文摘

在注射成型过程中,模具温度控制是提高产品质量的最有效的方法之一。在这个研究中,一个外部气辅模具温度控制(Ex-GMTC)与气体温度变化从200°C到400°C应用于薄壁注塑在融化厚度从0.2到0.6毫米。熔体流动长度均通过该系统的应用薄肋的模具产品。结果表明,加热过程在最初的20年代达到效率高,最大加热率为6.4°C / s。在这种情况下,模具表面达到了158.4°C。通过应用Ex-GMTC厚度0.2毫米流,流长度从37.85增加到41.32毫米与聚丙烯(PP)材料,从14.54到15.8毫米与丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)的材料。和使用Ex-GMTC薄肋孔模具,模具温度变化从112.0°C到140.8°C和薄肋的高度达到7.0毫米。

1。介绍

注射成型是一种很流行的方法,制造塑料制品。然而,随着消费者要求更高的产品质量,以及日益复杂的产品几何图形,很明显,注塑工艺需要改进。在这方面,模具温度控制是一种有效的方法解决工作中遇到的问题在熔体填充步骤(1- - - - - -3]。一般来说,高的模具表面温度,组件质量改善;然而,冷却时间和周期时间都将增加。相比之下,减少模具表面温度会降低冷却时间,但限制组件的表面质量(4,5]。因此,当前研究的关键要求是提高模具表面温度,同时保持足够短的周期时间。

微成型的产品或产品薄墙,模具温度应设置高达设备允许。常见的成型过程中使用模具温度控制器,模具温度可以提高到90°C的热水冷却通道内流动(6]。然而,在电子领域的生产使用的材料,如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),模具温度必须高于100°C。在这种情况下,许多不同的方法研究了提高模具温度的目的。

一个常见的解决方案的情况下模具温度必须高于100°C的应用蒸汽加热模具板(7]。虽然这种方法是有效的成型工艺,提高组件质量,它可能损坏通道和连接器时,在高压下运行;能源消耗也是一个问题。使用电子加热器插入模具板也被提出。加热器加热的模具型腔模具板前的目标温度冷却的冷却通道。这种方法可以模具加热到高于100°C,但加热时间是一个问题8]。提高模具温度控制过程中升温速率,一层薄薄的加热器采用控制腔表面的温度在注塑过程中。这个方法可以支持快速冷却,即使它很长时间保持活跃。在实验加热器被设定为150°C长期加热,结果显示显著影响样本冻结在取向,通过光学显微镜和x射线分析。证实了这种方法可以应用于微注射成型与合适的板加热器(9]。然而,在一般情况下,电法通常需要额外的设计和工具费用;这种方法也需要一个辅助热源。

减少能源损耗、表面加热方法研究了。张等人研究了模具加热红外系统使用模拟和实验(10]。他们的研究结果表明,减少能源浪费。高升温速率,研究了感应加热陈et al。11),结果说明,一个大型加热则是使用一个合适的线圈设计。此外,某些类型的已经提出感应加热等间接加热(12,13和环形线圈加热14]。然而,由于感应加热方法,应用程序仍有困难,如识别所需的线圈设计达到良好的温度分布和潜在的过热,这将损害模具材料。直接加热的模具表面,气辅模具温度控制(GMTC)。使用这种方法,热气流进模具型腔。通过热对流,模具表面接收能量,增加其温度。在这种方法中,加热系统包括盖茨插入模具板的热气体入口和出口(15,16]。初步结果表明,腔表面加热到200°C以上的可能。此外,由于热气体流入空腔,该方法可以热一个复杂的腔。然而,模具结构变得更加复杂,因为加热系统的结合。GMTC的另一个缺点是温度分布;这是一个需要解决的问题。

