Konformse jahutusvormi valmistas 3D trükitehnoloogiaja substraat 3D trükkimine uuriti. 3D-prinditud komposiitmaterjali survetugevus ja survetugevus, millele oli lisatud 30% (massiosa) volframkarbiidi (WC), saavutasid vastavalt 1757 MPa ja 1677 MPa, mis on umbes 20% kõrgem kui valuvormi terasmaatriksi survejõud. Pidades silmas pika jahutusaja, toote väändumise ja mõõtmete ebastabiilsuse probleeme vormide disainis, projekteeriti metallist 3D-printimisel põhinev konformne jahutusveekanali vorm, mille simulatsioonianalüüs viidi läbi Moldflow tarkvara abil. Tulemused näitavad, et konformne veekanali lahendus võib oluliselt parandada jahutuse efektiivsust ja vähendada toote deformatsiooni. Metallist 3D-printimise tehnoloogial on lai kasutusväärtus konformsete jahutusvormide valdkonnas. Plasttooted vormitakse peamiselt survevalu masinates, kasutades vorme. Kogu tootmisprotsessis on survevaluvormide valmistamise aeg ja maksumus kõige suurem. Tänapäeval on kasvav nõudlus isikupärastatud väikeste partiide toodete järele toonud kaasa hallitusetööstuse kiire arengu ja üha karmima konkurentsi. Seetõttu on lisaks survevormide kvaliteedi ja jõudluse pidevale parandamisele vaja ka selle tootmiskulusid minimeerida ja tootearendustsüklit lühendada, et turgu kiiresti haarata.

Plastdetailide vormimise protsessis moodustab jahutusaste 2/3 kogu vormimistsüklist. Ebapiisav jahutusaeg võib põhjustada defekte, nagu kokkutõmbumisjäljed ja plastosade kõverdumine. Liiga pikk jahutusaeg mõjutab ka plastosade tootmise efektiivsust ja maksumust. Seetõttu on vormitööstuse peamisteks uurimissuundadeks saanud vormi soojuse hajumise efektiivsuse parandamine ja jahutusaja lühendamine. Nende hulgas on erikujuliste veekanalite disain üks tõhusamaid lahendusi vormi soojuse hajumise efektiivsuse parandamiseks ja jahutusaja lühendamiseks. Traditsioonilist vormi jahutusvee kanalit piirab töötlemistehnoloogia ja seda saab saavutada ainult vormi aukude puurimisega. Kuid vormil on sageli keerulised mehhanismid, nagu tõukurvardad, kaldus juhtsambad ja liugurid. Veekanali projekteerimisel tuleb vältida teatud olemasolevaid vormi mehhanisme. Seetõttu on muutunud väga keeruliseks ülesandeks teha vormi efektiivne jahutusvee kanal, mis jahutaks plastosad kiiresti ja ühtlaselt.

Võttes näiteks sissepritsevormid, on olemasolevatel survevormidel jahutustegurite tõttu järgmised peamised probleemid: (1) Olemasolev vormitöötlustehnoloogia piirab veekanalite töötlemise tehnoloogiat, mille tulemuseks on suutmatus täielikult vastata plastosade jahutusnõuetele, mille tulemuseks on selliste probleemide korral nagu plastosade ebakvaliteetne kvaliteet või suutmatus otse vormida; (2) Olemasolev vormitöötlustehnoloogia piirab veekanali jahutustõhusust, pikendab jahutusaega, mõjutab veelgi survevalutoote väljutusaega, mõjutades seeläbi tootmise efektiivsust ja viivitades tooteturu edendamist; (3) Toote survevaluprotsessi ajal tekkiv jahutusprobleem piirab sageli toote struktuurset ja funktsionaalset disaini. Pihustusprotsessil kõrgsurve süstimise ajal on kaks peamist eesmärki: üks on määrimine, et parandada vormi lahtivõtmist; teine ​​​​on toimida jahutamiseks pihustuskeskkonnana. Tööstuse arengusuund on pritsimisetapi minimeerimine või kõrvaldamine. Konformse jahutuskonstruktsiooni kasutamine võib vähendada pihustamist, pikendada vormi eluiga ja tagada survevalu osade kvaliteet1.

