快速熱循環(huán)注塑模具設計方法與優(yōu)化研究.pdf

1、隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料制品被廣泛應用于各行各業(yè)，滲透到人們生產(chǎn)生活的各個方面。目前在工程塑料成型加工中，80％采用了注射成型。近年來，汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生等領域?qū)ψ⑺苤破啡找嬖鲩L的需求，顯著推動了塑料注射成型技術水平的快速發(fā)展和提高，氣輔成型、水輔成型、多色注塑和熱流道等各種新技術新工藝在注塑成型中被廣泛采用。在塑料制品注射成型過程中，由于成型材料、成型模具、注射機、輔助設備、成型環(huán)境等多種因素的影響，注塑制品的內(nèi)

2、在及外觀質(zhì)量經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的問題。但是，家電、通訊、消費電子、汽車內(nèi)飾、光電等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，卻對塑料制品提出了壁厚更薄、結構更復雜、表面更美觀、強度更高等方面的要求。如何獲得高質(zhì)量的塑件成為工程中需要迫切解決的問題。 快速熱循環(huán)注塑成型（RHCM）技術利用加熱和冷卻介質(zhì)實現(xiàn)注塑模具的快速加熱和冷卻，實現(xiàn)熔體的高模溫注塑，是一種無熔接痕、高光潔度的塑料成型技術，可獲得外觀優(yōu)越的塑料制品，例如：無熔接痕、無流痕、無銀線，具有高光澤

3、度等。采用該技術可取消后續(xù)的噴涂工藝，省去昂貴的二次加工費用，在大幅降低生產(chǎn)成本的同時，節(jié)省能源與材料，消除污染，達到改善塑件質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、保護環(huán)境的多重效果，實現(xiàn)塑件的短流程綠色化生產(chǎn)，是一種前景廣闊的綠色注塑工藝。 為保證塑件質(zhì)量，在RHCM注塑模具加熱冷卻管道設計時應保證模具型腔表面的溫度分布均勻性和高的加熱效率，本文在研究RHCM注塑的工藝特點和要求的基礎上，提出了加熱和冷卻管道的主要設置形式以及設計原則，同時，考

4、慮水蒸汽給模具帶來的熱量，提出了RHCM模具設計的基本計算方法，包括模具與冷卻水和水蒸汽的換熱系數(shù)、冷卻管路直徑以及注塑周期內(nèi)的熱平衡分析等。 RHCM技術的關鍵是在注塑周期中，能夠使模具快速加熱和冷卻到預定的工藝溫度。模具型腔表面溫度的高低和分布直接影響著注塑生產(chǎn)的效率和塑件的質(zhì)量。本文建立了46寸液晶平板電視機前殼RHCM模具傳熱過程的有限元分析模型，研究了加熱/冷卻管道的布置對模具型腔表面的溫度分布的影響，發(fā)現(xiàn)模具型腔表面

5、的溫度分布呈現(xiàn)出“型腔中間部分溫度高，兩側溫度低，溫度分布不均”的現(xiàn)象。通過正交試驗法分析發(fā)現(xiàn)，管道直徑和管道中心距型腔表面的距離對模具加熱效率影響最大，而管道間距對型腔溫度分布均勻性的影響尤為突出。通過有限元軟件MARC與自動集成優(yōu)化軟件iSIGHT的有機集成，以模具型腔表面的溫度均勻性為目標函數(shù)，實現(xiàn)了對模具加熱/冷卻管道布局的優(yōu)化設計，顯著提高了模具型腔表面的溫度均勻性，在實際生產(chǎn)中獲得了高質(zhì)量的高光前殼塑件，為實際生產(chǎn)中的RHC

6、M注塑模具設計、加熱和冷卻系統(tǒng)布局優(yōu)化設計提供重要理論依據(jù)。 與一般的注塑模具相比，RHCM注塑模具的加熱峰值溫度高、產(chǎn)生的溫度梯度大，其主要工作零件承受的熱變形和熱應力要大得多，更容易產(chǎn)生過量變形和冷熱疲勞破裂現(xiàn)象，影響塑件的幾何形狀和尺寸精度以及模具壽命。因此，本課題建立了模具傳熱和受力分析模型，研究和分析RHCM模具的應力分布、變形分布和熱力疲勞壽命，在分析的基礎上，探討最佳的模具結構設計、冷熱管道布局以及模具型芯的固定方