模具专业外文文献翻译-外文翻译--可控注塑成型的发展趋势 中文版

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1 外文资料名称： F 文 资 料 出 处 ： 1999 件： 指导教师评语： 签名： 年 月 日 2 可控注塑成型的发展趋势 海荣译 摘要 ： 过程控制已被确认为提高稳定性和热塑性 的 一项重要手段，然而没有一个单一的控制策略或系统设计已被普遍接受。注塑过程是成型系统继续生产有限的热和流动力学的加热聚合物熔体缺陷部件的生产过程。 本文讨论的是一些困难所造成的复杂和分发性质注塑过程。相对于运输和流变对流动和热动力学过程进行了分析。然后，两个新的加 工方法被描述为循环流量、压力和热控制。仿真和实验结果表明这些创新的有效性可以增加聚合物加工的一致性和灵活性。 关键词 ： 过程控制，成型系统，注塑过程。 1 导言 注塑能够产生非常复杂且标准的部件。这个过程包括以下几个阶段：塑料化，注塑，包装，冷却和脱模。在注塑成型及其变种（注射压缩天然气协助成型等）中，热塑性塑料颗粒被输入一个旋转螺钉并融化。随着均匀的熔体收集前的螺丝钉是向前发展的轴向控制，随时间变化的速度，以推动融入一个疏散腔。一旦熔体凝固和成型元件有足够的刚性，模具被打开和部分脱落，周期范围从不到 4 秒的 光盘到超过三分钟的汽车零部件。 控制注塑明显挑战的是非线性行为的高分子材料，动力和耦合过程的物理和错综复杂的相互作用模具几何和最终产品的质量属性。订正系统的观点，现代常规注塑过程图中提出的机器参数会显示在左侧的数字和一些常见的成型质量的一部分措施是列于右侧。这个过程分为五个不同的阶段。输出的每个阶段不仅直接决定了下一阶段的初始条件，而且影响最后成型部分的质量。 图 1 ：注塑过程的系统观点 图 2 ：注塑成型控制的系统图 3 2 工艺开发 注塑成型控制如图 2 所示：在最低级只有机驱动器调节，这种控制将确保机器投入妥善地执行方案（图 1 ） 。在第二级为状态变量，如熔体温度和熔体压力的控制，跟踪预先指定的配置 文件，这将提供更精确的融化控制状况。在外层一级，调整机投入，通过提供更好的盘末点的质量反馈以提高产品质量的组成部分。 显然自动控制是重要的，它是聚合物状态直接决定了成型零件质量。因此，本文的重点是关闭机器之间的回路参数和聚合物状态。如果实现，这些先进的控制策略将提高成型零件的质量和一致性。 3 模腔压力控制 模腔压力是可以规定成型周期的一个基本状态变量。闭环控制的模腔压力可以自动补偿不同的熔体喷油压力，以实现一致的过程和一套统一的产品属性。曼恩推出的第一个压力控制计划用调制泄压阀 ，并制定了有关反应开环扰 动的阿布法拉过程控制模型的模腔压力 。斯里尼瓦桑以后使用这些模式提出了学习控制器闭环腔压力控制。为适应控制方法还提出了在模具中跟踪腔压力通常分布在一个地点 。 不幸的是模腔压力控制因缺少一个系统的方法来确定压力。此外，由于没有适当驱动器控制压力 ，所以 它是不完整的。因为传统的注塑机都只配备了一个驱动器（螺钉）不允许同时控制多个点的模腔压力。熔体运输系统在常规冷流道模具如图 3所示，很明显几何是“硬线”入模。其次位置是固定的，尺寸也被修复。 图 3 ：典型包装压力分布 在可控的注塑成型过程中，进行实验设计，以确定关键的工艺参数和部分尺寸：公式中机器参数从 0 缩减到 1 ，表明了可行的最高 加工范围。由此产生的线性模型的系数改变零件实际尺寸。应当指出的是，一次加工完成后，虽然功能显著但尺寸变化可通过处理却十分有限。 