Metalllaseriga 3D-printimise tehnoloogia põhineb kihilise tootmise ja kiht-kihilise superpositsioonivormimise põhimõttel. Vastavalt vajalike osade kolmemõõtmelisele struktuurimudelile kujundatakse viilmudeli fail. Metallpulbermaterjal sulatatakse vastavalt kehtestatud skaneerimistrajektoorile laser-3D-printimise seadmetega, tahkutakse ja vormitakse ning asetatakse kiht-kihilt üksteise peale, millest saab moodustada mis tahes keeruka geomeetrilise kujuga osi7. Võrreldes traditsiooniliste töötlemismeetoditega võib laserselektiivsulatus (SLM) toota vormisüdamikke ja õõnsusi ülitäpsete komplekssete konformsete veekanalitega, mis vähendab oluliselt vormi jahutusaega ja lühendab vormi tootmistsüklit.

Metallist 3D-printimise tehnoloogial põhinev artikkel uurib prindisubstraadi jõudlust, kavandab süstimisvormide jaoks täpset konformset jahutussüsteemi, kasutab vormivoolu analüüsi tarkvara konformsete jahutusvormide toimivuse analüüsimiseks, optimeerib konformsete jahutusvormide peamisi protsessiparameetreid. ning kasutab vormi printimiseks ja survevalukatsete läbiviimiseks 3D-printimise tehnoloogiat.

1 Materjaliuuringud

Vastavalt vormiosade vajadustele valige madala süsinikusisaldusega kõrgtugev teras, millel on hea korrosioonikindlus ja kõrge kõvadus. Komposiitmaterjalide trükkimine on praegune metallilisandite valmistamise uurimissuund. Volframkarbiidi (WC) keraamilise faasi lisamisega saab parandada maatriksi tugevust ja kõvadust, samuti kulumiskindlust ja kuumakindlust, kuid samal ajal toob see kaasa ka probleeme, nagu plastilisuse vähenemine. Keraamilise faasi tugevdusmehhanismi ning keraamilise faasi ja maatriksi liidese vahelise sideme analüüsimine ja uurimine on tõhus viis komposiitmaterjali üldise jõudluse kontrollimiseks ja sitkuse parandamiseks.

WC massiosa vormiterases on 30% ja SLM-vormimisprotsessi parameetrid on toodud tabelis 1. Drenaažimeetodil mõõdetud vormitud proovi tihedus on kuni 9.11 g·cm'-3. Pärast 30% (massifraktsiooniga) WC-vormi teraskomposiitmaterjali proovi moodustamist, pärast 900-tunnist kõrgtemperatuurilist lahustamist temperatuuril 1 ℃ ja 500-tunnist vanandamist temperatuuril 4 ℃ tuvastati kõvaduseks 52.4 HRC. Katsete kaudu on näha, et selle kõvadus on positiivses korrelatsioonis selle tihedusega. Mida suurem on tihedus, seda vähem on sisepoore ja seda suurem on kõvadus. Vormi terasmaterjali kõvadus ilma lisanditeta pärast lahusega vananemist on 48HRC. Võrdluseks, WC-ga lisatud vormiterase üldine kõvadus on teatud määral paranenud, mis näitab, et lahuse töötlemise protsessis lahustub maatriksis väike kogus WC-osakesi.

Nagu on näha jooniselt 1, lahustuvad teised WC-osakesed, välja arvatud mõned WC-osakesed, mis säilitavad täieliku ja sujuva sfäärilise liidese, lahuse töötlemise käigus, muutudes elliptilisteks või defektseteks sfäärideks ja väikesed WC-osakesed kaovad. See näitab, et WC-osakesed on maatriksis osaliselt lahustunud ning osakeste ja substraadi vahel moodustub tugev metallurgiline side, mis parandab oluliselt materjali üldist tugevust ja kõvadust, mis võib kajastuda ka materjali kõvaduse muutuses. komposiitmaterjal.

