蓋塞注塑成型工藝分析及模具設(shè)計(jì)

蓋塞注塑成型工藝分析及模具設(shè)計(jì),注塑,成型,工藝,分析,模具設(shè)計(jì) 附件1：外文資料翻譯譯文 噴射成形在模具注塑和壓鑄中的應(yīng)用 摘要 快速凝固工藝（RSP）加工是一種適合生產(chǎn)塑型和模具的噴射成形技術(shù)。是在一個(gè)步驟中把快速凝固處理和net-shape材料加工相結(jié)合的方法。噴灑存放捕捉功能工具模式的能力消除了昂貴的加工工序常規(guī)模具制造，并減少了周轉(zhuǎn)時(shí)間。此外，快速凝固抑制碳化物析出和增長(zhǎng)，讓許多鐵素體工具鋼人工老化，替代傳統(tǒng)的熱處理，提供了獨(dú)特的好處。材料性能和微觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變?cè)跓崽幚淼膰娚涑尚喂ぞ咪揌13中有描述。 導(dǎo)言 塑型，模具，以及相關(guān)的工具是用來塑造許多我們?cè)诩依锘蛟诠ぷ魃厦刻焓褂玫乃芰虾徒饘俨考Ｒ粋€(gè)理想的加工的過程中一部分形狀（核心和腔）由偽造工具鋼或粗金屬鑄件鑄造，且增加冷卻渠道，孔，和其他機(jī)械的功能，其次是粉碎。許多模具經(jīng)過熱處理（ austenitization /淬火/回火）來改善鋼的性能，其次是最后的研磨和拋光，以達(dá)到理想的效果。常規(guī)制作模具是非常昂貴，費(fèi)時(shí)的，因?yàn)椋? ⒈ 顧客定制，這反映了形狀和質(zhì)地要接近理想效果。 ⒉ 使用的材料難以用機(jī)器進(jìn)行加工和工作。工具鋼行業(yè)需要員工長(zhǎng)期的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)。加工工具鋼需要加強(qiáng)設(shè)備資本，因?yàn)閷ｉT的設(shè)備往往需要個(gè)別加工步驟。 ⒊ 加工機(jī)械必須準(zhǔn)確。往往由許多單獨(dú)部分組成，必須制造準(zhǔn)確使得產(chǎn)品最終能正常工作。注塑模具的費(fèi)用，隨規(guī)模和復(fù)雜性的不同，從10000美元到30000美元左右不等（美國(guó)） ，定貨到交貨的為3至6個(gè)月。工具檢查和部分資格可能需要額外的3個(gè)月。大型壓鑄模的傳輸和鈑金沖壓模具制造汽車車身面板可能耗資超過100萬美元（美國(guó)） 。交貨時(shí)間通常大于40周。大型汽車公司（美國(guó)）每年要投資約10億美元來生產(chǎn)新的元件，用于他們的新系列轎車和卡車中。噴射成形具有巨大的潛力，它能降低成本和交貨時(shí)間，它省略了研磨和拋光等步驟。此外，噴霧形成具有強(qiáng)有力的手段來控制隔離期間的合金元素凝固和碳化物的形成，并能創(chuàng)造有利的亞穩(wěn)相在許多常用工具鋼的鐵素體中。其結(jié)果是，熱處理可以用相對(duì)較低的溫度沉淀硬化來定制屬性，如硬度，韌性，熱疲勞阻力和力量。本文介紹了應(yīng)用噴射成形技術(shù)生產(chǎn)H13的注塑模具和壓鑄應(yīng)用，以及低溫?zé)崽幚淼暮锰帯? 快速凝固工藝加工 快速凝固工藝（RPS）加工，是一種適合生產(chǎn)模具的噴射成形技術(shù)。是把快速凝固處理和net-shape材料加工結(jié)合為一個(gè)步驟的加工方法。轉(zhuǎn)換模具為圖形的一般概念是根據(jù)設(shè)計(jì)說明來用CAD文件勾畫出藍(lán)圖，使用合適的快速原型（反相）技術(shù)來確定主要的加工步驟，如光固化。根據(jù)圖形使用氧化鋁或石英來澆注一個(gè)陶瓷，（圖1 ） 。隨后再噴射一層工具鋼 （或其他合金）來獲取所需的形狀，表面紋理和細(xì)節(jié)。再將由此產(chǎn)生的金屬塊冷卻到室溫，之后將其分離。