因此,基于GMTC缺点报道,我们应用外部GMTC (Ex-GMTC)的气体温度变化从200°C到400°C。这是应用于薄壁注塑的融化厚度0.2到0.6毫米。改善温度分布,加热步骤是通过使用四个气体盖茨熔体流动长度模具。在这种情况下,四个气体盖茨安排沿腔表面。成型过程完成后,成型产品的长度测量观察Ex-GMTC对熔体流动的影响长度。此外,Ex-GMTC应用于薄肋的注塑模具产品。在这个应用程序中,肋高度的提高被加热模具表面观察到表面温度高于玻璃材料的温度。在所有情况下,模拟被用来预测升温速率和温度分布。实验,模具温度是由红外摄像机。实验和仿真结果进行了比较和讨论。

2。仿真和实验方法

一般来说,应用气辅注塑模具表面加热是通过使用图中所示的六个步骤1(17]。根据这个过程,模具型腔温度加热到目标热熔之前填充到模具型腔。与普通注塑工艺相比最大的区别是在步骤2中加热。作为与我们前对模具温度控制的研究,热气体作为加热源增加腔注塑模具的表面温度。与其他研究相比,天然气加热注塑模具温度控制(15- - - - - -17],Ex-GMTC是一个新技术领域的模具温度控制,可以加热腔表面迅速在注射成型过程中模具结构没有明显的变化。在加热操作期间,两个模具板块刚搬到开模具打开的位置。其次,热气体干燥机搬到加热位置由机器人手臂;然后,热气体注入口腔表面直接接触。这个热气体加热腔表面到目标温度。第三,后腔表面加热到目标温度,气体干燥成型区域外的移动和模具完全关闭,准备熔体充填过程。

在本研究中,Ex-GMTC系统由一个模具温度控制器,热气体发生器系统(包括空气压缩机、空气干燥机与12千瓦的电力,和数字体积流量控制器),和一个机器人的手臂移动热气体发生器系统加热的位置。Ex-GMTC系统的组装和注塑机图所示2。生成热空气,空气干燥机是用于维度的240 mm x 100 mm x 60毫米,如图3。气体通道,5毫米宽10毫米,深度,减少内部的气体干燥机。环境空气将媒体进入空气干燥器的压力7条;然后,空气将沿气体流动通道和吸收的热能从墙上空气通道。热空气会流出的四门孔直径10毫米。大功率热气体发生器的功能系统是支持一个热源,它提供了一种热空气流到400°C的入口气体压力7条。

在这项研究中,观察到的改善熔体流动长度使用Ex-GMTC时,注射模具设计和制造有板模的结构,如图4。在这种情况下,模具设计有两个蛀牙。有共同的结构和其他设计插入,如图5。正如我们先前的研究[15- - - - - -17),这种类型的设计有助于提高加热效率和更好地控制加热区。模具和Ex-GMTC组装sw - 120 b成型机从发光机械有限公司,有限公司,如图6。

研究加热区域的温度分布,建立了仿真模型来表示实验。因为腔插入(图5),一个绝缘组件覆盖加热区域;因此,仿真模型只包含两卷:加热区域体积和热气体体积,如图7。与前任相比报纸在气辅注射成型过程的温度控制15- - - - - -17),热气体是浇口通过四个加热区域盖茨增加空腔表面的温度均匀性。仿真模型和网格模型如图所示7和边界条件如表所示1。提高仿真精度,腔插入与六角网状与七层厚度方向的主导元素。此外,风量,四面体元素使用一个较小的元素大小设置在热气体入口的位置。加热过程是由ANSYS软件模拟相同的实验参数。

在研究的影响Ex-GMTC熔体流动长度的注塑工艺,这种加热方法应用到一个真实的产品薄肋,如图8。薄肋的厚度从0.5变化到0.3毫米和7.0毫米的高度。这肋骨尺寸通常用于塑料制品的电场。在许多情况下,一个薄肋是用来增加产品的坚硬;然而,在成型过程中,完全填补这种类型的肋骨是一个挑战的快速冷却熔体进入腔。提高灌装的过程融入一个薄肋,Ex-GMTC热气体的应用使用一个门。加热区和空腔结构如图9。热气体是浇口直接加热的中心区域。然后,在三个点的温度分布和温度的值,如图9收集。为观察模具的温度分布沿厚度,3 d热流体是由ANSYS软件分析。图10显示了薄肋模具的仿真模型。在模拟传热模式在所有外部表面的模具板设置在自由对流的空气,环境温度在30°C和10 W / m2的传热系数K。相同的实验,该地区在腔中心设计与钢铁插入提高加热效率。这个腔插入40×25×1.0毫米的尺寸³。400°C的进气口被用于模拟。

