Come utilizzare NX per progettare i migliori canali di raffreddamento conformato per stampi a iniezione?
Il sistema di raffreddamento è una parte importante dello stampo a iniezione. Il liquido refrigerante scorre continuamente nel canale dell'acqua di raffreddamento all'interno dello stampo, eliminando il calore in eccesso nello stampo, garantendo così che la temperatura dello stampo sia controllata entro un intervallo appropriato.
Un efficiente sistema di raffreddamento può non solo migliorare significativamente la qualità di stampaggio dei prodotti in plastica, ma anche abbreviare notevolmente il ciclo di stampaggio delle parti in plastica, aumentare la produttività e ridurre i costi di produzione.
Il tradizionale sistema di raffreddamento dello stampo a iniezione è un circuito di raffreddamento sotto forma di tubi diritti che si incrociano all'interno dello stampo, come mostrato nella Figura 1a. A causa delle limitazioni del processo di perforazione, lo svantaggio di questa struttura di canali d'acqua è che non può raggiungere determinate attività che richiedono raffreddamento. area, quindi il suo effetto di raffreddamento è difficile da ottenere in modo ottimale.
Con l'applicazione approfondita della tecnologia di stampa 3D nel campo della produzione di stampi, è facile elaborare canali d'acqua "simili a ombre" negli stampi. Come mostrato nella Figura 1b, i seguenti canali d'acqua stanno guadagnando sempre più popolarità tra le aziende per i loro eccellenti effetti di raffreddamento. ampiamente accettata.
Tuttavia, sebbene non sia difficile elaborare corsi d’acqua conformi a forma libera attraverso la tecnologia di stampa 3D, progettare tali corsi d’acqua liberi, flessibili e mutevoli è un compito relativamente noioso.
Durante tutto il processo di progettazione, i progettisti hanno dovuto utilizzare comandi di base per la modifica delle curve ed eseguire frequenti operazioni interattive per completare la progettazione del corso d'acqua conforme. Il gran numero di operazioni ripetitive durante questo periodo non solo erano estremamente dispendiose in termini di tempo, ma erano anche soggette a errori. Anche con l'esperienza Nessun ingegnere esperto, indipendentemente dal livello di competenza, può semplificare questo processo di progettazione.
Pertanto, come progettare rapidamente un corso d'acqua conforme è un problema urgente da risolvere nella pratica della progettazione di stampi aziendali e la sua ricerca è di grande importanza ingegneristica.

Fig. 1 Canale di raffreddamento tradizionale e canale di raffreddamento conformato
A causa della struttura estremamente complessa e imprevedibile delle parti in plastica in ingegneria, è difficile per la progettazione di corsi d'acqua conformi avere routine e standard relativamente fissi come i corsi d'acqua tradizionali.
L'intero processo di progettazione è pieno di incertezze e innovazioni, il che ha suscitato il grande interesse di molti ricercatori. Le persone cercano sempre di trovare determinate regole per raggiungere lo scopo di una progettazione rapida.
Per ottenere una progettazione rapida di corsi d'acqua conformi, i ricercatori hanno proposto una serie di metodi di progettazione e algoritmi basati su varie teorie da diverse angolazioni e hanno realizzato la generazione automatica di molte strutture di corsi d'acqua conformi tra cui forme a spirale, a zigzag, di contorno e di tipo vascolare, e hanno fatto grandi progressi nell'esplorazione teorica e nella pratica.
Tuttavia, la maggior parte della ricerca esistente sulla progettazione conforme delle vie navigabili si concentra sulla teoria e non è molto operativa, in particolare è rara l’implementazione di algoritmi per piattaforme di progettazione generale, che non possono effettivamente soddisfare le reali esigenze delle imprese.
Migliorare l'efficienza e la qualità della progettazione dei canali idrici conformi per istampi ad iniezione, l'autore, ispirandosi alla struttura del condotto interno delle radici di loto e combinando le caratteristiche dei canali d'acqua conformi che "seguono la forma della forma", ha proposto un metodo di generazione automatica per canali d'acqua conformi.
Le parti dello stampo vengono tagliate e stratificate e i punti di controllo in ogni strato vengono trovati uno dopo l'altro. I punti di controllo sono collegati da curve spline per generare linee di traiettoria, quindi le entità del canale di raffreddamento vengono formate mediante scansione.
Il sistema di generazione automatica dei canali dell'acqua conformi è stato sviluppato sulla piattaforma software ampiamente utilizzata NX 3D, che può progettare rapidamente i canali dell'acqua conformi delle parti dello stampo.
Principi di base
La radice di loto è un alimento comune nella vita quotidiana. Come mostrato nella Figura 2a, cresce nel fango sul fondo dell'acqua. Il loto è il fiore della radice di loto, che sboccia sulla superficie dell'acqua.
Se tagli la radice di loto lungo la sezione trasversale, come mostrato nella Figura 2b, scoprirai che l'interno della radice di loto non è solido ma ha molti fori passanti, chiamati condotti.
I condotti sono distribuiti più o meno uniformemente sulla sezione trasversale della radice di loto e non interferiscono tra loro. Attraversano l'intera radice di loto.
La loro forma libera cambia con i cambiamenti nel contorno della radice di loto. Proprio come i vasi sanguigni umani, svolge il ruolo di trasportare acqua e sostanze nutritive alle piante.