Erineva massifraktsiooniga (WC) komposiitmaterjalide survejõudluse testi tulemused näitavad, et WC massiosa suurenedes suureneb järk-järgult komposiitmaterjali survetugevus ja surve voolavuspiir. 30% WC-ga komposiitmaterjali survetugevus ja surve voolavuspiir on vastavalt 1757 MPa ja 1677 MPa, mis on umbes 20% kõrgem kui valuvormi terasmaatriksi survejõud ja kokkusurutud osad ei purune, kuid tekib survedeformatsioon. Seetõttu on substraatidena kasutatavad WC-komposiidid kasulikud vormi jõudluse parandamiseks.

2 Hallitusvormi konformse veekanali projekteerimine ja analüüs

Pidades silmas konformsete veekanalite vormide disainitoodete konstruktsiooniomadusi, kasutasime esmalt Moldflow analüüsi tarkvara, et võrrelda mitme tüüpilise juhtumi vormi vooluanalüüsi traditsiooniliste veekanalitega, uurida kuumi kohti, temperatuuri gradiente, termilist deformatsiooni ja muid probleeme. survevaluprotsess, projekteeriti konformsed veekanalid, millel on erinevad kumerused, kaugused õõnsusest ja ristlõike kuju, ning neid pidevalt itereeriti ja optimeeriti, eesmärgiga tõsta tootmise efektiivsust rohkem kui 30%. Analüüsisime ja tegime kokkuvõtte jahutusefekti ning konformse veekanali konstruktsiooniomaduste ja mõõtmete vahelist seost, keskendudes minimaalsele vahekaugusele veekanali ja vormipinna vahel erinevates töötingimustes, aga ka eluea ja jahutusomaduste vahel erinevad kaugused, erinevate konstruktsiooniliste omaduste ja survevalumaterjalisüsteemide nõuded veevoolule ning tarkvara simulatsioonianalüüsi tulemuste ja tegelike tulemuste vaheline kooskõla.

2.1 Konformne veekanali disain

Toote tüüpilise struktuuri ja materjaliomaduste uurimise kaudu analüüsitakse lõplike elementide analüüsi tarkvara abil survevaluprotsessi temperatuurigradienti ning kujundatakse erineva kõveruse, õõnsuse kauguse ja ristlõike kujuga konformsed veekanalid. . Konformse veekanali jahutavat toimet analüüsitakse ja optimeeritakse iteratiivselt ning teooriat ja praktikat ühendav analüüs viiakse läbi eksperimentide kaudu, et teha kindlaks seos temperatuurigradiendi ja konformse veekanali struktuuri vahel ning määrata esialgselt konformse veekanali projekteerimisstandard. .

Võtame näitena teatud toote ülemise kattevormi: põhimõttel, et jahutusveekanali ja liimipinna vaheline kaugus peab olema suurem kui 2/3 veekanali läbimõõdust, sügav luu paigutus ja uuenduslik vöökoht. Esmalt projekteeritakse sileda konformse ristlõikega veekanal, nagu on näidatud joonisel 2.

2.2 Hallituse kuumpunkt ja deformatsioonianalüüs

Kuuma koha positsiooni analüüsib Moldflow tarkvara, nagu on näidatud joonisel 3. Kuuma koha asend on 12 väljaulatuvat väikest kolonni, mis on need osad, mida tuleb jahutada. Temperatuurigradient mõjutab toote jahutusdeformatsiooni. Üldiselt võib öelda, et mida ühtlasem on temperatuur, seda parem ning kõrgeima ja madalaima temperatuuri erinevus ei tohiks ületada 20 ℃.

