基于3D打印的随形冷却水道注塑模设计与制造技术研究

发布时间：2017-08-06 18:29

  本文关键词：基于3D打印的随形冷却水道注塑模设计与制造技术研究

  更多相关文章： 3D打印 SLM 随形冷却水道 注塑模具 模具设计 模具制造

【摘要】：对于注塑成型来说,随形冷却技术无疑具有很诱人的前景。该技术可以显著提高生产效率,改善制品质量,带来可观的经济效益。在国内,该技术与国外的差距较大,不仅体现在研究层次上,而且在商业应用中,采用随形冷却水道的注塑模具几乎也是没有的,这是由于3D打印技术不够成熟等原因造成的。同时,由于加工工艺上的改变,需要对随形冷却系统的设计方式进行创新,以便适应随形冷却注塑模具的设计。本文以注塑模具传统冷却系统为基础,结合传热学的相关理论知识,并基于选择性激光熔化(Selective Laser Melting,简称SLM)成型技术,对随形冷却注塑模具的设计及制造关键问题进行研究,提出随形冷却水道及注塑模具的设计方法,并完成塑料叶轮的随形冷却注塑模具的设计与制造。本文首先对国内外关于随形冷却注塑模具的相关研究进行了概述。然后从注塑模具的成型周期出发,研究了注塑模具在成型周期中的热量传递,在此基础上,基于注塑成型传统管道式冷却系统及传热学的相关理论,建立简化模型,以冷却均匀性为目标,结合CAE模拟软件,研究了随形冷却注塑模具的传热影响因素,得出了最主要的影响因素是冷却水道距模具壁面的距离。接着对基于3D打印技术(SLM)的注塑模具的成型特性进行了探究,其中包括基于3D打印的模具的成型流程、模具特征的成型性能、尺寸精度、表面质量、冷却水道的成型性能和清粉性能等。随后对随形冷却注塑模具的设计流程进行了研究,包括模具成型零件的设计、随形冷却水道回路的设计及随形冷却水道内部结构的设计等。最后以塑料叶轮为例,设计并制造了成型该塑件的随形冷却注塑模具,并对随形冷却技术应用于生产实践进行了分析。本文得出的影响传热的主要因素对指导随形冷却水路的设计有着重要的工程实践意义。基于SLM成型技术的成型特性研究为3D打印制造随形冷却注塑模具提供了借鉴,创新性地提出将强化传热的方法引入到随形冷却中,可提高模具的传热效率,丰富了随形冷却水道的设计。本文提出的基于特征的随形冷却水道设计方法,将冷却水道设计与制品设计相结合,具有较高的设计效率。本文成功设计并制造了成型塑料叶轮的随形冷却注塑模具,为随形冷却注塑模具的实际应用提供了参考与借鉴。
【关键词】：3D打印 SLM 随形冷却水道 注塑模具 模具设计 模具制造
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ320.52
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究目的和意义12
• 1.3 国内外研究现状分析12-25
• 1.3.1 随形冷却注塑模的设计12-18
• 1.3.2 随形冷却注塑模的制造18-25
• 1.4 本课题的主要研究内容25-26
• 第二章 注塑模具生产周期内的冷却分析26-34
• 2.1 注塑模具冷却系统26
• 2.2 冷却系统对制品品质的影响26-28
• 2.3 冷却系统对生产效率的影响28-29
• 2.4 注塑模具的传热分析29-33
• 2.4.1 模具散发的总热量30
• 2.4.2 冷却剂带走的热量30-32
• 2.4.3 模具对流换热散发的热量32
• 2.4.4 模具辐射所散发的热量32
• 2.4.5 模具向注塑机工作台传递的热量32
• 2.4.6 积累在模具上的热量32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 随形冷却注塑模具传热影响因素分析34-43
• 3.1 热量在塑料制品内的传导34-36
• 3.2 热量在随形冷却模具上的传导36-38
• 3.3 热量在随形冷却水道内的对流传热38
• 3.4 随形冷却模具型腔壁面温度分布的均匀性38-39
• 3.5 随形冷却模具传热的影响因素确定39-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 随形冷却注塑模具特征结构制造工艺的研究43-70
• 4.1 选择性激光熔化成型技术43-46
• 4.2.随形冷却注塑模具的成型流程46-49
• 4.2.1 成型前处理46-47
• 4.2.2 成型后处理47-49
• 4.3 随形冷却模具特征结构SLM成型特性的研究49-68
• 4.3.1 工艺参数的确定49-51
• 4.3.2 最小成型尺寸51-54
• 4.3.3 X/Y方向的尺寸精度54-57
• 4.3.4 Z方向的尺寸精度57
• 4.3.5 X/Y/Z方向对模具表面粗糙度的影响57-66
• 4.3.6 清粉性能66-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第五章 随形冷却注塑模具的设计70-81
• 5.1 随形冷却注塑模具的结构组成70-71
• 5.2 成型零件的设计71-73
• 5.3 随形冷却系统的设计73-80
• 5.3.1 随形冷却水道轨迹的设计73-76
• 5.3.2 随形冷却水道截面形状的设计76-77
• 5.3.3 随形冷却水道内部结构的设计77-80
• 5.4 本章小结80-81
• 第六章 随形冷却注塑模具设计与制造实例81-94
• 6.1 实例模型81
• 6.2 模型冷却系统设计及模拟分析81-85
• 6.2.1 模型结构分析81-82
• 6.2.2 冷却水道设计82-83
• 6.2.3 冷却分析83-84
• 6.2.4 模拟结果及分析84-85
• 6.3 模具的设计85-87
• 6.4 模具的制造87-89
• 6.5 实验结果与讨论89-93
• 6.5.1 注塑工艺参数确定89-91
• 6.5.2 模具型腔表面温度91-92
• 6.5.3 温度均匀性92-93
• 6.6 本章小结93-94
• 结论与展望94-96
• 一.结论94
• 二.存在的不足及展望94-96
• 参考文献96-101
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果101-103
• 致谢103-104
• 附件104

