塑料套注塑成型工藝與模具設計

塑料套注塑成型工藝與模具設計,塑料,注塑,成型,工藝,模具設計 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用 摘要 快速凝固工藝（RSP）加工是一種適合生產塑型和模具的噴射成形技術。是在一個步驟中把快速凝固處理和net-shape材料加工相結合的方法。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，并減少了周轉時間。此外，快速凝固抑制碳化物析出和增長，讓許多鐵素體工具鋼人工老化，替代傳統(tǒng)的熱處理，提供了獨特的好處。材料性能和微觀結構的轉變在熱處理的噴射成形工具鋼H13中有描述。 導言 塑型，模具，以及相關的工具是用來塑造許多我們在家里或在工作上每天使用的塑料和金屬部件。一個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，和其他機械的功能，其次是粉碎。許多模具經過熱處理（ austenitization /淬火/回火）來改善鋼的性能，其次是最后的研磨和拋光，以達到理想的效果。常規(guī)制作模具是非常昂貴，費時的，因為： ⒈ 顧客定制，這反映了形狀和質地要接近理想效果。 ⒉ 使用的材料難以用機器進行加工和工作。工具鋼行業(yè)需要員工長期的生產經營。加工工具鋼需要加強設備資本，因為專門的設備往往需要個別加工步驟。 ⒊ 加工機械必須準確。往往由許多單獨部分組成，必須制造準確使得產品最終能正常工作。注塑模具的費用，隨規(guī)模和復雜性的不同，從10000美元到30000美元左右不等（美國） ，定貨到交貨的為3至6個月。工具檢查和部分資格可能需要額外的3個月。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） 。交貨時間通常大于40周。大型汽車公司（美國）每年要投資約10億美元來生產新的元件，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間，它省略了研磨和拋光等步驟。此外，噴霧形成具有強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。其結果是，熱處理可以用相對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。本文介紹了應用噴射成形技術生產H13的注塑模具和壓鑄應用，以及低溫熱處理的好處。 快速凝固工藝加工 快速凝固工藝（RPS）加工，是一種適合生產模具的噴射成形技術。是把快速凝固處理和net-shape材料加工結合為一個步驟的加工方法。轉換模具為圖形的一般概念是根據設計說明來用CAD文件勾畫出藍圖，使用合適的快速原型（反相）技術來確定主要的加工步驟，如光固化。根據圖形使用氧化鋁或石英來澆注一個陶瓷，（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，表面紋理和細節(jié)。再將由此產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泥框架來注入材料 。整個模具的制作周轉時間約3天。模具生產的這種方式已被用于原型和生產運行在注塑和壓鑄。 Figure 1. RSP Tooling? processing steps. 快速凝固工藝加工一個重要的好處是它允許在注塑前提早為一個部件作出設計流程。真正的做到配合零件評估的形式，使用相同的生產工藝計劃來進行原型制造。如果這部分是合格的，可在加工運行中將其作為常規(guī)的生產加工來使用。作為一個容易被修改的數字化數據庫和RP技術設計保存使用。 實驗程序 氧化鋁基陶瓷（ Cotronics 780 ）標準模具是用硅橡膠或主要用凍結鑄造。建立之后，陶瓷模型被演示，在窯中用火燒，并冷卻到室溫。 H13的工具鋼在氮保護氣的影響下，過熱約100 ℃后會熔化 ，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/小時的速度沉積著。天然氣金屬質量流率大約為0.5 。 對于拉伸性能和硬度評價，噴射成形材料切片使用線切割機并形成一個0.05毫米厚的熱影響區(qū)。每個樣本涂上BN且放置在一個密封的金屬箔包作為一項預防措施，以防止脫碳。人工樣本在溫度400至700 ℃中放置1小時，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）。 在室溫下使用島津M型維氏硬度測試法對顯微硬度進行測量時讀數緩慢的上升平均10小格。再使用奧林巴斯光學模型酯酶-3金相和Amray模型1830掃描電子顯微鏡觀測工具鋼的微觀結構的蝕刻（ 3 ％ 尼特）。之后通過energydispersive能譜（EDS公司）對相組成進行分析 。使用Microtrac對overspray樣本的粒度分布進行全范圍分析，再用粉末粒子分析儀對200微米篩刪除粗片后，利用阿基米德定律和梅特勒余額對采樣密度進行評價（示范AE100）。 一種類似1-D計算機代碼開發(fā)的INEEL是用來評測多相流行為內噴管和自由射流地區(qū)的。守則的基本數值解決了穩(wěn)態(tài)氣體流場通過自適應網格的問題，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力學和精力充沛的耦合關系飛沫和運輸天然氣。液態(tài)金屬噴射系統(tǒng)天然氣動態(tài)，影響傳熱和墻摩擦也包括在內。該代碼還包含一個非平衡凝固模型，允許滴過冷和復輝。這個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。 結果與討論 噴射成形是一個強大的快速模具制造技術，該技術使得工具鋼模具成為了一個簡單的生產方式。實例插入模具中給出了圖2 。噴射成形使用陶瓷部分格局產生反相。 Figure 2. Spray-formed mold inserts. (a) Ceramic pattern and H13 tool steel insert. (b) P20 tool steel insert. 粒子和氣體的運動 圖3是H13的工具鋼噴劑大規(guī)模的粒子質量和累積頻率分布圖。許多通過中心點的直徑的插值被確定為56微米，大小相當于50 ％的累積量。意思是該地區(qū)平均直徑和數量的直徑計算分別為53微米和139微米。其幾何標準偏差為ód=(d84/d16)?， 圖3 表示在d84和d16的粒徑相應的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給出的計算結果為多相流場速度（圖4a）和H13工具鋼固體部分的內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，最終達到噴嘴腐爛指數以外。小水滴極可能用不規(guī)則速度運動，之后加快噴嘴內部和外面減速。最終達到最后的速度。 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）和大量儲存粒子的復輝（1-100開/分）。大部分粒子造成堅實的部分約為0.75 。比計算固體分數概況小（~30微米）且存在大型飛沫（~150微米）進入噴嘴中，如圖4b。噴射成形儲蓄 這種高熱量提取率降低侵蝕影響表面的工具模式。它可以配合適當的工藝條件將不大令人滿意的傳統(tǒng)的金屬鑄造工藝用于相對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. 精細表面細節(jié)可以成功地轉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。在如今的國家的發(fā)展中，三維重復性噴射成形模具有著共同的重要性。 化學 H13工具鋼的化學目的是使材料承受的溫度，壓力，磨損和熱循環(huán)能達到苛刻的要求，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。根據成分的分析，對H13的工具鋼前后噴射成形的結果總結在表1中，表明無顯著變化和合金補充。 微觀結構 H13工具鋼的大小，形狀，類型和分布的碳化物發(fā)現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1010℃的austenitized中處理，后在空氣中或油中進行淬火，并以540至650℃進行認真鍛煉兩次或三次，直到獲得所需的結合硬度，熱疲勞抗力，和韌性。