通常情況下，那層的外圍被作為一個(gè)泥框架來注入材料 。整個(gè)模具的制作周轉(zhuǎn)時(shí)間約3天。模具生產(chǎn)的這種方式已被用于原型和生產(chǎn)運(yùn)行在注塑和壓鑄。 Figure 1. RSP Tooling? processing steps. 快速凝固工藝加工一個(gè)重要的好處是它允許在注塑前提早為一個(gè)部件作出設(shè)計(jì)流程。真正的做到配合零件評(píng)估的形式，使用相同的生產(chǎn)工藝計(jì)劃來進(jìn)行原型制造。如果這部分是合格的，可在加工運(yùn)行中將其作為常規(guī)的生產(chǎn)加工來使用。作為一個(gè)容易被修改的數(shù)字化數(shù)據(jù)庫和RP技術(shù)設(shè)計(jì)保存使用。 實(shí)驗(yàn)程序 氧化鋁基陶瓷（ Cotronics 780 ）標(biāo)準(zhǔn)模具是用硅橡膠或主要用凍結(jié)鑄造。建立之后，陶瓷模型被演示，在窯中用火燒，并冷卻到室溫。 H13的工具鋼在氮保護(hù)氣的影響下，過熱約100 ℃后會(huì)熔化 ，壓力被送入到收斂/發(fā)散型噴霧嘴中。在惰性氣體中噴霧裝置飛行有最小的氧化霧化液滴，它們以200公斤/小時(shí)的速度沉積著。天然氣金屬質(zhì)量流率大約為0.5 。 對(duì)于拉伸性能和硬度評(píng)價(jià)，噴射成形材料切片使用線切割機(jī)并形成一個(gè)0.05毫米厚的熱影響區(qū)。每個(gè)樣本涂上BN且放置在一個(gè)密封的金屬箔包作為一項(xiàng)預(yù)防措施，以防止脫碳。人工樣本在溫度400至700 ℃中放置1小時(shí)，然后氣冷。常規(guī)熱處理H13的方法是將其放置于1010℃的austenitized中30分鐘。然后氣冷，最后以538℃雙重鍛煉（分別2小時(shí)）。 在室溫下使用島津M型維氏硬度測(cè)試法對(duì)顯微硬度進(jìn)行測(cè)量時(shí)讀數(shù)緩慢的上升平均10小格。再使用奧林巴斯光學(xué)模型酯酶-3金相和Amray模型1830掃描電子顯微鏡觀測(cè)工具鋼的微觀結(jié)構(gòu)的蝕刻（ 3 ％ 尼特）。之后通過energydispersive能譜（EDS公司）對(duì)相組成進(jìn)行分析 。使用Microtrac對(duì)overspray樣本的粒度分布進(jìn)行全范圍分析，再用粉末粒子分析儀對(duì)200微米篩刪除粗片后，利用阿基米德定律和梅特勒余額對(duì)采樣密度進(jìn)行評(píng)價(jià)（示范AE100）。 一種類似1-D計(jì)算機(jī)代碼開發(fā)的INEEL是用來評(píng)測(cè)多相流行為內(nèi)噴管和自由射流地區(qū)的。守則的基本數(shù)值解決了穩(wěn)態(tài)氣體流場(chǎng)通過自適應(yīng)網(wǎng)格的問題，保守的變量的方法和治療液滴相在拉格朗日的方式充分的空氣動(dòng)力學(xué)和精力充沛的耦合關(guān)系飛沫和運(yùn)輸天然氣。液態(tài)金屬噴射系統(tǒng)天然氣動(dòng)態(tài)，影響傳熱和墻摩擦也包括在內(nèi)。該代碼還包含一個(gè)非平衡凝固模型，允許滴過冷和復(fù)輝。這個(gè)代碼使得地圖的溫度和流速剖面的天然氣好平衡，且霧化液滴在噴嘴和自由射流地區(qū)中。 結(jié)果與討論 噴射成形是一個(gè)強(qiáng)大的快速模具制造技術(shù)，該技術(shù)使得工具鋼模具成為了一個(gè)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方式。實(shí)例插入模具中給出了圖2 。噴射成形使用陶瓷部分格局產(chǎn)生反相。 