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 顾正亮,刘海明同济大学高分子材料系;注射模具冷却系统设计的计算程序[J];工程塑料应用;2000年07期

2 秦一芬,吴崇峰,王军;基于特征和面向对象的注塑模冷却系统设计的研究[J];工程塑料应用;2004年12期

3 吴伟辉;杨永强;来克娴;;选区激光熔化快速成型过程分析[J];华南理工大学学报(自然科学版);2007年03期

4 史玉升;伍志刚;魏青松;黄树槐;;随形冷却对注塑成型和生产效率的影响[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年03期

5 刘源,童水光,张人佶,颜永年;快速模具集成系统精度保证体系研究[J];机电工程;1999年03期

6 来克娴;杨永强;张林华;;光纤激光器及其在选区激光熔化快速原型制造中的应用[J];激光与光电子学进展;2006年03期

7 黄常帅,杨永强,吴伟辉;金属构件选区激光熔化快速成型铺粉控制系统研究[J];机电工程技术;2005年06期

8 郭九生,李彦生,卢秉恒;基于激光快速成型技术的快速模具CAD[J];机械科学与技术;1999年01期

9 梁基照;注射模中冷却时间计算的探讨[J];模具工业;1988年04期

10 申长雨,陈静波,刘春太,李倩;注射模冷却过程CAE技术[J];模具工业;2001年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 申长雨;陈静波;李倩;刘春太;;注塑模冷却管道位置的优化设计[A];2002年中国工程塑料加工应用技术研讨会论文集[C];2002年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 王迪;选区激光熔化成型不锈钢零件特性与工艺研究[D];华南理工大学;2011年

2 邹国林;熔融沉积制造精度及快速模具制造技术的研究[D];大连理工大学;2002年

3 章文献;选择性激光熔化快速成形关键技术研究[D];华中科技大学;2008年

4 曹驰;锌基合金模具快速制造关键技术研究[D];兰州理工大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 华涛;基于快速原型的快速模具制造技术的研究[D];大连理工大学;2003年

2 耿静;注塑模具CAD冷却系统的研究[D];山东大学;2008年

3 伍志刚;随形冷却注塑模的设计与制造关键技术研究[D];华中科技大学;2007年

4 刘鹏;面向埋铸铜管随形回路的注塑模调温水道优化设计[D];兰州理工大学;2009年

5 何寅;随形冷却水道注塑硬模快速制造方法的研究[D];湖北工业大学;2012年

6 王玮;注塑模具冷却系统关键技术研究与开发[D];上海交通大学;2013年

，

本文编号：630999