(chǎn)過(guò)程中的熔體動(dòng)力學(xué)和凝固 來(lái)精確制造”的一部分，作為B1研究小組“在考慮局部冷卻需求 的情況下解釋注塑工具的溫度布局的算法”的一部分。 我們謹(jǐn)向DFG表示感謝。 遵守道德標(biāo)準(zhǔn) 利益沖突.. 提交人宣稱他們沒(méi)有沖突 參考文獻(xiàn) 1.Menges G， Michaeli W， Mohren P（ 2007年） Spritezgie swerkzeuge。 Carl H anser Verlag， Munchenü 2.Michaeli W (2010) Einfu¨hrung in die Kunststoffverarbeitung. 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