Hozte-molde konformatua fabrikatu zen 3D inprimatzeko teknologia, eta substratua 3D inprimatzeko aztertu zen. % 3 (masa-frakzioa) wolframio karburoa (WC) gehitutako 30D inprimatutako material konposatuaren konpresioaren erresistentzia eta konpresio erresistentzia 1757MPa eta 1677MPa-ra iritsi ziren hurrenez hurren, hau da, molde altzairuzko matrizearen konpresio-errendimendua baino % 20 inguru handiagoa. Moldeen diseinuan hozte-denbora luzearen, produktuaren deformazioaren eta dimentsio-ezegonkortasunaren arazoak ikusita, metalezko 3D inprimaketan oinarritutako hozte-uraren kanal moldagarri bat diseinatu zen, eta simulazio-analisia Moldflow softwarearen laguntzaz egin zen. Emaitzek erakusten dute ur-kanal konformatuaren irtenbideak hozte-eraginkortasuna nabarmen hobetu dezakeela eta produktuaren deformazioa murrizten duela. Metalezko 3D inprimatzeko teknologiak aplikazio-balio zabala du hozte-molde konformatuen arloan. Plastikozko produktuak moldeak erabiliz injekzio-makinetan eratzen dira batez ere. Ekoizpen prozesu osoan, injekzio-moldeak fabrikatzeko denbora eta kostua handienak dira. Gaur egun, lote txikiko produktu pertsonalizatuen eskaera gero eta handiagoak moldeen industriaren garapen azkarra eta gero eta lehia gogorragoa ekarri du. Horregatik, injekzio-moldeen kalitatea eta errendimendua etengabe hobetzeaz gain, ekoizpen-kostuak gutxitzea eta produktuaren garapen-zikloa laburtzea beharrezkoa da merkatua azkar jabetzeko.

Plastikozko piezak moldatzeko prozesuan, hozte-etapa moldaketa-ziklo osoaren 2/3 hartzen du. Hozte-denbora eskasak akatsak sor ditzake, hala nola, uzkurtze-markak eta plastikozko piezen deformazioa. Hozte denbora luzeegiak plastikozko piezen ekoizpen-eraginkortasunean eta kostuan ere eragingo du. Hori dela eta, moldearen beroa xahutzeko eraginkortasuna hobetzea eta hozte-denbora laburtzea moldearen industriaren ikerketa-ildo nagusiak bihurtu dira. Horien artean, forma bereziko ur kanalen diseinua irtenbide eraginkorretako bat da moldearen beroa xahutzeko eraginkortasuna hobetzeko eta hozte-denbora laburtzeko. Moldearen hozte-uraren kanal tradizionala prozesatzeko teknologiak mugatzen du eta moldean zuloak zulatuz soilik lor daiteke. Hala ere, molde batek mekanismo konplexuak izaten ditu askotan, hala nola, bultza-barrak, gida-zutabe inklinatuak eta irristagailuak. Ur-kanala diseinatzerakoan, beharrezkoa da moldean dauden zenbait mekanismo saihestea. Hori dela eta, oso lan zaila bihurtu da moldean hozteko ur-kanal eraginkor bat egitea plastikozko piezak azkar eta uniformeki hozteko.

Injekzio-moldeak adibide gisa hartuta, dauden injekzio-moldeek honako arazo nagusi hauek dituzte hozte-faktoreen ondorioz: (1) Lehendik dagoen moldeak prozesatzeko teknologiak ur-kanalen prozesatzeko teknologia mugatzen du, plastikozko piezen hozte-baldintzak guztiz betetzeko ezintasuna eragiten du, ondorioz. plastikozko piezen kalitate eskasa edo zuzenean moldatzeko ezintasuna bezalako arazoetan; (2) Dauden moldeak prozesatzeko teknologiak ur kanalaren hozte-eraginkortasuna mugatzen du, hozte-denbora luzatzen du, injekzio-moldeatutako produktuaren kanporatze-denboran gehiago eragiten du, eta, ondorioz, ekoizpen-eraginkortasuna eragiten du eta produktuaren merkatuaren sustapena atzeratzen du; (3) Produktuen injekzio-prozesuan zehar hozteko arazoak askotan produktuaren diseinu estrukturala eta funtzionala mugatzen du. Presio handiko injekzioan ihinztatze-prozesuak bi helburu nagusi ditu: bata desmoldaketa hobetzeko lubrifikatzea da; bestea hozteko spray-medio gisa jardutea da. Garapen industrialaren joera ihinztaketa urratsa gutxitzea edo ezabatzea da. Hozte-diseinu konformatuaren erabilerak ihinztatzeko eskaria murrizten du, moldearen bizitza luzatzen du eta injekzio-moldeatutako piezen kalitatea bermatu dezake.