3所示。结果与讨论

3.1。影响外部气辅模具温度控制的加热过程熔体流动长度模具

在我们以前的研究(15- - - - - -17),热气体用于提高腔温度时,加热效率比较好。然而,除了复杂的模具结构的缺点,腔内的温度分布是一个需要进一步研究的问题。因此,在本研究中,随着Ex-GMTC用于注塑工艺,观察加热过程的升温速率和腔内的温度分布。研究应用Ex-GMTC模具设计如图4盖茨,气体干燥器有四个热气。这些门是沿腔改善温度分布和升温速率。作为一个初始步骤,加热使用模型模拟,如图7。气体温度的加热过程进行了200°C, 250°C, 300°C, 350°C,和400°C, 30年代的加热时间,和一个初始腔表面温度为30°C。

仿真结果表明腔的温度分布在顶部视图如图11一横截面如图12。温度测量的四个点收集表2。根据温度分布模拟结果,腔表面进行了相对平衡的加热过程,虽然有一些温度较高区域附近的热气体。温度的差异是清晰的加热时间因为气体的加热速度盖茨是很强的这一时期。这种现象是明显的气体温度。相比之下,当使用更高的气体温度(数据11 (e)和12),温差也清楚在供暖期结束。这是因为接收之间的不平衡的热能热能(附近的气体盖茨)和热值(远离气门口)。这种现象可以观察到清晰的截面的温度分布如图一12。在更高的气体加热温度、空腔表面显示的趋势对环境释放更大的热值。因此,在该地区远离煤气大门,温度远低于门附近的气体。这个结果可以观察到明显在400°C气体温度和加热时间的30年代。减少这种不平衡,气体干燥机可以设计更多的天然气。然而,当与其它加热方法相比注塑模具(3,8- - - - - -10),温度分布结果表明,这种加热方法,有四个气体盖茨和空腔长度175毫米,非常有利。此外,腔插入的效果是澄清的出现在型腔表面温度较高区域。

评估升温速率,温度在4分收集和比较,如图13。结果显示,温度的提高显示加热过程的限制。加热效率高只加热步骤的开始;20年代后,温度增幅放缓。这个结果是由于热对流热气体和模具之间的表面。在相同的气体温度,当腔温度增加,热能较低的转移。因此,四个气体温度,实现了高效的加热20年代在第一,最大加热率为6.4°C / s 400°C的气体。在这种情况下,虽然有一个限制温度的提高,模具表面达到158.4°C,这是为几乎所有的足够高熔体流动容易进入空腔。相比之下,这个限制降低过热的镶件,尤其是微注射成型。这也是一个优势Ex-GMTC与其他注塑模具的加热方法相比10- - - - - -14]。

为了验证模拟结果的准确性,实验进行了相同的边界条件用于模拟。实验进行了10次针对每种情况,给出了平均值。温度在4分(图7(一))收集使用热感摄像机,与仿真结果比较,如图13。基于这些比较,模拟和实验之间的温差低于12°C。这种差异是由于热测量延迟的相机,尤其是在热能可以从高温区域快速转移到温度较低的区域。然而,总的来说,这一结果表明,模拟和实验显示良好的协议。此外,限制在加热过程中观察实验。

