快速热冷注塑成型模温控制系统的研制

为深入研究快速热冷注塑成型工艺,消除模具温度给注塑制品表面质量带来的不良影响,开发了一种对模具型腔温度进行快速热冷循环控制的系统,使模具型腔表面温度能够根据注塑过程中各阶段的需求快速转换。实验证明该系统能大大提高注塑产品的表面光洁度,消除熔接痕、流痕等不良缺陷,并在一定程度上提高了注塑生产效率。     

快速热冷注塑成型模温控制系统的研制

为深入研究快速热冷注塑成型工艺,消除模具温度给注塑制品表面质量带来的不良影响,开发了一种对模具型腔温度进行快速热冷循环控制的系统,使模具型腔表面温度能够根据注塑过程中各阶段的需求快速转换.实验证明该系统能大大提高注塑产品的表面光洁度,消除熔接痕、流痕等不良缺陷,并在一定程度上提高了注塑生产效率.     

注塑成形制品收缩过程的数值模拟

根据注塑成形生产过程的特点,将模具型腔划分为由浇注系统起始的若干条流动路径,建立注塑制品收缩的理论模型,在此基础上由模具成形结构预测注塑制品收缩率分布趋势,并结合塑料供应商提供的收缩率数据,确定注塑制品各点收缩率。     

注塑成形制品的结构设计

注塑成形用树脂材料无论是物理性质还是化学性质都与金属材料不同,塑料制品的注塑成形方法也与金属切削加工不同,受到材料、模具及成形条件等很多因素影响。因此,注塑成形制品的设计也是不同的。注塑成形制品的设计主要应从树脂特性和模具加工两方面考虑。本文根据自己的工作实践,并结合有关资料从树脂特性方面论述保证注塑制品的精度、强发及使用性能等的设计方法。     

模具型腔气体压力对微发泡注塑件表面质量的影响

微发泡注塑成型制品表面的螺旋纹及银纹缺陷阻碍了此新工艺的推广应用,此缺陷主要是由填充过程中熔体流动前沿的泡孔发生破裂造成的。为提高微发泡注塑件的表面质量,提出一种利用高压氮气进行加压并使用高压容器进行稳压的模具型腔气体压力控制方法,构建相应的模具型腔气体压力控制装置和控制系统,进行某种医疗器械外观产品的气体反压(Gas counter pressure,GCP)微发泡注塑试验,研究填充过程中模具型腔气体压力对微发泡注塑件表面质量的影响规律。结果表明,随着模具型腔气体压力的提高,微发泡注塑件表面螺旋纹及银纹逐渐减少直至消除,塑件表面光泽度显著提高,塑件表面粗糙度明显降低。对选用的ABS材料,模具型腔气体压力为3 MPa时可获得表面质量优良的微发泡注塑产品。     

基于SLS快速成形方法的注塑模具随形冷却水道制造技术的研究

研究将SLS粉末快速成形方法应用于注塑模具随形冷却水路的快速制造,此方法形成的内置水路是随形的,其不但可以保证注塑模具型腔表面的均匀传热,而且在保证机械性能的前提下,能够克服扭曲变形和熔接痕等不良缺陷,注塑成型的塑件外观满足高光无痕的要求,能大幅缩短注塑周期和提高生产率.     

变模温注塑热响应模拟与模具结构优化

变模温注塑可根据不同工艺阶段的特点和要求,随时调整模具温度。在塑料熔体充模过程中,如果模具表面温度保持在塑料玻璃化转变温度以上,可以彻底解决常规注塑工艺存在的熔接痕、喷射痕、流动痕、翘曲和浮纤等缺陷。同时在冷却阶段,通过快速冷却已赋形的塑料熔体,以减小注塑成型周期。从而在不影响注塑生产效率的基础上,提升注塑件的品质。基于这种思想,在深入研究变模温注塑工艺原理的基础上,提出一套新的利用蒸汽辅助加热的模具温度控制方法,制定其工艺流程,并构建相应的动态模温控制装置和系统。通过研究蒸汽辅助加热变模温注塑模具的结构特点,提出了4种不同的模具设计方案,利用有限元软件ANSYS构建了变模温注塑模具传热分析模型,分别对变模温注塑工艺的加热、冷却过程进行温度响应模拟。以减小成型周期和提高温度均匀性为目标,对模具设计方案进行优化分析。将模拟分析获得的结果应用于平板电视机面板的注塑生产,验证分析结果的有效性。     