公理设计指出“应保持独立功能”它适用于开发控制多种自由度熔体 4 流动和模腔压力。图 4 所示阀门熔体的流动从入口到型腔压降和流速熔体动态多样性，熔体控制在每门可以覆盖影响成型机并提供更好的响应时间和融化的差别控制。每个阀门作为独立注射单位减少依赖于机器的动力。本实施不仅能提供更低的成本和更高的可靠性，而且还继承了传统的外观系统。 图 4 ：动态流量调节设计 图 5 ：动态流量调节设计 由此产生的可控注塑成型过程中如图 5 有多个压力概况 可以保持在型腔一个组成部分。在同一周期内，三种不同程度的熔体施加了压力。该压力控制阶段， 1 号门是 帕（ 6000 磅）， 2 号门是 帕（ 6000 磅）， 3 号门是 帕（ 3000磅）和 4 号门是 帕（ 9000 磅）。在传统的注塑成型中熔体压力将是相同的所有大门。 由上式知有两大影响因素：首先 闭环控制腔压力，大大减少了零件尺寸依赖于机器的设置，并且减少多个零件尺寸标准偏差的 5 倍，从而增加了过程能力指数，从不到 1 到远远超出 2 。第二如公式 改善所提供的三维可控性的动态调节腔压力分布。一般情况下，改变了在门口最接近的模腔压力影响零件尺寸。此外，独立的控制阀产生提供了不同层面的能力在一个地点同时又不干预层面另一地点。应当指出的是，总规模可三维变化的动态压力调节是大致相同的常规成型。 这些结论对产品和加工的发展进程可能有 重大影响。目前，充型数值模拟和专家判断相结合估计这一进程的行为 关键的 是 设计决策。改进可控的注塑成型过程中允许改正错误，许多设计在模具调试阶段没有重组。这种变化在发展过程中可能大 5 幅度减少工具的开发成本，缩短开发周期，并加快产品上市时间。 4 温度控制 典型的热路径在冷却阶段的注射成型模具是热量进行热聚合物的相对冷却，然后通过模具的冷却线。虽然动态压力控制已经证明是可行的，并正在商业化。 冷却阶段注塑周期是不理想的，很多 原因 影响了产品质量和生产经济学。物理过程的模具温度必须低于聚合物热变形温度，例 如，一个刚性部分弹出。然而，冷却的模具温度进行热量发展造成皮肤外观的 一部分和繁殖的冷 冻层实现的核心部分。这些冰冻层的流动阻力增加，使模具型腔难以填补。由于冻结层的不断发展，在注射液和冷却不同程度的压力和聚合物形态的变化作为一个功能的厚度减少了光学、结构、性能和其他部分。 目前的研究目标是开发一种新的更具实力的模具壁温动态控制方法。应该使高模壁温度在注射和包装阶段，以促进聚合物的流动，随后引起低模壁温度，以促进凝固的成型部分。最理想的是，在填充过程中模具壁温应与熔体温度平衡。这种模具温度在成型周期尚未实现。动态温度控制有三个主要优点： 1 、 更高质量的零件 ： 在注聚合物时提高 模具温度可以完全避免发展外皮肤和冰冻层。压力和热梯度部分将减少到最低限度，从而降低双折射，低残余应力等。 2 、 减少壁厚 ： 在注聚合物时维持一个 高模具温度，流量电导将大大增加，这将能够大幅度减少壁厚 。 3 、 缩短周期 ： 通过在冷却阶段减少模具壁温，部分更迅速地巩固，生产力得到很大的提高。此外，气温较低的弹射将大大减少后成型收缩从而减少了多方面的变化。 目前的办法包括三个简单的概念图 6 所示。首先，与传统注塑成型相比模具冷却液维持在较低的温度比通常是可行的。其次，重要的是温度瞬时异型模具钢在开始前注 射液对流加热的天然气，通过表面的模具根据已知的时间 /温度 /流量的资料。最后，成型周期的开始与传热动态程序“开环” ，以获取所需的动态模具壁温行为作为时间函数。 