1、对通过塑料注射成型零件的选择性激光融化生产得到的功能梯度材料***棒的评估VEBeal1/PErasenthiran2、CHAhrens1/PDickens21/巴西卡特里娜城郊Floriano联邦大学2/英国哈伦大学机械工程学院之母该手稿收于2006年10月19日/修订后于2007年3月9日出版。DOI/10/1243/09544054JEM764摘要注塑行业对生产率和形状复杂的需求需要新的研究提高工具设计、材料和制造。通过功能梯度结构建立注射模具的发展是其中一个研究领域。例如/具有功能梯度材料建造技术的模具可以获得具有较高导热性的独特部分。厚的注射部件具有较高的热传导率/这有利于生产出更好的
2、和更便宜的聚合物注射模具部件。在以工具钢为原料制造模具的时候加入铜，有可能获得不同传导性的模具。在这篇文章中，我们将为您描述关于功能梯度材料影响的调查-工作分成两部分/一个是Cu分级工具钢和工具钢的***棒的热数值分析比较和比较聚丙烯部件模具表面温度和结晶度的程度的注射成型试验。数值模型用来根据模具***材料不同比较模具传热性能。之后/建立了一个支持保持功能梯度材料和工具钢***棒得到了选择性激光融合的过程。聚丙烯被注射入注塑件中与数值结果进行对比。为了观察分级***聚丙烯部件的***速度/部件的结晶度由差示扫描量热法测量(DSC)测试。也评价了注射周期模具的温度。结果表明/Cu-tool测试评分插筋储
3、仓热量能力较低。工具钢中添加铜的混合钢铁能更有效地传递热量但是吸收热量能力低。关键词/功能梯度材料；注射模具；快速制造；聚丙烯结晶度1引言注射模具部件的优势取决于三个主要方面/工具成本、注塑模具原料和生产力工具。这三个组合使得在不影响生产力和材料的情况下很难改变部件/模具设计。因此，必须通过最佳的原材料选择和部分件和模具设计获得工具的耐久性、生产力、成本1。不幸的是/有德***使得很难找到最好的有前途的解决方案。现代注射模复杂性变高/模具设计师的关注是如何孕育不产生部分扭曲的部件/从而保持高水平生产率。一个复杂的渠道网络设计被用来使***液体从模具中吸取热量。通道的设计是困难的，因为它必须用来使喷
4、发系统作用。顶出针、投影片和气流门是用来使部件从铸型腔中喷出避免部件审美方面。根据部件的复杂性和形状/***系统留下的空间小/在模具上不留痕对制造来说并不可行。在许多情况下/当高温均匀提取腔的散热均衡和生产率未达成/重新设计部件几何从而适合模具的局限性是必要的。另一种解决复杂的热问题的方法是使用(Cu-Be)***1。与一般钢合金相比Cu-Be嵌入会有更高的导热系数、在注射成型周期中/当***途径不起作用的时候他们被使用来从***通道的地区提取热量。然而/它们不是环保的/铍被引证为是一种致癌因素2。另一***是因为模具表面基础材料之间有一个明显的联系，模具的***会在部件上留下痕迹。此外/需要减少***通道
5、空地***的特性。到了上世纪80年代中期，新的被称为SFF(固体***形式的制造)的生产技术出现了3。这些技术相对于传统的来说/最主要的区别在于他们是基于层添加剂的原则。也被称为快速成型(RP)/这些技术几乎可以用任何形式或材料小批量生产部件。各类可得的资料是有限的/然而/RP过程可以用金属、陶瓷、和聚合物建造零件3。因为机器几乎能从计算机软件生成的数据中制造出坚实的部件，总机技术的自动化程度很高/而且他们也被称为“解决三维技术的打印机”。设计师和工程师可以精确、适当和无误解、没有延迟地建立和验证设计部件。RP技术的基本原理是根据部件设计的数据建立一层一层的材料。原料物质可以为液体树脂、电线、软糖