Metalezko laser bidezko 3D inprimatzeko teknologia geruza bidezko fabrikazioaren eta geruzaz geruza gainjartzearen moldaketa printzipioan oinarritzen da. Behar diren piezen hiru dimentsioko egitura-ereduaren arabera, xerra ereduaren fitxategia diseinatzen da. Hauts metalikoaren materiala laser 3D inprimatzeko ekipoen bidez ezarritako eskaneaketa-ibilbidearen arabera urtzen da, solidotuta eta eratuta, eta geruzaz geruza gainjartzen dira, edozein forma geometriko konplexuko piezak osa ditzaketenak7. Prozesatzeko metodo tradizionalekin alderatuta, laser bidezko urtze selektiboak (SLM) moldeen nukleoak eta barrunbeak sor ditzake doitasun handiko ur-kanal konformatu konplexuekin, eta horrek moldearen hozte-denbora asko murrizten du eta moldearen fabrikazio-zikloa laburtzen du.

Metalezko 3D inprimatzeko teknologian oinarrituta, paper honek inprimatzeko substratuaren errendimendua aztertzen du, injekzio-moldeetarako hozte sistema zehatz bat diseinatzen du, moldeen fluxua aztertzeko softwarea erabiltzen du hozte-molde konformatuen errendimendua aztertzeko, eta hozte-molde konformatuen prozesu-parametroak optimizatzen ditu. , eta 3D inprimatzeko teknologia erabiltzen du moldea inprimatzeko eta injekzio-moldeaketa probak egiteko.

1 Materialen ikerketa

Moldeen piezen beharren arabera, hautatu karbono baxuko erresistentzia handiko altzairua, korrosioarekiko erresistentzia ona eta gogortasun handikoa. Material konposatuen inprimaketa metalaren fabrikazio gehigarriaren egungo ikerketa norabidea da. Tungsteno-karburoa (WC) zeramika-fasea gehituz, matrizearen indarra eta gogortasuna, baita higadura-erresistentzia eta bero-erresistentzia ere hobetu daitezke, baina, aldi berean, plastikotasuna gutxitzea bezalako arazoak ere ekarriko ditu. Zeramika-fasearen indartze-mekanismoa eta zeramika-fasearen eta matrize-interfazearen arteko lotura aztertzea eta aztertzea material konposatuaren errendimendu orokorra kontrolatzeko eta gogortasuna hobetzeko modu eraginkorra da.

Moldearen altzairuan WC-ren masa-frakzioa % 30 da, eta SLM moldaketa-prozesuaren parametroak 1. Taulan agertzen dira. Drainatze-metodoaren bidez neurtutako moldearen laginaren dentsitatea 9.11g·cm'-3-koa da. WC moldearen altzairuzko material konposatuaren lagina % 30 (masa-frakzioa) eratu ondoren, tenperatura altuko soluzioa 900 ℃-tan 1 orduz eta 500 ℃-tan 4 orduz zahartzearen tratamendu termikoa egin ondoren, gogortasuna 52.4HRC bezain altua dela hautematen da. Esperimentuen bidez, bere gogortasuna bere dentsitatearekin positiboki erlazionatuta dagoela ikus daiteke. Zenbat eta dentsitate handiagoa izan, orduan eta barne-poro kopuru txikiagoa eta gogortasun handiagoa. Disoluzio-zahartze termikoaren tratamenduaren ondoren gehigarririk gabeko moldearen altzairuzko materialaren gogortasuna 48HRC da. Alderatuz, WC gehitutako moldearen altzairuaren gogortasun orokorra neurri batean hobetzen da, disoluzio tratamendu prozesuan WC partikula kopuru txiki bat matrizean disolbatzen dela adieraziz.

1. Irudian ikus daitekeenez, interfaze esferiko osoa eta leuna mantentzen duten WC partikula batzuk izan ezik, beste WC partikula batzuk disolbatzen dira disoluzioaren tratamendu prozesuan, esfera eliptiko edo akastun bihurtuz, eta WC partikula txikiak desagertzen dira. Horrek erakusten du WC partikulak matrizean partzialki disolbatuta daudela eta partikulen eta substratuaren artean lotura metalurgiko sendoa sortzen dela, eta horrek nabarmen hobetzen ditu materialaren indar orokorra eta gogortasuna, eta horrek gogortasun aldaketan ere islatu daiteke. material konposatua.