微注射成形制品质量影响因素分析

在不同工艺条件下进行聚合物和粉末微注射成形试验,制得微米级的聚丙烯和二氧化锆陶瓷微结构,微型腔采用感应耦合等离子深槽刻蚀技术在硅模具镶块上加工。分析微注射成形工艺及硅模具对微结构的填充、尺寸精度及表面质量的影响。不合理的工艺参数容易导致微结构出现填充不足、表面粗糙、气孔等缺陷,提高模具温度和注射压力以及注射前模具抽真空有利于微型腔的填充,模具抽真空还可以改善微结构件的表面质量。深槽刻蚀后的硅模具表面粗糙度为0.31 μm,填充完好的聚丙烯微结构及陶瓷微结构素坯表面粗糙度不再受注射工艺参数的影响,其值近似于刻蚀后的硅模具,亚微米级粉末的使用可以明显改善烧结后陶瓷微结构的表面粗糙度。     

电热式变模温注塑模具热响应辅助分析程序开发

针对快速变模温注塑成型模具热响应分析复杂问题,对电热式变模温注塑模具热响应作了研究,采用随形加热系统设计方法,将复杂的电热式变模温注塑模具简化为单个加热细胞单元,以电热元件的规格和布局为设计变量,以加热时间和型腔表面温差为热响应指标,结合Matlab图形界面开发模块和ANSYS有限元分析软件,开发了基于加热细胞单元的电热式变模温注塑模具热响应辅助分析程序,并对其准确性做了验证分析。研究结果表明,该辅助分析程序可以较好地预测模具的加热效率和型腔表面温度均匀性,可为电热式变模温注塑模具的设计、分析一体化提供一条快捷和高效的途径。     

基于遗传算法的注塑工艺优化设计

在一般注塑CAE模块中，对给定的塑料件输入一定的工艺条件如分型面、注射温度、模具温度等参数可得到熔体流动图、气穴位置、熔接痕等分析结果，但不能实现工艺条件的优化。介绍了一种利用CAE模块产生的数据，通过遗传算法进行注塑工艺优化的方法。     

往复运动速度规划算法对曲线磨削的影响研究

往复加工常见于磨削和刨削等金属切削中,加工过程的平稳性直接影响到产品的加工质量、能源效率乃至机床的寿命。首先探究往复（冲程）运动速度规划对运动过程平稳性的影响,在分析了常见速度规划运动学性能的基础上,针对磨削冲程运动的特点,提出通过改变急动度空间分布来降低柔性冲击对加工表面质量的影响,并设计了两种基于急动度连续的速度规划算法。在此基础上,研究了速度规划算法和磨削力平稳性、加工表面粗糙度和加工能耗间的关系,提出了通过改变加速度空间分布来降低加工能耗的方法。试验结果表明,往复运动速度规划和磨削力平稳性、加工表面粗糙度以及加工能耗均相关,通过改变急动度和加速度空间分布提高了磨削力平稳性和加工表面质量,降低了加工能耗。所提出的Ⅱ型速度规划综合表现优于其他规划,与梯形速度规划相比,切削力波动、加工表面粗糙度和电机驱动能耗均有较为显著的下降。     

聚合物反应成型模具加热系统热源强度反演与试验研究

反应成型模具加热系统热源强度的求解是一个典型的热传导反问题,即在给定的温度场解的条件下,求解热管的加载工况。根据反应成型模具加热系统的传热特性,结合线性热传导叠加原理,推导出模具加热系统热传导多源项反演算法,针对反演问题的不适定性,通过选择平方范数来提高反演稳定性和精度。设计单型腔反应固化成型模具,开发温度控制系统,搭建温度场测试试验平台。试验结果证明基于线性热传导叠加原理的多源项反演算法,在解决工程问题上是有效的、可靠的。     

人为粗糙度强化换热机理分析及数值模拟

对人为粗糙度强化换热机理进行了分析,讨论了影响人为粗糙度强化换热的因素。以某特定型号的热成形模具为例,对模具外冷却表面有/无人为粗糙度的冷却进行了数值模拟和对比,初步评估了人为粗糙度的强化换热效果。计算和分析表明:在热成形模具外冷却表面合理地设置人为粗糙度有利于强化对模具的冷却,提高生产效率。     

基于近似模型的铣削工艺参数可靠性设计优化

针对现有铣削工艺参数优化方法未考虑设计参数不确定性,导致优化结果难以满足实际产品性能要求的问题,引入近似模型对铣削工艺参数进行可靠性设计优化。以铣削加工表面粗糙度为目标函数,以最大铣削力小于给定值的可靠度作为约束,综合考虑铣削加工过程中铣削速度和每齿进给量的变动,建立了铣削工艺参数可靠性优化模型,并分别采用Kriging近似和径向基函数近似对铣削表面粗糙度、铣削力与设计变量之间的隐式关系进行近似替代,最后采用Monte Carlo仿真-序列近似规划对模型进行了寻优求解,通过试验对可靠性优化的结果进行了验证。结果表明,该方法可有效地降低铣削加工表面粗糙度,并且可保证加工过程中最大铣削力的可靠度要求。     