6、、粉末和***上用品。去形成这些材料的方法是多样的，包括紫外激光、电力激光、喷胶、沉积融合材料等等。这些附加层制造技术(LMTs)也被应用于注塑模具的生产。根据用于建筑工艺及材料、错综复杂的模具槽(注射部分)和注射的材料/这些模具与传统模具相比具有竞争力。根据技术/材料和应用，它可以建造12到一万个部件的模具4/5。用于SFF建立注塑模具的有趣技术是常规的***渠道。渠道是在没有考虑传统的制造方法的局限性的情况下在模具中设计的。常规的***渠道可以遵循***通道模具的表面/与正常模具相比，生产时的引射系统***较少。不幸的是/由于顶出系统和部件的一些功能/例如深层可能不受渠道散热能力的影响，它们仍然是有限
7、的。为克服这些***/使得运用SFF技术通过功能梯度结构来建立注塑模具变为可能。在过去的25年里功能梯度材料已经成为研究的问题6。大部分的天然材料/如矿物质和***逐渐从一个功能区变化到另一个地方。这个自然的例子激发同一个部件/单位的整合模式与功能设计。就生产工艺来说，功能梯度材料并不完全是新的/但是仅仅是20世纪80年代后/它开始被更多的关注并且被分类为一个特定研究主题。功能梯度材料的基本理念是通过丰富特定区域成分来得到不同特性/从而提高部件的质量。这个成份可能是一种基本元素/如碳只能被用来增加钢在表面的硬度。另一个例子就是哺***动物外面到内侧孔隙度变化的骨头。外面的低孔隙度的刚度增加了他的脑骨，
8、但是提供了到内的联系。骨的核心是多孔性/从而允许重量效率。利用该材料从一处到另一个地方的变化/可以获得优化组件。减少关节的数量和紧固件/减轻质量/结构提高/微分散热、热屏障/嵌入式传感器/种植生物相容性的使用都是功能梯度材料的潜在优势6-8。功能梯度材料在相同的组成部分也能逐渐加入不同性质的不同材料/原则是与复合材料类似。不同的是/复合材料是一种具有独特的阶段/在改变他们大量各组成部分的成分方面不能行。尽管功能梯度材料的概念非常简单/多数潜在的功能梯度材料的应用由于科技的***/工程造价高而受到***。在控制和沉积梯度组成和配合计算机辅助设计(CAD)生产复杂的形状/计算机辅助制造(CAM)/FE
9、A(有限元分析)方面的困难都是使用受到***的部分原因。很多研究人员已经研究了使用技术生产零件9。因为RP技术可以制造曲面零件/处理不同的材料/可以用他们来生产功能梯度材料。大多的研究人员通过一种激光束提供的热源制备研究LMTs功能梯度材料的形成过程。由于激光器自动化很容易，并能精确和高速度地提供高能量密度，他们几乎可以处理任何材料10。功能梯度材料和RP的另一个方面是材料中经常使用的粉末状或事先融合烧结下的光斑。局部组成控制（LCC）是使用快速生产加工和制造技术生产功能梯度材料零件的主要问题。这方面牵涉到通过控制加入材料的每个部分或层区域的百分比的原则。一些研究者11，12用微型漏斗，喷嘴及毛
10、细管，控制沉积层中的粉末。Ensz等人13在激光网络成型（LENS）梯度工程过程研究了两个粉流的优化来构建H13到M300的钢合金。此外，代表分级几何的计算方法一直是研究的课题。取得了有限元和体素空间几何数据/Cho等人14通过印刷工艺有限责任公司研究了三维几何形状和材料。通过这种方法，有可能用不同的容量梯度来数字化地代表3D零件。在以前的工作中/已经开始研究向基础材料中增加一个额外的功能性材料来生产出功能梯度材料注塑模具15。一个多室料斗被用来制造梯度结构的H13模具钢和铜。因为H13是尺寸稳定性、韧性好，耐高温磨损的材料，所以是常用的生产注射模具的材料。不过和铜（kH13：24/3瓦/米k，kCu：385瓦/米）相比这
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