英文翻译

青岛大学

毕业设计(论文)英文翻译

学院：机电工程学院

专业：机械工程及自动化

姓名: 白杨

指导教师：王钰

20013 年5 月20 日

英文翻译

摘要：

汽车共形冷却通道的设计摘要：在决定生产力和质量的注塑成型进程中，冷却系统发挥了关键作用。随着当前的固体无制造技术的进步，模具设计人员不仅一直在努力改善冷却系统的性能，并且在寻找一种自动实现的方法。本文提出了一种方法，建议制定一项形象的冷却系统，这个系统有利于改善冷却整个模具表面最小周期。填充过程中，根据温度的分布，将模具表面进行分区。优化过程中该目标函数表示为最小的冷却时间，以保证一个现实设计的界限，根据冷却的渠道大小和地点完善冷却系统布局。最后，所有过冷却通道组合起来，来完成保形冷却系统注入模具。

关键词：射入模子，保形冷却的渠道，优化，冷却时间

1.导言

近年来，注塑的应用越来广泛，不仅因为产品生产率较高，而且还可以创造各种复杂的几何形状以及较低的生产成本。注塑过程包括三个重要阶段，填装阶段、包装阶段和冷却阶段。这些阶段，冷却阶段是非常重要的，因为它明显影响到生产力和质量的最后部分。超过70%成型周期由冷却阶段占去。一个高效率的冷却系统设计，旨在缩短注塑成型周期时间，必须尽量减少不必要的缺陷，例如缩痕、有差别的收缩、热量剩余应力积累和部分翘曲。在以往的工作，许多计算机辅助工程和优化方法已应用于观察和微调热系统的影响。这些研究结果主要是获得了使用热分析模块的商业CAE技术的软件包，如C-Mold TM或Moldflow TM。这些分析是基于最初的设计者所产生的个人设计的经验。然而，当部分结构变得越来越复杂，那些设计不总是出给好的结果。常规地，模具表面温度认为恒定的，虽然有热发散在材料表面，造成的模子表面跑入模具内洞。如果是同一种冷却的渠道配置，这将导致在模仿结果和真正的注坯模型过程之间存在差别，而不是独特固有的冷却表面。此外，冷却系统设计和制造一直局限于相对简单的配置，这主要是由于局限的制备方法，缺乏适当的设计方法。一种保形冷却的渠道，作为名字暗示，提到依照模腔的表面渠道。这些渠道，可以成功地制造坚实自由形态制造过程，展示了在提高生产率的同时改善部分质量，与常规生产比较方便加工。因此，其余的问题被认为是在设计和冷却系统加工条件的冷却阶段，尽量减少冷却时间和实现均匀冷却（即，温度必须保持恒定）。

在本文，热传递问题在注坯模型首先被分析。基于温度发行在填装的阶段以后，模子表面被分裂成适当的区域。这些区域降温的优化来自subconformal渠道的优化进程，以便获得独特的模具冷却表面。目标函数的优化过程说明作为最小的冷却时间，设计变量选择的冷却通道的大小和位置。最后，这些冷却集相结合，创建整个形冷却通道系统注塑模具。

2. 物理塑造

在物理意义上说，冷却阶段是非常复杂的问题。为了简化这一过程中，下列假设在这方面的研究：

?由于变化的物理性质模具材料所造成的温度和压力不重要的，他们被视为常数。

?在初始阶段，无论是模具和塑料物质被假定为有自己的统一的温度，和塑料材料假定不包含固体部分。

?内部的压力型腔假定不变。因此，塑料材料的数量保持不变。

图1

计算暖气系统最重要的基础是一个模具的热平衡，因为模具温度和热固性弹性体的温度是100 ?150摄氏度，高于热塑性。当热平衡是为了模子和热塑性塑料而建立，能量平衡将通过考虑，热流设定为准稳态的作业。在准稳态，热流被提供给模子(算作是正面)和热流去除从模子(算作是阴性)必须平衡。热流余额如下：

