Конформни калуп за хлађење је произвео Технологија 3Д штампе, и супстрат од КСНУМКСД штампање је проучаван. Чврстоћа на притисак и чврстоћа на притисак 3Д штампаног композитног материјала са додатком 30% (масене фракције) волфрам карбида (ВЦ) достигла је 1757МПа и 1677МПа, респективно, што је око 20% више од перформанси компресије челичне матрице калупа. С обзиром на проблеме дугог времена хлађења, савијања производа и димензионалне нестабилности у дизајну калупа, пројектован је конформни калуп канала за расхладну воду заснован на металном 3Д штампању, а симулациона анализа је спроведена уз помоћ софтвера Молдфлов. Резултати показују да решење конформног воденог канала може значајно побољшати ефикасност хлађења и смањити деформацију производа. Технологија металне 3Д штампе има широк спектар вредности примене у области конформних калупа за хлађење. Пластични производи се углавном формирају у машинама за бризгање помоћу калупа. У целом производном процесу, време и цена израде калупа за бризгање су највећи. У данашње време, све већа потражња за персонализованим малим серијама производа довела је до брзог развоја индустрије калупа и све оштрије конкуренције. Због тога је, поред континуираног унапређења квалитета и перформанси калупа за ињектирање, потребно минимизирати трошкове његове производње и скратити циклус развоја производа како би се брзо заузело тржиште.

У процесу обликовања пластичних делова, фаза хлађења чини 2/3 целокупног циклуса обликовања. Недовољно време хлађења може изазвати дефекте као што су трагови скупљања и савијање пластичних делова. Предуго време хлађења ће такође утицати на ефикасност производње и цену пластичних делова. Због тога су побољшање ефикасности одвођења топлоте калупа и скраћивање времена хлађења постали кључни истраживачки правци индустрије калупа. Међу њима, дизајн канала за воду специјалног облика је једно од ефикасних решења за побољшање ефикасности одвођења топлоте калупа и скраћивање времена хлађења. Традиционални канал воде за хлађење калупа ограничен је технологијом обраде и може се постићи само бушењем рупа у калупу. Међутим, калуп често има сложене механизме, као што су потисне шипке, нагнуте вођице и клизачи. Приликом пројектовања воденог канала потребно је избегавати одређене постојеће механизме калупа. Због тога је постао веома тежак задатак направити ефикасан канал воде за хлађење у калупу за брзо и равномерно хлађење пластичних делова.

Узимајући калупе за ињектирање као пример, постојећи калупи за бризгање имају следеће главне проблеме због фактора хлађења: (1) Постојећа технологија обраде калупа ограничава технологију обраде воденог канала, што резултира немогућношћу да се у потпуности испуне захтеви за хлађење пластичних делова, што резултира у проблемима као што су подстандардни квалитет пластичних делова или немогућност директног калупљења; (2) Постојећа технологија обраде калупа ограничава ефикасност хлађења воденог канала, продужава време хлађења, даље утиче на време избацивања бризганог производа, чиме утиче на ефикасност производње и одлаже промоцију на тржишту производа; (3) Проблем хлађења током процеса бризгања производа често ограничава структурни и функционални дизајн производа. Процес прскања током убризгавања под високим притиском има две главне сврхе: један је подмазивање ради побољшања уклањања калупа; други је да делује као медиј за распршивање за хлађење. Тренд индустријског развоја је минимизирање или елиминисање корака прскања. Употреба конформног дизајна хлађења може смањити потражњу за прскањем, продужити век трајања калупа и обезбедити квалитет делова одливених убризгавањем1.

Технологија металне ласерске 3Д штампе заснована је на принципу слојевите производње и суперпозиционог обликовања слој по слој. Према тродимензионалном структурном моделу потребних делова, дизајниран је фајл модела слице. Материјал металног праха се топи према утврђеној трајекторији скенирања помоћу опреме за ласерско 3Д штампање, учвршћује се и формира, и налаже слој по слој, који може формирати делове било којег сложеног геометријског облика7. У поређењу са традиционалним методама обраде, ласерско селективно топљење (СЛМ) може произвести језгра и шупљине калупа са високо прецизним сложеним конформним воденим каналима, што у великој мери смањује време хлађења калупа и скраћује циклус производње калупа.