Nagu on näha jooniselt 4, on traditsioonilise töödeldud veekanali vormipinna kõrgeim temperatuur 102 ℃, madalaim 30 ℃, äärmuslik temperatuuride erinevus on 72 ℃ ja eend on tõsiselt ebapiisavalt jahutatud. Tegelikus tootmises on lihtne põhjustada survevalutoodete ebaühtlast jahutamist, suuri deformatsioone ja ebakvaliteetset toote kvaliteeti; konformse veekanali vorm on ühtlasem kui traditsioonilise töödeldud veekanali vorm, temperatuurigradient on õrnem, kõrgeim temperatuur on umbes 40 ℃ ja jahutusefekt on ideaalne, mis aitab kontrollida toote jahutamist ja deformatsiooni. ja toote kvaliteedi parandamine.

Peamised termilist deformatsiooni mõjutavad tegurid on trendiefekt, ebaühtlane jahutus ja ebaühtlane kokkutõmbumine. Moldflow analüüsi abil lahutatakse iga deformatsiooni tegurid, leitakse peamised deformatsiooni mõjutavad tegurid ja seejärel tehakse deformatsiooni vähendamiseks vastavaid parandusi. Kuna materjal ei sisalda klaaskiudu, puudub orienteeritud deformatsioon. Nagu on näha jooniselt 5, on seda toodet mõjutav peamine deformatsioonitegur ebaühtlasest kokkutõmbumisest põhjustatud deformatsioon, seega saab toote seina paksust muuta, et muuta see ühtlasemaks.

Joonis 6 on traditsiooniliste veekanalite ja konformsete veekanalite vahelise hallitusseente termilise deformatsiooni võrdlus. On näha, et konformsete veekanalite ja traditsiooniliste töödeldud veekanalite deformatsioon on lähedal ja mõlemad jäävad kontrollitavasse vahemikku. Seda peamiselt seetõttu, et peamine deformatsiooni mõjutav tegur on ebaühtlasest seinapaksusest tingitud kokkutõmbumisdeformatsioon.

2.3 Konformse veekanali paigutuse analüüs

Konformsed veekanalid võivad olla õõnsusele lähemal kui traditsioonilised masinaga töödeldud veekanalid ning veekanali ja õõnsuse vaheline kaugus on suurem kui 2/3 veekanali läbimõõdust või sellega võrdne. See sõltub vormi struktuurist. Kui selle kõrval on ejektori avad, kaldväljastusavad, sisestusaugud jne, on soovitatav, et veekanali ja õõnsuse vaheline kaugus oleks suurem või võrdne veekanali läbimõõduga. Joonised 7 ja 8 on vastavalt õõnsusest 2.5 mm ja 5.0 mm kaugusel asuvate veekanalite jahutusefektide võrdlus. Võrdluseks on näha, et õõnsusest 2.5 mm kaugusel asuva veekanali jahutusefekt on parem kui õõnsusest 5.0 mm kaugusel asuva veekanali oma. Mida lühem vahemaa, seda ühtlasem on sisendi temperatuur ja lühem on jahutustsükkel. On näha, et mõistlike põhimõtete kohaselt on jahutusefekt parem, mida lähemal on veekanal õõnsusele, kuid tuleb arvestada, et veekanali ja õõnsuse vaheline kaugus on alati ühtlane.

2.4 Konformse veekanali ristlõike disaini analüüs

Konformsete veekanalite ristlõikepindala on sama, mis traditsioonilistel puuritud veekanalitel ja projekteerimisel tuleks mõlemat hoida nii palju kui võimalik. Selles katses pakutakse välja elliptilised ja ringikujulised ristlõike kujundusskeemid, nagu on näidatud joonisel 9(a) ja joonisel 10(a). Ülaltoodud võrdlusest on näha, et elliptilise kolmnurkse ristlõikega veekanalil on suurem veevoolu kiirus, parem jahutusefekt, lühem tsükkel ja ühtlasem sisestustemperatuur kui ringikujulise ristlõikega veekanalil. Seega, mida suurem on veetranspordi ristlõikepindala, seda parem on jahutusefekt. Jahutustsükkel on survevalutoodete proovivormide jaoks oluline parameeter ja konformsed veekanalid võivad jahutustsüklit hästi parandada.