Fig. 2 Diagramma della radice di loto
Osservando la struttura del condotto all'interno della radice di loto e confrontandola con il canale conformato dell'acqua dello stampo a iniezione, si può constatare che i due sono in una certa misura simili. Il confronto è mostrato nella Tabella 1.

La speciale struttura all'interno della radice di loto fornisce una nuova idea per costruire il modello del canale d'acqua conforme. Considerando le differenze tra i due, quando si converte l'idea, è anche necessario combinare la situazione reale della progettazione del sistema di raffreddamento dello stampo a iniezione e prestare attenzione a diverse questioni chiave:
(1) Distribuzione uniforme. Dalla sezione trasversale, il condotto della radice di loto è disposto uniformemente e il più vicino possibile alla superficie esterna; il canale dell'acqua conforme può ottenere il miglior effetto di raffreddamento solo quando è disposto uniformemente attorno alla superficie dello stampo.
(2) Evitare interferenze. Non importa quanto piccolo sia lo spazio del condotto della radice di loto, non vi è alcuna interferenza tra loro. Allo stesso modo, il canale d'acqua conforme non può interferire o attraversare.
(3) Piegatura. Tutti i condotti della radice di loto sono disposti in parallelo dal basso verso l'alto e non sono collegati; il canale d'acqua conforme deve implementare una struttura in serie per formare un canale di raffreddamento, quindi è necessario considerare il problema di collegamento all'estremità del canale d'acqua.
(4) Conforme. La forma spaziale complessiva del condotto della radice di loto cambia con la forma della radice di loto; anche il canale dell'acqua conforme deve tenerne conto per ottenere il miglior effetto di raffreddamento.
(5) Impostazioni di ingresso e uscita. Il canale dell'acqua conforme deve impostare la posizione dell'ingresso e dell'uscita per soddisfare le esigenze dell'ingegneria dello stampo.
Idea base
Ispirato dalla struttura interna della radice di loto, viene proposto un metodo per generare automaticamente canali di raffreddamento conformi. L'idea di base è mostrata nella Figura 3:

Passo 1: Stabilire una serie di piani di riferimento lungo la direzione dell'altezza del nucleo dello stampo come strati di fette;
Passo 2: Intersecare il piano di riferimento con il nucleo dello stampo per ottenere le linee di contorno che si intersecano su ogni strato di fetta;
Passo 3: Ottenere i punti di controllo su ogni strato di fetta attraverso l'ispezione delle interferenze;
Passo 4: Utilizzare le curve spline per collegare i punti di controllo su ogni strato di sezione in sequenza per formare una linea di traiettoria di scansione;
Passo 5: Selezionare la linea della traiettoria di scansione e utilizzare la scansione della pipeline per formare un canale di raffreddamento conforme;
Sulla base di questa idea di base, è possibile progettare una serie di algoritmi complessi per realizzare la generazione automatica di canali di raffreddamento conformi. L'intero processo di generazione del sistema è mostrato nella Figura 4.