Masa-frakzio desberdinak (WC) dituzten material konposatuen konpresio-errendimendu-probaren emaitzek erakusten dute WC-ren masa-frakzioa handitzen den heinean, material konposatuaren konpresio-erresistentzia eta konpresio-errendimendu-erresistentzia pixkanaka handitzen direla. % 30 WC gehitutako material konposatuaren konpresio erresistentzia eta konpresio erresistentzia 1757MPa eta 1677MPa bezain altuak dira, hurrenez hurren, hau da, molde altzairuzko matrizearen konpresio-errendimendua baino % 20 inguru handiagoa da, eta konprimitutako piezak ez dira hausten. baina konpresioaren deformazioa gertatzen da. Beraz, substratu gisa erabiltzen diren WC konpositeak onuragarriak dira moldearen errendimendua hobetzeko.

2 Moldearen konformako ur-kanalaren diseinua eta analisia

Ur-kanal konformatuen diseinuko produktuen egitura-ezaugarriak ikusita, Moldflow analisi-softwarea erabili genuen lehen aldiz, hainbat kasu tipikoen molde-fluxuaren azterketa ur-kanal tradizionalekin alderatzeko, puntu beroak, tenperatura-gradienteak, deformazio termikoa eta beste arazo batzuk aztertu genituen. Injekzio-moldaketa-prozesua, kurbadura, barrunbetik distantzia eta zeharkako forma desberdinak dituzten ur konformako kanalak diseinatu eta etengabe errepikatu eta optimizatu zituen, ekoizpen-eraginkortasuna % 30 baino gehiago handitzeko helburuarekin. Hozte-efektuaren eta konformazioko ur-bidearen egitura-ezaugarrien eta dimentsioen arteko erlazioa aztertu eta laburbildu genuen, lan-baldintza desberdinetan ur-kanalaren eta moldearen gainazalaren arteko gutxieneko distantzian arreta jarriz, baita bizitzako errendimendua eta hozte-errendimenduan ere. distantzia desberdinak, egitura-ezaugarri desberdinen eta injekzio-moldeaketa-materialen sistemen eskakizunak ur-fluxurako, eta softwarearen simulazio-analisiaren emaitzen eta benetako emaitzen arteko koherentzia.

2.1 Ur-kanalen diseinu konformatua

Produktuaren egitura eta materialaren ezaugarri tipikoen azterketaren bidez, injekzio-moldaketa-prozesuaren tenperatura-gradientea elementu finituen analisi-softwarea erabiliz aztertzen da, eta kurbadura, barrunbetik distantzia eta ebakidura-forma desberdinak dituzten ur-kanal konformatuak diseinatzen dira. . Ur konformatuaren kanalaren hozte-efektua iteratiboki aztertzen eta optimizatzen da, eta teoria eta praktika uztartzen dituen analisia esperimentuen bidez egiten da tenperatura-gradientearen eta ur-kanal konformatuaren egituraren arteko erlazioa ezartzeko, eta aldez aurretik ur-kanalen diseinu estandarra zehazteko. .

Hartu produktu jakin baten goiko estalkiaren moldea adibide gisa: hozte-uraren kanalaren eta kola-azaleraren arteko distantzia ur-kanalaren diametroaren 2/3 baino handiagoa izan behar dela, hezur-diseinu sakonaren eta gerri berritzailearen arabera. -formako zeharkako sekzio leun konformako ur-kanala diseinatzen da lehenik, 2. Irudian erakusten den moduan.

2.2 Moldearen puntu beroa eta deformazio-analisia

Puntu beroaren posizioa Moldflow softwareak aztertzen du, 3. irudian ikusten den moduan. Puntu beroaren posizioa 12 zutabe txiki irtenak dira, hoztu behar diren piezak dira. Tenperatura-gradienteak produktuaren hozte-deformazioan eragiten du. Oro har, tenperatura zenbat eta uniformeagoa izan, orduan eta hobea, eta tenperatura altuenen eta baxuenen arteko aldeak ez du 20 ℃ baino handiagoa izan behar.