3.2。外部气辅模具温度控制对熔体流动的影响长度

在注塑,型腔表面温度有很强的影响熔体流动长度的减少因为冻结层(1,5]。这个属性是一个关键的方面的成型过程,尤其是微产品或薄壁组件。在这项研究中,增加腔温度、Ex-GMTC应用于熔体流动长度模具,如图4。观察Ex-GMTC在熔体流动长度的影响,加热步骤是达到400°C的气体温度和加热时间变化从5到20多岁。加热后一步,成型区和外的气体干燥感动的巨大打击模具板关闭灌装步骤(步骤3图开始1)。在此期间,模具温度会改变,模具温度年底这段时间影响熔体流动长度。在现实成型周期,大约需要6 s从供暖期结束的开始填充步骤。因此,在供暖期结束后,模具温度测量与熔体充填的结果比较。成型实验,聚丙烯(PP从先进的石化公司1100 n)和丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS 750 sw锦湖石化公司)是使用的材料属性如表3。

使用红外摄像机,我们确定熔体流动长度模具的温度分布(图14)。这表明与加热时间5、10、15、20年代初熔体填充步骤中,型腔表面的温度维持在62.8°C, 94.9°C, 121.2°C,分别和133.7°C。此外,温度分布的均匀性明显改善加热后一步。这个结果可以解释为镶件的热传导。在这一时期,热能会从温度较高区域转移到温度较低的区域。因此,镶件的温度分布更均匀。在这项实验中,温差小于5°C所有腔领域(175毫米×12毫米)。这种程度的温度均匀性有了很大提高,我们的前研究[15- - - - - -17),可以帮助减少塑料制品的翘曲。结果还表明,合理布局的天然气盖茨Ex-GMTC可以应用到复杂模具型腔的几何。

实验,成型过程与不同加热时间操作。塑料组件进行评估,如图15和16。用塑料材料和成型参数表所示3,实验进行熔体流动厚度为0.2,0.4和0.6毫米。结果表明,提高了熔体流动长度与应用程序Ex-GMTC和加热时间5至20年代。的改进是清晰加热15和20多岁的时候,因为腔表面温度加热到110°C以上的是在这些情况下,这是高于PP, ABS材料的玻璃化转变温度(表4)。改善流长度百分比计算,如图17。结果表明,通过应用Ex-GMTC流厚度为0.6毫米,熔体流动长度与PP材料可以提高了23.5%和22.3%的ABS材料。厚度0.2毫米流,流长度从37.85增加到41.32毫米的PP材料,从14.54到15.8毫米的ABS材料。

3.3。改善薄肋填充一步外部气辅模具温度控制

评估的效率Ex-GMTC注塑周期,使用薄肋的模具产品。这个产品的尺寸图所示8,并使用不同肋厚度从0.3到0.5毫米和一根肋骨7.0毫米的高度。的材料是ABS融化。常见的注塑工艺,模具温度应设置在20°C到80°C。然而,薄壁产品,模具温度必须设置尽可能高,以便完成腔的填充。这个容易允许流,因为减少的冻结层熔体流动(5]。然而,当模具温度高,能源消耗量也会高;此外,其他问题如翘曲和闪光会变得明显。为了减轻这些问题,当地模具温度控制在本研究提出了Ex-GMTC方法。而不是保持所有模具板在高温,Ex-GMTC应用于腔面积由当地天然气预热成型周期的开始。高温会降低腔中心熔体流动的压降在进入模具型腔(2,4]。图9显示板模,包括空腔区和熔体入口区。

与上述结构,该地区在腔中心重新设计了钢铁插入提高加热效率。这插入的尺寸40×25×1.0毫米³。气体干燥机一门和气体温度为400°C被用于这些实验。观察的影响Ex-GMTC填充步骤的薄肋,常见的成型周期最初经营的成型温度45°C到75°C。在这些情况下,模具温度控制器使用水流内部冷却通道。然后,Ex-GMTC应用与加热时间从4到10年代。加热步骤后,熔体填充到模具的腔6秒后关闭。所有薄肋实验使用相同的ABS材料表所示3。