QKS +量子效率+质量= 0

高温熔融聚合物的热被带走，经过冷却的冷却渠道和热交换的环境。蓄冷剂流经渠道以某一流速，并且温度在冷却的渠道的入口前被分配。热交换由牵强的对流发生在蓄冷剂

和冷却的渠道表面之间，与热交换一起参与环境。热交换主要包括自然对流在自由流通的空气和外部模子表面之间。因为热耗通过表面少于5%的总损耗，在多数注坯模型应用中，外部表面被考虑为绝热。在简化问题的同时，考虑到事实必须被穿过冷却的渠道的蓄冷剂取消95%溶解的聚合物的热。于是，热交换单一地被考虑作为热交换在溶解的聚合物和蓄冷剂之间。QKS+QC=0。热流从溶解的聚合物到冷却的媒介可以被表达如下。T W是模子墙壁温度，在填装的阶段完成之后。这个温度可以由实验性或模仿结果得到。

3. 最优策略

由于在温度发行上的区别在于模子表面在填装的阶段以后，所以一种冷却的配置为整体模子不是适当的。为了增加冷却的表面温度的平均，模子表面根据温度发行subconformal 冷却的渠道冷却变化将被分裂成为从极小值到最大价值的不同区域。在本文，优化过程单独地申请其中每一分开的分裂冷却区域。目标函数是在冷却时间以前定义的，关于冷却的线地点和他们的半径作为设计可变物。要运作冷却的渠道系统的设计目标，冷却时间的目标函数通过结合等式选择从(2)到(7)如下：

在所有设计中，可变物必须也考虑适当的限制，保持设计现实和保证部分质量。在这个问题，从制造业视图点，每种冷却的渠道位置和范围必须不仅安置上部和更低的界限保持设计现实，而且保留射入模子的力量。这种约束的优化问题可以很容易地解决了一些优化算法，如响应面法，模拟退火，遗传算法。在这项研究，结果从解决引起的数字模型过程中得到。Matlab程序在以上提到的不平等限制之内被开发计算。从这些演算中，优化冷却时间可以与参量价值一起达到。通过解决上述优化问题，我们可以通过调整每设计可变物的特征如下：

图2

因为参量的一个极小值或最大价值不可能是最优选择，为了得到最佳的结果进入冷却的阶段，这些参量必须组成一定的参数设置。例如，从模子表面的到冷却的渠道的中心的距离越小，去除热越迅速和冷却时间越短。然而，发生的洞表面温度变异可能导致部分质量问题由于二种冷却的渠道之间的不适当的距离。

此外，必须选择每一种subconformal冷却的渠道的参量，以便确切地计算所有导致同一个极小的冷却时间。优化过程为确定参量的价值在表2被提出。最初与模子和塑料材料有关的特征，例如熔解潜热聚合物的，聚合物的熔化的温度，融解、融解密度、热传导性融解，导热性模子钢，最初的模子墙壁温度和塑料产品的形状因子的比热输入参量。在下一个步骤，填装的阶段模仿跑以商业分析软件获得热发行。虽然温度在赛跑者门的位置更高万一使用热的赛跑者)，模子墙壁温度常规地认为是恒定的。然而，为了获得一个更加确切的冷却时间和独特的冷却带，必须考虑到温差。有更高的温度的地点应该有能力消散更多热，它必须有一种不同的冷却的配置。

4. 保形冷却渠道的形状

快速冷却改善进程经济学，而统一冷却有助于产品质量的预防差收缩，内部压力，脱模的问题。这两个快速均匀冷却，实现了足够数量和适当位置冷却渠道。流体通道有效模具和部分冷却应仔细的覆盖大多数成型表面。冷却渠道的形状也是决定的效力最重要的因

素。尽管一部分可能以通告的形式，冷却通道在一系列方面已被用于实践。传统的冷却系统可以适用于适当修改后的。在本文，我们提出根据常规类型的保形冷却系统修改保留保形物产的三个类型，如图5所所示，这些包括保形之字形类型、保形平行的类型和保形螺旋类型。由于温度之间的差异成型和冷却减少日益增加的流动长度冷却，冷却的核心是没有提供的。结果，如果塑料部分不是太大，应该只使用这个类型。为了避免这个情况，平行冷却被使用与平行冷却，个体核心蓄冷剂应该有一个主水道，并且以另一种收集的渠道去除蓄冷剂。

图3

此外，可以用于冷却圆零件的螺旋冷却的样式可能也被修改用于一个保形冷却系统。蓄冷剂从边缘流动到中心在螺旋样式。蓄冷剂的温度增加，当它流经螺旋，由于它的流程的长度，而融解已经使某一程度冷却下来。以SFF技术，当与原始部分比较时，这些保形冷却系统给更好冷却的结果，因为冷却的渠道和模子表面之间的距离总是被保留常数，导致更多一致冷却。要使每个冷却系统的设计都灵活运用于不同形状的塑料部件，必须依赖于工作机的模具，以防止干扰各部件，如弹射引脚，液压线，传感器等。