4. Irudian ikus daitekeenez, mekanizatutako ur-kanal tradizionalaren moldearen gainazaleko tenperatura altuena 102 ℃ da, baxuena 30 ℃, muturreko tenperatura aldea 72 ℃ eta irtengunea nahikoa ez da hozten. Benetako ekoizpenean, erraza da injekzio-moldeatutako produktuen hozte irregularra eragitea, deformazio handia eta produktuaren kalitate eskasa; Ur-kanal konformatuaren moldea mekanizatutako ur-kanal tradizionalaren moldea baino uniformeagoa da, tenperatura-gradientea leuna da, tenperatura altuena 40 ℃ ingurukoa da eta hozte-efektua ezin hobea da, produktuaren hoztea eta deformazioa kontrolatzeko lagungarria dena. eta produktuaren kalitatea hobetzea.

Deformazio termikoan eragiten duten faktore nagusiak joera efektua, hozte irregularra eta uzkurtze irregularra dira. Moldflow analisiaren bidez, deformazio bakoitzaren faktoreak deskonposatzen dira, deformazioan eragiten duten faktore nagusiak aurkitzen dira eta, ondoren, dagozkien hobekuntzak egiten dira deformazioa murrizteko. Materialak beira-zuntzarik ez duenez, ez dago deformazio orientaturik. 5. Irudian ikus daitekeenez, produktu honi eragiten dion deformazio-faktore nagusia txikitze irregularrak eragindako deformazioa da, beraz, produktuaren hormaren lodiera aldatu egin daiteke uniformeagoa izan dadin.

6. irudia ur-kanal tradizionalen eta ur-kanal konformatuen arteko moldeen txertaketen deformazio termikoaren konparazioa da. Ikus daiteke ur-kanal konformatuen eta mekanizatutako ur-kanalen tradizionalen deformazioa hurbil dagoela eta biak kontrola daitezkeen barrutian daudela. Hau da, batez ere, deformazioan eragiten duen faktore nagusia hormaren lodiera irregularrak eragindako uzkurdura deformazioa delako.

2.3 Ur-kanalen trazadura konformatuaren analisia

Ur-kanalak konformatuak barrunbetik hurbilago egon daitezke mekanizatutako ur-kanal tradizionalak baino, eta ur-kanalaren eta barrunbearen arteko distantzia ur-kanalaren diametroaren 2/3 baino handiagoa edo berdina da. Moldearen egituraren araberakoa da. Ondoan kanporatze-zuloak, inklinatutako kanporatzaileak, txertatzeko zuloak eta abar badaude, gomendagarria da ur-kanalaren eta barrunbearen arteko distantzia ur-kanalaren diametroa baino handiagoa edo berdina izatea. 7. eta 8. irudiak, hurrenez hurren, barrunbetik 2.5 mm eta 5.0 mm-ra dauden ur-kanalen hozte-efektuen konparazioa dira. Alderatuz, ikus daiteke barrunbetik 2.5 mm-ra dagoen ur-kanalaren hozte-efektua barrunbetik 5.0 mm-ra dagoen ur-kanalarena baino hobea dela. Zenbat eta distantzia txikiagoa izan, orduan eta uniformeagoa izango da txertatze-tenperatura, eta orduan eta laburragoa izango da hozte-zikloa. Ikus daiteke arrazoizko printzipioen arabera, ur-kanala barrunbetik zenbat eta hurbilago egon, orduan eta hobeagoa da hozte-efektua, baina kontuan izan behar da ur-kanalaren eta barrunbearen arteko distantzia beti uniformea ​​dela.

2.4 Ur-kanal konformatuen ebakidura-diseinuaren analisia

Ur-bide konformeen ebakidura-eremua zulatutako ur-bide tradizionalen berdina da, eta biak koherenteak izan behar dira ahalik eta gehien diseinuan. Esperimentu honek eliptiko eta zirkularreko ebakidura-diseinu-eskema proposatzen ditu, 9 (a) irudian eta 10 (a) irudian erakusten den moduan. Aurreko konparaziotik, sekzio triangeluar eliptikoa duen ur-kanalak ur-emari handiagoa, hozte-efektu hobea, ziklo laburragoa eta txertatze-tenperatura uniformeagoa duela ikus daiteke sekzio zirkularra duen ur-kanalak baino. Hori dela eta, zenbat eta handiagoa izan uraren garraioaren ebakidura-eremua, orduan eta hobea izango da hozte-efektua. Hozte-zikloa parametro garrantzitsua da injekziozko produktuen proba moldeetarako, eta ur-kanal konformatuek hozte-zikloa ondo hobe dezakete.