为提供准确代表性的进程， 20 个成型周期的热模拟的前一个周期结果是下一个周期的初始条件的。如果有模具一直在稳态运行生产。这将允许估计整个模具在开始的周期温度分布。 6 常规 动态冷却 图 6 ：动态冷却控制 图 7 ：通过截面零件及模具的温度 由此产生的温度分布通过截面聚合物（阴影区）和模具绘制的大量时间如图 7，微量＃ 0 表明聚合物注入模具的最初温度曲线。在传统的过程中，模具是在低温时注射，造成聚合物 100℃差别的皮肤和核心。在拟议过程中，热瞬时启动，以提供高模具表面温度。改变气体温度和时间的接触可以修改初始温度分布。随后曲线代表温度分布在一秒钟的间隔，冷却期间注塑模具墙将导致流动阻力增加和减少的部分财产，而 降低热冷却的模具是传热冷却过程中的一部分，减少了模具冷却温度显著提高了换热冷却，这是减少周期时间所必须的。拟议的进程提供了最低限度的热瞬态期间注射，但仍得以迅速冷却以后的部分。 热梯度图 7 至关重要的是预测和控 制其他进程的动态和随后的部分属性。例如，理想的是 增加流动电导以减少所需的注射压力。这将不仅使制造更大的部分给指定的机器的能力，而且还增加了 部分 的 统一属性。鉴于流变和热性能的聚碳酸酯，由此产生的压力等值线从中央到边缘的光盘中显示如图 8 的压力分布在年底充型的代表是坚实的痕迹。装载过程中，高流量和流动阻力将会造成大量的注射压力以填补型腔。图 8 所示，传统的成型需要大约 1 的压力以填补模具。拟议的进程使近等温填补模具减少了注射压力到 12减少了喷油压力需要较少的能源生产，并增加了标准零件的质量。 7 常规 动态冷却 图 8 ：径向压力等值线光盘 热和压力的重要意义如图 7 和 8 还可以审查输出部分属性。例如我们会考虑双折射，这是所造成的光学性质变化，两个或两个以上的不同传播速度，同时通过光盘，某一等级的聚碳酸酯，折射指数直接相关的具体数量的模塑部分。图 9 显示截面各地的具体数量， 并通过光盘上弹射。纵坐标轴代表的径向方向而横坐标代表厚度方向。该图已被设置为同样的规模，并可能直接比较。在传统的成型中凝固层的一个重要发展附近（中心部分）已被冻结在高注射压力和包装。腔压力外半径一部分是明显低于在结束包装阶段和整个冷却阶段这两种情况。 常规 动态冷却 图 9 ：比容截面的光盘 图 9 也显示了 可控热瞬态 潜在质量 的 实现。由于模具填补等温条件下，没有凝固层开发一直到包装阶段模腔压力均匀整个腔。这种一致性将使以前没有实现 的 表面复制，低双折射，和三维属性 得以实现 。具体的数量几乎是不断跨越半径的光盘通过前 30 ％的厚度，这是关键的地区，后来 是 扫描。 5 结论 本文讨论了研究战略，以获得可控的注塑成型过程。所描述的是强大引擎 过程的成型行业。压力控制使空间解耦增加自由度的管理质量属性。动态温度控制使颞解耦注射和凝固阶段的进程性能提高 。因此，潜在的生产率和质量收益得到巨大的 8 提高 事先和正在进行的研究、制造给我们更广泛的研究提供坚实的成功例子，以激励和鼓舞了类似的项目以外的聚合物加工。虽然这种方法目前不存在在实践中，但我们相信，一个严格的设计方法是可以实现的。 这种制造工艺的设计可以提供突破性的竞争优势。最近的研究制造和设计过于集中性和一致性。工业继续降低其研究项目的优先次序，并提供全新的工艺技术。这是学术界的责任和机会，也是更大的风险。 致谢 这项工作是通过资助期间 1992 — 2002 年通过（顺序）通用电气塑料， 坦福大学集成制造协会，科纳公司，美国能源部的创新工艺方案，国家科学基金会司设计，制造和工业创新，惠普公司，美国美国海军研究办公室。