5. 专题研究

所采用的程序开发形冷却渠道介绍见上一节。为了证明提出的保形冷却的渠道系统的适用性，我们进行了汽车零部件的实验。尺寸和厚度该产品是470 × 98 × 65毫米和3毫米，分别为。聚合物材料PA06 ，处理与建议数据列于表1 。在这项研究中，Moldflow公司软件中使用塑料工业是用CAE技术分析工具进行分析的。首先，汽车零件模型是以模子和塑料材料的所有必要的参量并且最初的过程参数为基础的，例如模子表面温度，融解温度等等被进口入CAE分析软件，以便填装的阶段可以被执行。在填装的阶段以后，最大模子墙壁温度和极小的模子墙壁温度分别为266°C和260°C，温度分布于同一温度范围塑料部分的区域将有同一种保形冷却的渠道配置。在这情况下，有两种不同的冷却配置实现这两个范围的温度。为了取得这些两个单独的形冷却配置，优化程序将运行两次。

图 4. Car part product with position of the runninggate.

图 5. Temperature distribution after the filling stage.

两种不同价值观的模具壁温度261.5°C 和264.5°C 。这些温度范围值的平均值（即261.5°C的平均价值从260°C温度范围内，以263°C ; 264.5°C是平均价值从263°C温度范围内，以266°C ）是经过优化后输出的。

经过冷却通道配置已获得，下一步是选择哪种类型的冷却通道应采用。根据优势和缺点每个形冷却通道类型如前所述，冷却通道并行应无法使用。剩下的解决方案是冷却通道安排一系列与螺旋形式。

如果形冷却通道被使用，模具将非常复杂。这方面的原因是：

?有两个冷却配置为整个产品，的区域有较高的温度分布并不大。

图6、7. Possible conformal cooling channels for the plastic product.

图8. Different cooling configurations for each part of the mold.

结果，这个产品使用保形冷却的渠道为螺旋形式，如表8所示。最后，冷却的阶段模仿完成以选择保形冷却的渠道配置。在这项研究中，常规冷却的渠道也完成了模仿，为了与提出的保形冷却做比较。

本文件中，由于缺乏设施和条件下进行真正的实验，模拟结果显示在图9 ，图10和图11 作为一种近似基础的适用性评价拟议的方法。参数输入同常规模拟及冷却通道形冷却通道的仿真。常规冷却通道模拟，最小差距模具表面和冷却通道是相同价值之间的距离模具表面和冷却通道形冷却仿真。

为了预测的结果将成为在一个真正的生产过程，模拟与商业软件有许多工作要做。必要的参数模拟器包括：

?比热和导热性的数据资料塑料材料PA06

?比热和导热性的数据资料模具钢材料

?该特征参数的冷却剂

?在数据处理的塑料材料PA06

图9 温度分布仿真结果

图10 时间冻结仿真结果

图11 体积收缩仿真结果

?形状的冷却通道

?配置的冷却通道

结果证明了常规冷却的渠道提出的保形冷却的渠道的优势。由于短时间结冰和更低的容积收缩，提出的冷却的渠道给更短的周期和更好质量产品。产品用保形冷却的渠道也有更多一致冷却。温度区别在模子表面，在这个实验是关于1.5°C与6°C比较以常规方法。

6. 结论

固体无制造工艺，可以创建注射成型、加工复杂的冷却通道，可以大幅度提高生产速度和零件质量。但同时也提出了挑战。设计复杂的冷却管道，要求完成很多改进。这工作是为了当模具温度较高时，更加高效率和更加一致的通过保形冷却。保形冷却的渠道的设计，提出一个系统的方法。热分析的执行与过程的优化可以得到最短冷却时间，那个热分布存在差异的灌浆期，也可以考虑冷却通道的设计。这样，当造型机被发动时，不仅减少

需要的周期，而且达到一个一致的冷却带。

通过这个汽车部分的实验证明了提出的这种方法的实用性，得到的结果表明，这个方法在改进塑料生产上，成功的提高了效率，改善了质量。

图12