注塑成型冷卻過程數(shù)值模擬91163

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1、第18卷第4期高分子材料科學(xué)與工程Vol.18,No.42002年7月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJul.2002X注塑成型冷卻過程的數(shù)值模擬陳靜波,申長雨,王振飛,劉春太(鄭州大學(xué)橡塑模具國家工程研究中心,河南鄭州450002)摘要:采用循環(huán)平均假設(shè),忽略模壁溫度的周期變化,將模具的傳熱簡化為三維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題,考慮到注射模的結(jié)構(gòu)特點(型腔為狹縫面,冷卻孔細(xì)長),推導(dǎo)出求解其溫度場的邊界積分方程;注塑件的傳熱簡化為一維瞬態(tài)熱傳導(dǎo),給出確定其冷卻時間及表面循環(huán)平均熱流的方法;通過模具及塑件傳熱的耦合迭代分析

2、,使模具2塑件界面的溫度和熱流滿足相容條件,最終確定模具型腔的溫度分布及塑件的冷卻時間。最后通過一個例子說明數(shù)值模擬在冷卻系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:注塑成型;冷卻;數(shù)值模擬;邊界元中圖分類號:TQ320.66+2文獻標(biāo)識碼:A文章編號:100027555(2002)0420021205熱塑性塑料的注塑成型周期主要包括充人員評估設(shè)計方案,優(yōu)化冷卻系統(tǒng)設(shè)計提供必模、保壓及冷卻等過程。冷卻過程指的是從澆口要依據(jù)。凝固(即保壓結(jié)束)到制品具有足夠的剛度從模1冷卻過程的數(shù)學(xué)模型具中頂出這一階段,該過程中由于無塑料熔體1.1基本假設(shè)的運動,因此是一個典型的熱傳導(dǎo)過

3、程。其內(nèi)部實際的冷卻過程十分復(fù)雜,在建立其數(shù)學(xué)較高溫度的熔體將熱量傳導(dǎo)給溫度較低的外模型時需做適當(dāng)簡化,其基本假設(shè)為:層,外層再將熱量傳遞給模具,最后通過模具由(1)模具在穩(wěn)定狀態(tài)下工作,型腔溫度波動冷卻介質(zhì)帶走。冷卻過程對塑件的生產(chǎn)效率和較小,忽略模壁溫度的周期性變化,只考慮循環(huán)質(zhì)量有著重要影響。一方面,冷卻過程約占成型[1]平均(穩(wěn)態(tài))溫度分布;周期的四分之三,高效的冷卻可以縮短冷卻時(2)塑件較薄,忽略面內(nèi)的熱傳導(dǎo),只考慮間,提高成型效率;另一方面,均勻平衡的冷卻沿塑件厚度方向的熱傳導(dǎo);可以避免塑件表面熱斑,降低制品內(nèi)部殘余應(yīng)(3)塑件與模壁完全

4、接觸,塑件表面溫度與力和翹曲變形,提高制品的外觀和內(nèi)在質(zhì)量及模壁溫度相等;精度。[1](4)模具外表面散熱較少,可忽略不計。注塑成型的冷卻過程主要靠模具的冷卻系1.2模具傳熱的數(shù)學(xué)模型統(tǒng)控制和調(diào)節(jié),因此冷卻系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)就是1.2.1模具溫度場的控制方程:由基本假設(shè)使塑件達到快速、均勻和平衡的冷卻。冷卻系統(tǒng)(1),模具傳熱問題化簡為一無熱源的定常熱傳的設(shè)計參數(shù)包括:冷卻孔的位置、尺寸及連接關(guān)導(dǎo)問題,其溫度場的控制方程為:系等幾何參數(shù)和冷卻介質(zhì)的流量、進口溫度等2225T5T5T2+2+2=0(1)工藝參數(shù)。冷卻過程數(shù)值模擬的目的是在給定5X5Y5Z冷卻

5、系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)后,預(yù)測出模具型腔、型芯的Fig.1中V是由模具外廓表面Se、型腔表面Sp溫度和溫差分布及塑件的冷卻時間等,為設(shè)計和冷卻孔表面Sc為邊界圍成的區(qū)域。X收稿日期:2000211224;修訂日期:2001204210基金項目:河南省杰出青年科學(xué)基金、河南省自然科學(xué)基金(004041400)資助項目作者簡介:陳靜波,男,36歲,教授.?1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.22高分子材料科學(xué)與工程2002年1.3.2初、邊值條件:在對塑件進行一維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析時

6、,初始條件可取注射溫度或保壓結(jié)束時塑件的溫度分布,為簡化起見,取均勻的注射溫度T0為初始條件,即:Tp(z,0)=T0(7)由基本假設(shè)(3),邊界條件塑件的表面溫度即為型腔表面溫度,即:+Tp(h,t)=T(8a)-Fig.1SchematicviewforaninjectionmoldTp(0,t)=T(8b)+-式(8)中:h——塑件的壁厚;T和T——模1.2.2邊界條件:在模具型腔表面上有具型腔上下表面的溫度。-Km(5T?5u)=q(2)t1.4模具與塑件傳熱的耦合分析式中:u——型腔表面的外法線方向;Km——為了求解模具溫度場的控制方程(1)

7、,需知模具的熱傳導(dǎo)率;q——循環(huán)平均熱流,由下式道所有的邊界條件,其中冷卻孔表面為第三類給出t邊界條件,模具與冷卻介質(zhì)之間的換熱系數(shù)可c由式(5)確定,模具外表面為絕熱邊界,上述兩q=(1?tc)∫q(t)dt(3)0類邊界條件均已知;對型腔表面邊界而言,要確式中:tc和q(t)——塑件的冷卻時間和瞬時熱定其循環(huán)平均熱流lq,可通過對塑件進行一維流,可通過求解塑件的熱傳導(dǎo)方程得到。傳熱分析(即求解方程(6))得到,但求解方程冷卻孔表面Sc的邊界條件為:(6)時又需知道模具型腔表面的溫度,這意味著Km(5T?5u)=h(T-Tc)(4)冷卻過程的模擬需對

8、模具與塑件的冷卻進行耦式中:u——冷卻孔表面的外法線方向;T——合分析,使模具型腔表面的溫度和