Traditsiooniline masinaga töödeldud veekanal ja konformne veekanal sisestatakse Moldflow-sse ning nende kahe võrdlevat mõju analüüsitakse sama survevalumaterjali (PETG, materjali teave vt tabel 2) ja samade veetemperatuuri protsessi parameetrite (sisselaskeava) laadimise teel. veetemperatuur on seatud 20 ℃).

Joonistel 11 ja 12 toodud Moldflow simulatsioonianalüüsi tulemustest on näha, et konformse veekanali jahutustsükkel on 19s (sealhulgas 5s vormi avanemis- ja sulgemisaega), traditsioonilise töödeldud veekanali jahutustsükkel aga 27s. (sealhulgas 5 s vormi avamise ja sulgemise aega). Konformne veekanal on parem kui traditsiooniline mehaaniliselt töödeldud veekanal ja selle tsükkel on 30% lühenenud, saavutades optimeerimise eesmärgi.

3 Hallituse kontrollimine

Pärast hallituse voolu analüüsi määratakse vormi struktuuri disain ja SLM metallist 3D printimisseadmed (HBDG350) on iseseisvalt välja töötanud Hanbangi tehnoloogia kasutatakse printimiseks. Trükiprotsess ja tegelik toode pärast printimist on näidatud joonisel 13. Pärast printimist tehakse traadi lõikamine, kuumtöötlus ja mehaaniline töötlemine ning seejärel paigaldatakse vorm toote proovivormi survevalu jaoks; proovivorm kontrollib peamiselt vormi jahutustsüklit ja sisendi temperatuuri, kuna jahutustsükkel mõjutab tootmise efektiivsust ja sisestusplaadi temperatuur mõjutab tootmise efektiivsust ja toote kvaliteeti. Mida lühem on jahutustsükkel, seda suurem on tootmise efektiivsus ja suurem majanduslik kasu; mida ühtlasem on sisestustemperatuur, seda parem on toote kvaliteet ja seda suurem on tootmise efektiivsus. Pärast proovivormide kontrollimist on 3D-printimise konformse veekanali jahutuslahusega valmistatud toodetel tootmise efektiivsus paranenud rohkem kui 30% võrreldes traditsioonilise veekanalivormiga ning defektide määr on peaaegu null, mis vastab täielikult tootmisele ja kasutusnõuded.

4i kokkuvõte

1) Substraadina kasutatakse WC-osakestega tugevdatud hallitusterasest komposiitmaterjali ja selle jõudlus paraneb pärast seda. 3D trükkimine. Komposiitmaterjali survetugevus ja survetugevus, millele on lisatud 30% (massiosa) WC-d, saavutasid vastavalt 1757 MPa ja 1677 MPa, mis on umbes 20% kõrgem kui valuvormi terasmaatriksi survejõud. Komposiitmaterjali saab kasutada 3D-printimisvormides, et vähendada vormide deformatsiooni ja parandada toote kvaliteeti.

2) Isekandev elliptiline veekanali konformne jahutusvorm ületab tavapärase veekanali läbimõõdu piiri ja parandab vormi jahutuse efektiivsust. Konformne disain võib vähendada vormi pinna maksimaalset temperatuuri 47.4%, vormi pinna keskmist temperatuuri 40.9% ja vormi pinna temperatuuri ühtlust 1.8%. Jahutusefekt on oluliselt paranenud ja konformne veekanali vorm võib tõhusalt vähendada toote deformatsiooni, parandada toote mõõtmete stabiilsust ja oluliselt parandada toote kvaliteeti.

3) Võrreldes traditsiooniliste veekanalivormidega suureneb 3D-printimise konformse veekanali jahutusskeemi abil moodustatud toodete tootmise efektiivsus rohkem kui 30%, mis vastab täielikult tootmis- ja kasutusnõuetele.