Quando si progetta un algoritmo specifico, è necessario considerare i seguenti problemi:
1. Selezione della linea di traiettoria
Poiché il canale di raffreddamento è generato dalla scansione della tubazione, la linea della traiettoria deve essere complessivamente uniforme. Se si adotta il metodo di somma di segmenti retti ad archi circolari, la complessità dell'algoritmo aumenterà inevitabilmente.
Le curve spline sono curve morbide che passano attraverso una serie di punti di controllo e la forma della curva può essere controllata da questi punti.
L'uso delle curve spline come linee di traiettoria di scansione può non solo ridurre la complessità dell'algoritmo e facilitare il funzionamento, ma anche facilitare la stampa 3D perché i tubi scansionati secondo le curve spline non hanno transizioni nette.
2. Acquisizione dei punti di controllo
Nel caso di un diametro di tubo specificato, è necessario calcolare tutti i punti di controllo che soddisfano i requisiti per le successive operazioni di connessione.
L'acquisizione dei punti di controllo deve seguire il principio di non interferenza, cioè il cerchio generato in base ai punti di controllo non può interferire con la curva di livello e tanto meno con il cerchio esistente.
3. Operazione di connessione
Partendo dalla premessa che i punti di controllo di ogni livello sono stati calcolati, affrontando la situazione specifica di diversi numeri di punti di controllo in ogni livello, quale tipo di strategia di connessione viene utilizzata dal comando curva spline per connettere questi punti di controllo è la chiave per successo o fallimento della generazione del canale di raffreddamento.
Tra questi, l'acquisizione dei punti di controllo su ciascun livello e la selezione della strategia di connessione sono le parti fondamentali dell'intero algoritmo, che verrà spiegato in dettaglio di seguito.
Algoritmi chiave
1. Algoritmo per l'acquisizione dei punti di controllo delle curve spline
Il metodo tradizionale di acquisizione dei punti di controllo delle curve spline richiede una serie di operazioni come schizzi frequenti e misurazioni della distanza.
Il processo è lungo e complicato. Viene proposto un metodo di acquisizione automatica per rilevare rapidamente i punti di controllo che soddisfano i requisiti. Il suo principio è mostrato nella Figura 5.

Passo 1: Disegna due linee di confine sul livello della sezione. Queste due linee di confine dovrebbero trovarsi all'esterno della linea di contorno;
Passo 2: Compensare rispettivamente le linee di confine generate per ottenere una serie di linee di compensazione;
Passo 3: Disegna un cerchio con l'intersezione delle linee di offset come centro e il valore specificato come raggio:
(1) Determinare se il cerchio si interseca con la linea di contorno;
(2) Determinare se il cerchio attuale si interseca con il cerchio esistente.
Passo 4: Disegna un raggio con il centro corrente del cerchio come punto finale e determina l'intersezione con la linea di contorno mediante il metodo di rilevamento del raggio;
Passo 5: Determina se la sfera con il centro del cerchio è esposta all'esterno dell'entità.
Il flusso dell'algoritmo specifico è mostrato nella Figura 6. In base alla situazione reale della progettazione dello stampo, è necessario prestare attenzione a cinque punti durante la programmazione:
(1) Le due linee di confine su ciascuno strato di sezione devono trovarsi all'esterno della linea di contorno massima per garantire l'accuratezza del risultato.
(2) Il valore di offset (D) della linea di confine dovrebbe essere scelto in modo ragionevole. Se il valore è troppo grande, il risultato sarà impreciso; se il valore è troppo piccolo, il tempo dell'algoritmo verrà aumentato.
(3) Il punto di intersezione utilizzato come centro del cerchio deve essere selezionato nell'ordine di intersezione delle due serie di linee di offset per garantire la precisione del risultato.
(4) Quando si esegue un controllo dell'interferenza dell'intersezione, il raggio del cerchio è R = r + d, come mostrato nella Figura 5, dove r è il diametro del corso d'acqua conforme; e d è la distanza di sicurezza.
(5) Il principio del metodo di rilevamento dei raggi per determinare se un cerchio noto si trova all'interno della linea di contorno è mostrato nella Figura 5, ovvero, con il centro del cerchio (P0) come punto finale, il rilevamento dei raggi viene eseguito lungo + Rispettivamente direzione X, direzione -X, direzione +Y e direzione -Y. Se tutti e quattro i raggi si intersecano con la linea di contorno, il cerchio è all'interno della linea di contorno, altrimenti non è all'interno della linea di contorno.
(6) I punti di controllo ottenuti dopo il controllo dell'interferenza della curva devono essere ulteriormente controllati per vedere se si trovano all'interno dell'entità di inserimento.
Generando una sfera con un raggio di 0.5 mm con il punto di controllo come centro, possiamo determinare se il punto è un punto di controllo adatto giudicando se la sfera e il solido possono essere sommati.