Заснован на технологији металне 3Д штампе, овај рад проучава перформансе супстрата за штампање, дизајнира прецизан конформни систем хлађења за калупе за ињектирање, користи софтвер за анализу протока калупа за анализу перформанси конформних калупа за хлађење, оптимизује кључне параметре процеса конформних калупа за хлађење. , и користи технологију 3Д штампања за штампање калупа и спровођење тестова бризгања.

1 Истраживање материјала

Према потребама делова калупа, изаберите челик високе чврстоће са ниским садржајем угљеника са добром отпорношћу на корозију и високом тврдоћом. Штампање композитних материјала је тренутни истраживачки правац производње металних адитива. Додавањем керамичке фазе волфрам карбида (ВЦ) може се побољшати чврстоћа и тврдоћа матрице, као и отпорност на хабање и топлоту, али ће у исто време довести до проблема као што је смањена пластичност. Анализа и истраживање механизма ојачања керамичке фазе и везе између керамичке фазе и матричног интерфејса је ефикасан начин за контролу укупних перформанси композитног материјала и побољшање жилавости.

Масени удео ВЦ-а у челику калупа је 30%, а параметри процеса СЛМ ливења приказани су у табели 1. Густина обликованог узорка мерена методом дренаже износи чак 9.11г·цм'-3. Након формирања узорка композитног материјала челичног челика за ВЦ калуп од 30% (масени удио), након раствора на високој температури на 900℃ током 1х и термичке обраде старења на 500℃ током 4х, утврђено је да је тврдоћа чак 52.4ХРЦ. Кроз експерименте се може видети да је његова тврдоћа у позитивној корелацији са његовом густином. Што је већа густина, то је мањи број унутрашњих пора и већа је тврдоћа. Тврдоћа челичног материјала калупа без адитива након термичке обраде старења раствора је 48ХРЦ. За поређење, укупна тврдоћа челика калупа са додатком ВЦ-а је побољшана у одређеној мери, што указује да се мала количина ВЦ честица раствори у матрици током процеса третмана раствора.

Као што се може видети са слике 1, осим неких ВЦ честица које одржавају потпун и глатки сферни интерфејс, друге ВЦ честице се растварају током процеса третмана раствора, постајући елиптичне или дефектне сфере, а мале честице ВЦ-а нестају. Ово показује да су ВЦ честице делимично растворене у матриксу, а између честица и подлоге се формира јака металуршка веза, што значајно побољшава укупну чврстоћу и тврдоћу материјала, што се такође може одразити на промену тврдоће материјала. композитни материјал.

Резултати испитивања перформанси компресије композитних материјала са различитим масеним уделом (ВЦ) показују да како се масени удео ВЦ повећава, чврстоћа на притисак и чврстоћа на течење композитног материјала постепено расту. Чврстоћа на притисак и чврстоћа на притисак композитног материјала са додатком 30% ВЦ-а су чак 1757МПа и 1677МПа, респективно, што је око 20% више од перформанси компресије челичне матрице калупа, а компримовани делови се не ломе, али долази до деформације компресије. Стога, ВЦ композити који се користе као подлоге су корисни за побољшање перформанси калупа.

2 Пројектовање и анализа конформног воденог канала калупа

Имајући у виду структурне карактеристике производа за дизајн калупа за конформне водене канале, прво смо користили софтвер за анализу Молдфлов да бисмо упоредили анализу протока калупа неколико типичних случајева са традиционалним воденим каналима, истражили вруће тачке, температурне градијенте, термичку деформацију и друга питања у процес бризгања, пројектовао конформне водене канале са различитим кривинама, растојањем од шупљине и обликом попречног пресека, и континуирано их понављао и оптимизовао, са циљем повећања ефикасности производње за више од 30%. Анализирали смо и сумирали однос између ефекта хлађења и структурних карактеристика и димензија конформног воденог канала, фокусирајући се на минимално растојање између канала за воду и површине калупа у различитим радним условима, као и на век трајања и перформансе хлађења при различита растојања, захтеви различитих структурних карактеристика и система материјала за бризгање за проток воде, и конзистентност између резултата симулационе анализе софтвера и стварних резултата.

