快速熱循環(huán)注塑模具設(shè)計(jì)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(yīng)用于各行各業(yè)，滲透到人們生產(chǎn)生活的各個(gè)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(lái)，汽車(chē)、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域?qū)ψ⑺苤破啡找嬖鲩L(zhǎng)的需求，顯著推動(dòng)了塑料注射成型技術(shù)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(shù)新工藝在注塑成型中被廣泛采用。在塑料制品注射成型過(guò)程中，由于成型材料、成型模具、注射機(jī)、輔助設(shè)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(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。但是，家電、通訊、消費(fèi)電子、汽車(chē)內(nèi)飾、光電等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，卻對(duì)塑料制品提出了壁厚更薄、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、表面更美觀、強(qiáng)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(wèn)題。 快速熱循環(huán)注塑成型（RHCM）技術(shù)利用加熱和冷卻介質(zhì)實(shí)現(xiàn)注塑模具的快速加熱和冷卻，實(shí)現(xiàn)熔體的高模溫注塑，是一種無(wú)熔接痕、高光潔度的塑料成型技術(shù)，可獲得外觀優(yōu)越的塑料制品，例如：無(wú)熔接痕、無(wú)流痕、無(wú)銀線，具有高光澤

3、度等。采用該技術(shù)可取消后續(xù)的噴涂工藝，省去昂貴的二次加工費(fèi)用，在大幅降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，節(jié)省能源與材料，消除污染，達(dá)到改善塑件質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、保護(hù)環(huán)境的多重效果，實(shí)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(diǎn)和要求的基礎(chǔ)上，提出了加熱和冷卻管道的主要設(shè)置形式以及設(shè)計(jì)原則，同時(shí)，考

4、慮水蒸汽給模具帶來(lái)的熱量，提出了RHCM模具設(shè)計(jì)的基本計(jì)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(shù)的關(guān)鍵是在注塑周期中，能夠使模具快速加熱和冷卻到預(yù)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(jī)前殼RHCM模具傳熱過(guò)程的有限元分析模型，研究了加熱/冷卻管道的布置對(duì)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(cè)溫度低，溫度分布不均”的現(xiàn)象。通過(guò)正交試驗(yàn)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(duì)模具加熱效率影響最大，而管道間距對(duì)型腔溫度分布均勻性的影響尤為突出。通過(guò)有限元軟件MARC與自動(dòng)集成優(yōu)化軟件iSIGHT的有機(jī)集成，以模具型腔表面的溫度均勻性為目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)模具加熱/冷卻管道布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，顯著提高了模具型腔表面的溫度均勻性，在實(shí)際生產(chǎn)中獲得了高質(zhì)量的高光前殼塑件，為實(shí)際生產(chǎn)中的RHC

6、M注塑模具設(shè)計(jì)、加熱和冷卻系統(tǒng)布局優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yīng)力要大得多，更容易產(chǎn)生過(guò)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(yīng)力分布、變形分布和熱力疲勞壽命，在分析的基礎(chǔ)上，探討最佳的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷熱管道布局以及模具型芯的固定方