2. Algoritmo di connessione automatica per la traiettoria del percorso dell'acqua di raffreddamento
Dopo aver ottenuto i punti di controllo in tutti gli strati di sezione, il passaggio successivo consiste nell'utilizzare le curve spline per collegare questi punti di controllo in sequenza per formare una traiettoria di scansione.
Per ottenere un buon effetto di raffreddamento, la strategia di connessione adottata consiste nel trovare innanzitutto il numero minimo di punti in tutti gli strati di slice, iniziare dallo strato con il numero minimo di punti, trovare in sequenza i punti di controllo più vicini negli strati di slice adiacenti e infine connettere questi punti di controllo.
L'intera linea della traiettoria si piega e passa lungo la direzione dell'altezza del nucleo. L'idea di base è mostrata nelle figure da 7 a 9.

livello dei punti di controllo e punti di controllo dei livelli adiacenti


Passaggio 1: INello strato di sezione con il numero minimo di punti di controllo, trovare il punto di controllo più lontano dalla linea centrale ausiliaria come punto base P0, come mostrato nella Figura 7a.
Passo 2: Negli strati adiacenti, secondo il principio della distanza più vicina, come mostrato nella Figura 7b, trovare a turno il punto di controllo P1 più vicino al precedente punto base P0 nello strato di sezione adiacente e utilizzarlo nuovamente come punto base P0
Passo 3: Determina se il numero di punti rimanenti nel livello di punti minimo è >1:
(1) Se ≤1, come mostrato nella figura a sinistra della Figura 8, andare al passaggio 4;
(2) Se >1, come mostrato nella figura a sinistra della Figura 9, andare al passaggio 2 e continuare a cercare i punti di controllo.
Passo 4: Utilizzare le curve spline per selezionare tutti i punti di controllo a turno per generare linee di traiettoria del canale dell'acqua di raffreddamento.
Passo 5: Eseguire la scansione lungo la linea della traiettoria con la sezione specificata per generare un canale d'acqua conforme, come mostrato nella figura a destra della Figura 8 e nella figura a destra della Figura 9.
Si dovrebbe notare che:
(1) La posizione della linea centrale ausiliaria determina se l'intero corso d'acqua conforme sarà vicino alla superficie dello stampo. Secondo l'effettivo corso d'acqua dello stampo, può essere impostato al centro delle coordinate del nucleo dello stampo;
(2) Quando la linea della traiettoria deve piegarsi e cambiare direzione al piano più alto o al primo piano, il corrispondente punto base di controllo successivo P0 nello stesso piano viene selezionato secondo il principio della distanza più vicina, come mostrato nella Figura 10, per evitare interferenze tra i tubi e per ottenere una disposizione quanto più uniforme possibile. Il flusso dettagliato dell'algoritmo è mostrato nella Figura 11.