2.1 Дизајн конформног воденог канала

Кроз проучавање типичне структуре и карактеристика материјала производа, анализира се температурни градијент процеса бризгања помоћу софтвера за анализу коначних елемената и пројектовани су конформни канали за воду различите закривљености, удаљености од шупљине и облика попречног пресека. . Ефекат хлађења конформног воденог канала се анализира и оптимизује итеративно, а анализа која комбинује теорију и праксу се спроводи кроз експерименте како би се утврдио однос између температурног градијента и структуре конформног воденог канала и прелиминарно одредио стандард за пројектовање конформног воденог канала. .

Узмимо горњи поклопац калупа одређеног производа као пример: према принципу да растојање између канала воде за хлађење и површине лепка мора бити веће од 2/3 пречника канала за воду, распоред дубоких костију и иновативни струк глатки конформни водени канали попречног пресека су прво пројектовани, као што је приказано на слици 2.

2.2 Анализа вруће тачке калупа и деформације

Положај вруће тачке се анализира помоћу софтвера Молдфлов, као што је приказано на слици 3. Положај вруће тачке је 12 истурених малих стубова, који су делови које треба охладити. Температурни градијент утиче на деформацију производа при хлађењу. Уопштено говорећи, што је температура уједначенија, то боље, а разлика између највише и најниже температуре не би требало да прелази 20℃.

Као што се може видети са слике 4, највиша температура површине калупа традиционалног машинског канала за воду је 102℃, најнижа је 30℃, екстремна температурна разлика је 72℃, а избочина је озбиљно недовољно хлађена. У стварној производњи, лако је изазвати неравномерно хлађење бризганих производа, велике деформације и подстандардни квалитет производа; калуп конформног воденог канала је уједначенији од калупа традиционалног машинског воденог канала, температурни градијент је нежнији, највиша температура је око 40 ℃, а ефекат хлађења је идеалан, што погодује контроли хлађења и деформације производа и побољшање квалитета производа.

Главни фактори који утичу на термичку деформацију су ефекат тренда, неравномерно хлађење и неравномерно скупљање. Кроз анализу Молдфлов-а, фактори сваке деформације се разлажу, проналазе се главни фактори који утичу на деформацију, а затим се врше одговарајућа побољшања како би се смањила деформација. Пошто материјал не садржи стаклена влакна, нема оријентисане деформације. Као што се може видети са слике 5, главни фактор деформације који утиче на овај производ је деформација узрокована неуједначеним скупљањем, тако да се дебљина зида производа може променити како би био уједначенији.

Слика 6 је поређење термичке деформације уметака калупа између традиционалних канала за воду и конформних канала за воду. Може се видети да је деформација конформних водених канала и традиционалних машински обрађених водних канала блиска и да су оба унутар опсега који се може контролисати. То је углавном зато што је главни фактор који утиче на деформацију деформација скупљања узрокована неуједначеном дебљином зида.

2.3 Анализа распореда конформног водног канала

Конформни водени канали могу бити ближи шупљини од традиционалних машински обрађених водених канала, а растојање између канала за воду и шупљине је веће или једнако 2/3 пречника воденог канала. Зависи од структуре калупа. Ако поред ње постоје рупе за избацивање, рупе за избацивање нагнуте, рупе за уметање итд., препоручује се да растојање између канала за воду и шупљине буде веће или једнако пречнику воденог канала. Слике 7 и 8 су поређење ефеката хлађења водених канала удаљених 2.5 мм и 5.0 мм од шупљине. Поређења ради, може се видети да је ефекат хлађења воденог канала удаљеног 2.5 мм од шупљине бољи него код канала за воду удаљеног 5.0 мм од шупљине. Што је растојање краће, то је уједначенија температура уметка, а циклус хлађења је краћи. Може се видети да под разумним принципима, што је водени канал ближи шупљини, то је бољи ефекат хлађења, али треба напоменути да је растојање између канала за воду и шупљине увек уједначено.