基于温度场的层压机电加热板优化设计

针对目前太阳能层压机中电加热板存在表面温度分布均匀性差的问题,首先,在基于传热学理论的基础上,对电加热板结构布局进行合理简化,建立其温度分布数学模型;然后,以电加热板面最大温差为优化目标,通过MATLAB优化工具箱对数学模型求解,得到电加热板的结构优化参数;最后,在ANSYSWorkbench中,对优化后结构的温度分布进行模拟仿真。本文所研究的解决问题的思路为电加热板的结构设计奠定了理论基础,也为改善电加热板温度分布的均匀性提供了参考依据。     

Research on thermal stress, deformation, and fatigue lifetime of the rapid heating cycle injection mold

Rapid heating cycle molding (RHCM) is a novel plastic injection molding process. It can be used effectively to prevent many defects of products produced in conventional injection molding process. In this paper, the panel of large-size liquid crystal display TV was taken as an example. Thermal, deformation, and fatigue analysis models for RHCM injection mold were established. Firstly, by analyzing the heat transfer process of the RHCM mold, the temperature distributions on the mold cavity surface were studied. Secondly, through numerical simulation, the tendency of the stress and deformation of the RHCM mold was obtained. It showed that the fixing mode between the stationary mold insert and the stationary mold plate had a great influence on the thermal stress and deformation of the mold. As a result, a new fixing mode for the stationary mold insert was proposed which could effectively decrease the deformation caused by the temperature changing. Lastly, the lifetime of the mold under different fixing modes was evaluated, and reasonable suggestions which could improve the lifetime of RHCM mold were also proposed. Application in engineering proved that it was a very effective way to improve the lifetime of RHCM mold by using the suggested fixing mode.     

基于实验设计与数据分析的金属热挤压成形比能耗优化

为降低金属挤压成形阶段能耗,以挤压成形比能耗为目标,建立热平衡约束条件等价方程,以铝棒起始温度、铝棒长度、挤压速度、挤压筒温度、模角等为控制变量,以热导率、材料强度系数为扰动变量,集成利用实验设计（DOE）与数据分析等方法构建热平衡约束的挤压成形比能耗鲁棒优化模型。结果表明,在热平衡约束以及多参数控制环境下,通过鲁棒优化可降低挤压成形比能耗,而且可以保证产品质量的稳定性。     

Multi-objective optimization of machining parameters considering energy consumption

This paper deals with multi-objective optimization of machining parameters for energy saving. Three objectives including energy, cost, and quality are considered in the optimization model, which are affected by three variables, namely cutting depth, feed rate, and cutting speed. In the model, energy consumption of machining process consists of direct energy (including startup energy, cutting energy, and tool change energy) and embodied energy (including cutting tool energy and cutting fluid energy); machining cost contains production operation cost, cutting tool cost, and cutting fluid cost; and machining quality is represented by surface roughness. With simulation in Matlab R2011b, the multi-objective optimization problem is solved by NSGA-II algorithm. The simulation results indicate that cutting parameters optimization is beneficial for energy saving during machining, although more cost may be paid; additionally, optimization effect on the surface roughness objective is limited. Inspired by the second result, optimization model eliminating quality objective is studied further. Comparing the non-dominated front of three-objective optimization with the one of two-objective optimization, the latter is proved to have better convergence feature. The optimization model is valuable in energy quota determination of workpiece and product.     

A study of the Taguchi optimization method for surface roughness in finish milling of mold surfaces

The objective of this paper is to develop a Taguchi optimization method for low surface roughness in terms of process parameters when milling the mold surfaces of 7075-T6 aluminum material. Considering the process parameters of feed, cutting speed, axial-radial depth of cut, and machining tolerance, a series of milling experiments were performed to measure the roughness data. A regression analysis was applied to determine the fitness of data used in the Taguchi optimization method using milling experiments based on a full factorial design. Taguchi orthogonal arrays, signal-to-noise (S/N) ratio, and analysis of variance (ANOVA) are used to find the optimal levels and the effect of the process parameters on surface roughness. A confirmation experiment with the optimal levels of process parameters was carried out in order to demonstrate the effectiveness of the Taguchi method. It can be concluded that Taguchi method is very suitable in solving the surface quality problem of mold surfaces.