Mekanizatutako ur-kanala tradizionala eta ur konformatua Moldflow-en sartzen dira, eta bien konparazio-eragina aztertzen da injekzio-moldaketa-material bera (PETG, materialaren informazioa ikusi 2. taula) eta uraren tenperatura-prozesuaren parametro berdinak (sarrera) kargatuz. uraren tenperatura 20 ℃-ra ezarri da).

11. eta 12. irudietako Moldflow simulazio-analisiaren emaitzetatik, ikus daiteke ur konformatuaren kanalaren hozte-zikloa 19 s-koa dela (moldeak irekitzeko eta ixteko denbora 5 s barne), mekanizatutako ur-kanale tradizionalaren hozte-zikloa 27 s-koa dela. (moldeak irekitzeko eta ixteko 5 s barne). Ur-kanala konformatua mekanizatutako ur-kanala tradizionalaren gainetik dago, eta bere zikloa % 30 laburtzen da, optimizazio-helburua lortuz.

3 Moldearen egiaztapena

Moldearen fluxua aztertu ondoren, moldearen egituraren diseinua zehazten da, eta SLM metalezko 3D inprimatzeko ekipoak (HBDG350) independentean garatutako Hanbang Teknologia inprimatzeko erabiltzen da. Inprimatze-prozesua eta inprimatu ondoren benetako produktua 13. Irudian agertzen dira. Inprimatu ondoren, alanbre-mozketa, tratamendu termikoa eta mekanizazioa egiten dira, eta, ondoren, moldea instalatzen da produktuaren proba-moldearen injekzio moldea egiteko; proba-moldeak moldearen hozte-zikloa eta txertaketaren tenperatura egiaztatzen ditu batez ere, hozte-zikloak ekoizpen-eraginkortasunean eragingo duelako eta txertatze-tenperaturak ekoizpen-eraginkortasuna eta produktuaren kalitatea eragingo duelako. Hozte-zikloa zenbat eta laburragoa izan, orduan eta ekoizpen-eraginkortasun handiagoa eta onura ekonomiko handiagoak izango dira; zenbat eta uniformeagoa izan txertatze-tenperatura, orduan eta kalitate hobea izango da produktua eta ekoizpen-eraginkortasun handiagoa. Probako moldearen egiaztapenaren ondoren, 3D inprimaketa konformako ur-kanalaren hozte-soluzioarekin osatutako produktuek % 30 baino gehiagoko produkzio-eraginkortasuna hobetzen dute ur-kanalaren molde tradizionalarekin alderatuta, eta akatsen tasa ia zero da, produkzioa eta ekoizpena guztiz betetzen dituena. erabiltzeko baldintzak.

4 Ondorioa

1) WC partikula indartutako molde altzairuzko material konposatua substratu gisa erabiltzen da eta bere errendimendua hobetzen da ondoren 3D inprimatzeko. % 30 (masa-frakzioa) WC gehitutako material konposatuaren konpresio-erresistentzia eta konpresio erresistentzia 1757MPa eta 1677MPa-ra iritsi ziren hurrenez hurren, hau da, molde altzairuzko matrizearen konpresio-errendimendua baino % 20 inguru handiagoa. Material konposatua 3D inprimatzeko moldeetan erabil daiteke moldearen deformazioa murrizteko eta produktuaren kalitatea hobetzeko.

2) Ur-kanal eliptiko auto-euskarria hozteko molde konformatiboaren diseinuak ohiko ur-kanalaren diametroaren muga gainditzen du eta moldearen hozte-eraginkortasuna hobetzen du. Diseinu konformatuak moldearen gainazaleko tenperatura maximoa % 47.4 murriztu dezake, moldearen gainazaleko batez besteko tenperatura % 40.9 eta moldearen gainazaleko tenperaturaren uniformetasuna % 1.8. Hozte-efektua nabarmen hobetzen da, eta ur-kanal konformatuaren moldeak produktuaren deformazioa modu eraginkorrean murrizten du, produktuaren dimentsio-egonkortasuna hobetu eta produktuaren kalitatea nabarmen hobetu dezake.

3) Ur-kanalaren molde tradizionalekin alderatuta, 3D inprimaketa konformatuaren ur-kanalaren hozte-eskemaren bidez osatutako produktuen ekoizpen-eraginkortasuna % 30 baino gehiago handitzen da, ekoizpen- eta erabilera-eskakizunak guztiz betetzen dituena.