2.4 Анализа пројектовања попречног пресека конформног водног канала

Површина попречног пресека конформних канала за воду је иста као код традиционалних канала за бушење воде, и оба треба да буду доследна што је више могуће током пројектовања. Овај експеримент предлаже шеме дизајна елиптичног и кружног попречног пресека, као што је приказано на Слици 9(а) и Слици 10(а). Из горњег поређења може се видети да канал за воду елиптичног троугластог попречног пресека има већи проток воде, бољи ефекат хлађења, краћи циклус и равномернију температуру уметка од воденог канала кружног попречног пресека. Стога, што је већа површина попречног пресека за транспорт воде, то је бољи ефекат хлађења. Циклус хлађења је важан параметар за пробне калупе производа за бризгање, а конформни водени канали могу добро побољшати циклус хлађења.

Традиционални машински обрађени канал за воду и конформни водени канал се уводе у Молдфлов, а упоредни ефекат ова два се анализира убацивањем истог материјала за бризгање (ПЕТГ, информације о материјалу видети табелу 2) и истим параметрима процеса температуре воде (улаз температура воде је подешена на 20℃).

Из резултата анализе симулације тока калупа на сликама 11 и 12, може се видети да је циклус хлађења конформног воденог канала 19с (укључујући 5с времена отварања и затварања калупа), док је циклус хлађења традиционално обрађеног воденог канала 27с. (укључујући 5с времена отварања и затварања калупа). Конформни водени канал је супериорнији од традиционалног машински обрађеног воденог канала, а његов циклус је скраћен за 30%, чиме се постиже циљ оптимизације.

3 Верификација калупа

Након анализе протока калупа, одређује се дизајн структуре калупа, и СЛМ метална опрема за 3Д штампање (ХБДГ350) самостално развија Ханбанг Тецхнологи користи се за штампање. Процес штампања и стварни производ након штампања приказани су на слици 13. Након штампања, врши се сечење жице, термичка обрада и машинска обрада, а затим се калуп уграђује за пробно бризгање производа; пробни калуп углавном проверава циклус хлађења калупа и температуру уметка, јер ће циклус хлађења утицати на ефикасност производње, а температура уметка ће утицати на ефикасност производње и квалитет производа. Што је циклус хлађења краћи, то је већа ефикасност производње и већа економска корист; што је уједначенија температура уметка, то је бољи квалитет производа и већа ефикасност производње. Након пробне верификације калупа, производи формирани помоћу решења за хлађење конформног воденог канала за 3Д штампање имају побољшање ефикасности производње за више од 30% у поређењу са традиционалним калупом за водени канал, а стопа неисправности је скоро нула, што у потпуности одговара производњи и захтеви за коришћење.

КСНУМКС Закључак

1) Као подлога се користи челични композитни материјал за калупе ојачан ВЦ честицама, а његове перформансе се побољшавају након КСНУМКСД штампање. Чврстоћа на притисак и чврстоћа при притиску композитног материјала са додатком ВЦ од 30% (масени удео) достигли су 1757МПа и 1677МПа респективно, што је око 20% више од перформанси компресије челичне матрице калупа. Композитни материјал се може користити у калупима за 3Д штампање како би се смањила деформација калупа и побољшао квалитет производа.

2) Конформни дизајн калупа за хлађење самоносивог елиптичног воденог канала пробија конвенционалну границу пречника воденог канала и побољшава ефикасност хлађења калупа. Конформни дизајн може смањити максималну температуру површине калупа за 47.4%, просечну температуру површине калупа за 40.9%, а уједначеност температуре површине калупа за 1.8%. Ефекат хлађења је значајно побољшан, а калуп за конформни водени канал може ефикасно смањити деформацију производа, побољшати стабилност димензија производа и значајно побољшати квалитет производа.

3) У поређењу са традиционалним калупима за водене канале, ефикасност производње производа формираних 3Д штампањем конформне шеме хлађења воденог канала је повећана за више од 30%, што у потпуности испуњава захтеве производње и употребе.