研究了薄肋模具加热步骤,型腔表面的温度测量三个点,如图9。通过实验,给出了温度历史表4和图18。温度记录图18显示结束时加热一步模具温度达到112.0,121.3,132.5,和140.8°C在加热乘以4,6,8,分别和10年代。此外,6 s模具关闭后,受热面的温度下降了大约10°C薄肋模具。验证温度均匀性,热成像摄像机是用来确定薄肋模具的温度分布在加热的步骤。这些结果在图所示20.。结果表明,温度均匀性非常好,,只加热区加热过程的影响。观察温度分布和沿模具厚度均匀,加热步骤是模拟的气体加热400°C和仿真模型如图10。横截面的温度分布如图b19。根据这个结果,最高温度是位于中心腔表面插入。肋骨不接近的模具表面气体加热大门,因此,加热效果明显不如腔插入。仿真和实验结果表明,三个点之间的温度差小于10°C。3点1和点之间的温差低于3.2°C。更一致的点1和3之间的温度,更平衡的熔体填充进了两根肋骨。此外,中心温度加热区域(2)总是高于其他点。这是由于气体的近距离门2比其他点。

在每个模具温度,成型周期进行20次达到系统稳定,在下一个10个周期之前被用于比较肋高度。成型步骤后,成型样本收集和肋高度测量。结果如图21和22。根据这些结果,当模具温度增加到45°C到75°C,肋的高度从2.8增加到4.2毫米。Ex-GMTC使用400°C气体时,尽管最高温度集中在腔插入(图19),观察薄肋明显的提高。在细节,当模具温度变化从112.0°C到140.8°C,薄肋高度最大达到7.0毫米。这种发展是由于减少冻层熔体流经腔插入时,这有助于增加填充压力在薄肋区。图22还表明,两根肋骨的高度是不同的使用模具温度控制器时用热水冷却通道内的流动。这是因为模具结构的不对称性;模具内的温度分布是影响,尤其在低模具温度情况。相反,Ex-GMTC加热只影响成型表面;因此,对加热模具结构几乎没有影响的结果。因此,薄的两根肋骨的高度与热水制服比控制方法。

4所示。结论

在这个研究中,外部气辅模具温度控制(Ex-GMTC)应用于注塑周期,提高模具充填能力。模具的仿真和实验研究熔体流动长度和薄肋。模具的熔体流动长度、气体温度变化从200°C到400°C和成型周期是在组件厚度为0.2,0.4和0.6毫米。薄肋模具,Ex-GMTC使用400°C执行气体的中心腔。融化成的馅薄肋观察当使用(i)模具温度控制器与热水冷却通道内流动和(2)Ex-GMTC。基于研究结果,得到了以下结论:(我)长度为175毫米,熔体流动长度模具的型腔表面显示一个相对平衡的加热过程使用四个热气盖茨时,虽然有一些温度较高区域附近的大门。加热效率高的加热步骤;然而,在20年代,气温上升放缓。这个结果是由于热对流热气体和模具之间的表面。升温速率达到最高为6.4°C / s 400°C的气体。(2)由于热对流,仿真和实验表明,Ex-GMTC有限制的加热效率。然而,熔体流动长度模具,模具表面达到158.4°C,在几乎所有的融化温度可以很容易流入腔。(3)通过应用Ex-GMTC流厚度为0.6毫米,熔体流动长度可以与PP材料提高了23.5%和22.3%的ABS材料。流与0.2毫米厚度,长度也增加了从37.85到41.32毫米的PP材料,从14.54到15.8毫米的ABS材料。(iv)与薄肋模具,模具温度从45°C到75°C,增加肋的高度从2.8提高到4.2毫米。Ex-GMTC时使用,模具温度变化从112.0°C到140.8°C和薄肋的高度达到7.0毫米。因为Ex-GMTC不会受到模具结构,加热方法支持更好的比热水控制器温度分布的方法;因此,一个更好的平衡在熔体流动可以实现。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

表象的铁男和范教授的儿子明构想提出想法和开发了仿真和实验方法。Phan铁男和Thanh Trung做验证了仿真结果。所有作者讨论了结果,导致最后的手稿。

确认

这项研究是由教育部和培训支持,越南;科学技术部,越南;和阮科技大学和教育,越南胡志明市的城市,。作者感谢阮先生Ho先生Bui Huu农德孟Nguyen Thanh铁男先生,党Ngoc先生的儿子,Tran范特隆先生的帮助进行实验研究。