Progettazione dell'interfaccia del sistema
UG NX è un software di progettazione di stampi sviluppato da Siemens, Germania, con potenti funzioni di modellazione 3D, simulazione e analisi. Può aiutare i produttori a progettare rapidamente stampi efficienti e di alta qualità e a ottimizzare i processi di produzione.
Basato sull'interfaccia NX OPEN API, il modulo di generazione automatica della via navigabile conforme viene sviluppato utilizzando il linguaggio Python e l'interfaccia di sistema è progettata utilizzando lo strumento di sviluppo secondario NX BLOCK UI Styler, come mostrato nella figura a sinistra della Figura 12.
L'interfaccia operativa del sistema è mostrata nella figura a destra della Figura 12.
Sull'interfaccia operativa, "Seleziona inserto" si riferisce alla selezione dell'inserto dello stampo da raffreddare;
Per “interfaccia di raffreddamento” si intende l'interfaccia tra la base dell'inserto e la superficie dello stampo;
la selezione del “punto angolo inferiore sinistro” e del “punto angolo inferiore destro” deve garantire che l'intervallo rettangolare che formano possa coprire la proiezione della superficie dello stampo sull'interfaccia di raffreddamento;
“ingresso acqua” e “uscita acqua” si trovano sul fondo dell'inserto e devono essere specificati manualmente;
“diametro del canale dell'acqua” si riferisce al diametro del canale di raffreddamento;
Per “distanza di sicurezza” si intende la distanza minima tra il canale dell'acqua e gli altri componenti all'interno dello stampo.
L'utente seleziona a turno ciascun parametro e fa clic su OK e il sistema può generare automaticamente un canale idrico conforme.

Campi d'applicazione
Le sigarette elettroniche sono prodotti elettronici di consumo emergenti. Il mercato ha una grande richiesta di gusci di sigarette elettroniche e impone severi requisiti di controllo qualità.
I tradizionali canali dell'acqua a tubi diritti non possono fornire buoni effetti di raffreddamento per gli stampi per sigarette elettroniche. Nei progetti reali, i progettisti spesso devono progettare canali d'acqua conformi all'interno dello stampo per garantire la qualità di stampaggio delle parti in plastica.
Sulla base di tutti gli algoritmi proposti, è stato sviluppato un sistema di progettazione automatica delle vie navigabili conformi sulla piattaforma NX10.0 per verificare la progettazione conforme delle vie navigabili degli stampi per sigarette elettroniche.
La dimensione di base della parte stampata dell'esempio 1 è di circa 10 mm×20 mm×34 mm, è presente un foro cieco irregolare al centro della parte stampata, la profondità è di circa 24 mm e la dimensione della base è di circa 14 mm ×23 mm×35 mm.
Il diametro esterno massimo della parte stampata dell'Esempio 2 è di circa 30 mm, il minimo è di circa 15 mm, l'altezza è di circa 67 mm, la profondità del foro concavo al centro della parte stampata è di circa 6 mm e il diametro la dimensione della base è di circa 40 mm×45 mm×106 mm.
Secondo il metodo di progettazione tradizionale, i progettisti devono utilizzare frequentemente comandi di modifica delle curve come disegnare linee, arrotondamenti e rifiniture per progettare manualmente canali di raffreddamento conformi in uno spazio ridotto dello stampo e devono anche prestare attenzione ai problemi di interferenza in tempo reale, che è dispendioso in termini di tempo e laborioso.
Se viene utilizzato il programma automatizzato sviluppato dall'autore, come mostrato nelle Figure 13 e 14, il canale di raffreddamento conforme dello stampo può essere generato rapidamente semplicemente inserendo i parametri necessari. Gli effetti dei due metodi sono confrontati nelle Tabelle 2 e 3.




Conclusione
Con l'applicazione approfondita della tecnologia di stampa 3D nel campo della fabbricazione di stampi, la progettazione di canali di raffreddamento conformati ha attirato sempre più attenzione nella pratica dell'ingegneria della progettazione di stampi. Secondo i metodi di progettazione tradizionali esistenti, il processo di progettazione dei canali di raffreddamento conformati all'interno degli stampi è molto lungo e complicato.
Per risolvere il problema esistente della progettazione rapida di corsi d'acqua conformi, è stato proposto un metodo di generazione automatica di corsi d'acqua conformi, ispirato alla struttura interna del condotto della radice di loto.
È stato sviluppato uno speciale sistema di progettazione basato su NX come piattaforma applicativa per implementare tutti gli algoritmi proposti.
Verificato da casi ingegneristici reali, questo metodo può ridurre notevolmente i tempi di progettazione e migliorare l'efficienza della progettazione di corsi d'acqua conformi e ha un certo valore applicativo ingegneristico.