Figure 2. Spray-formed mold inserts. (a) Ceramic pattern and H13 tool steel insert. (b) P20 tool steel insert. 粒子和氣體的運(yùn)動(dòng) 圖3是H13的工具鋼噴劑大規(guī)模的粒子質(zhì)量和累積頻率分布圖。許多通過中心點(diǎn)的直徑的插值被確定為56微米，大小相當(dāng)于50 ％的累積量。意思是該地區(qū)平均直徑和數(shù)量的直徑計(jì)算分別為53微米和139微米。其幾何標(biāo)準(zhǔn)偏差為ód=(d84/d16)?， 圖3 表示在d84和d16的粒徑相應(yīng)的84％和16％累積量為1.8。 Figure 3. Cumulative mass and mass frequency plots of particles in H13 tool step sprays. 圖4給出的計(jì)算結(jié)果為多相流場(chǎng)速度（圖4a）和H13工具鋼固體部分的內(nèi)部的自由射流噴嘴和地區(qū)（圖4b）。氣體的速度增加直到電擊前位置，之后它急劇下降，最終達(dá)到噴嘴腐爛指數(shù)以外。小水滴極可能用不規(guī)則速度運(yùn)動(dòng)，之后加快噴嘴內(nèi)部和外面減速。最終達(dá)到最后的速度。 眾所周知，噴射成形中的高顆粒冷卻速度在噴霧射流（103-106的K/s）和大量?jī)?chǔ)存粒子的復(fù)輝（1-100開/分）。大部分粒子造成堅(jiān)實(shí)的部分約為0.75 。比計(jì)算固體分?jǐn)?shù)概況小（~30微米）且存在大型飛沫（~150微米）進(jìn)入噴嘴中，如圖4b。噴射成形儲(chǔ)蓄 這種高熱量提取率降低侵蝕影響表面的工具模式。它可以配合適當(dāng)?shù)墓に嚄l件將不大令人滿意的傳統(tǒng)的金屬鑄造工藝用于相對(duì)較軟的陶瓷材料澆注。 Figure 4. Calculated particle and gas behavior in nozzle and free jet regions. (a) Velocity profile.(b) Solid fraction. 精細(xì)表面細(xì)節(jié)可以成功地轉(zhuǎn)移到模式噴射成形模具。表面粗糙度依賴于成型表面的格局。泥漿鑄造商業(yè)生產(chǎn)的陶瓷表面粗糙度約為1微米，適用于許多成型。沉積工具在玻璃鋼板材的鏡面表面約為0.076微米。在如今的國(guó)家的發(fā)展中，三維重復(fù)性噴射成形模具有著共同的重要性。 化學(xué) H13工具鋼的化學(xué)目的是使材料承受的溫度，壓力，磨損和熱循環(huán)能達(dá)到苛刻的要求，如模具鑄造。它是最流行的壓鑄合金和全球第二受歡迎的工具鋼的注塑。該鋼具有較低的碳含量(0.4 wt.%)，以促進(jìn)韌性，和中等鉻含量(5 wt%) ，以提供良好的抗高溫軟化，1％的硅含量，以改善抗高溫氧化，小量的鉬，并且釩也有所增加（約1 ％），因此能形成穩(wěn)定的碳化物，增加抗沖蝕磨損。根據(jù)成分的分析，對(duì)H13的工具鋼前后噴射成形的結(jié)果總結(jié)在表1中，表明無顯著變化和合金補(bǔ)充。 微觀結(jié)構(gòu) H13工具鋼的大小，形狀，類型和分布的碳化物發(fā)現(xiàn)是取決于處理方法和熱處理。通常的商業(yè)鋼加工是在軋機(jī)退火條件和熱處理（austenitized /淬火/回火）之前使用的。典型的方法是在高達(dá)1010℃的austenitized中處理，后在空氣中或油中進(jìn)行淬火，并以540至650℃進(jìn)行認(rèn)真鍛煉兩次或三次，直到獲得所需的結(jié)合硬度，熱疲勞抗力，和韌性。