快速热循环注塑成型过程数值模拟与工艺参数优化研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要注射成型作为塑料加工中重要的成型方法之一，在国民经济的各个领域都有广泛的应用。但随着塑料制品应用的日益广泛，人们对塑料制品精度、形状、功能、成本等提出了更高的要求，传统的注射成型工艺已难以适应这种要求。快速热循环注塑成型(RapidHeatingCycleMolding，RHCM)新技术是一种无熔接痕、高光洁度的塑料成型技术，可获得外观优越的塑料制品，例如：无熔接痕、无流痕、无银线，具有高光泽度，塑料制品表面不暴露玻璃纤维等强化添加剂，转印效果佳，物理性能提高等。可达到近乎于目前平板电视采用的有机玻璃保护屏的效果

2、，甚至可以用来直接制作平板电视前壳，取代喷涂及粘贴保护屏等方法。使用该技术不但可以直接降低塑料制品的成本，还可以大量减少喷涂量，甚至可以取消喷涂工艺，省去或节省昂贵的二次加工费用，大大降低生产成本，显著减少因喷涂造成的环境污染。针对快速热循环注塑成型技术的工艺要求，研究了其工艺原理和技术特点，介绍了实现模具快速加热的常用方法。研究提出了采用高温高压水蒸汽加热／冷却水冷却实现模具快速加热和快速冷却的快速热循环注塑模具温度动态实时控制方法与关键技术，从机理和原理研究上为该工艺的工程应用奠定了基础。介绍了蒸汽加热快速热循环注塑系统的构成，分别

3、对高温蒸汽源、冷却水源、压缩空气源、模温控制系统、注塑机和模具及工艺监控系统进行了简要分析。以海信TLM46V69RHCM液晶电视机前壳为研究对象，结合RHCM注塑工艺的特点，研究了其注塑成型过程有限元分析的建模技术。结合实际生产情况，经过理论分析和计算，对TLM46V69RHCM液晶电视机前壳的RHCM注塑模具的加热／冷却布局、管道直径等进行了设计计算、确定了分析时的加热／冷却介质与模具间的热交换系数，建立了与塑料熔体真实流动行为吻合的三维流动模型。模拟研究了RHCM注塑充模过程、保压过程、冷却过程、塑件收缩与翘曲变形，研究得到了熔体

4、温度、模具温度、保压压力、保压时间、注射时间、冷却时间等工艺参数对高光塑件质量的影响规律。研究发现，RHCM注塑工艺在注射和保压阶段模具温度保持较高，熔体的黏度降低，可使塑料熔合成形过程中处于完全熔合状态而不产生熔接痕，并且减少充填时的流动阻抗，降低压力损失，减小制件的翘曲变形量。同时，RHCM成型中，注射压力小，冷却后塑件的内山东人学硕上学位论文应力小，同时剪切应力和剪切速率降低，改善了熔体流动行为，可提高塑件结晶度及获得较均匀的结构，提高塑件的表面硬度。确定了影响RHCM注塑工艺的六个主要参数：熔体温度、模具温度、注射压力、注射时间

5、、保压时间、保压压力，并对各参数选取了五个水平，设计了正交试验表。模拟得到各工艺参数对翘曲量的影响的重要程度为：保压压力>保压时间>冷却时间>注射压力>熔体温度>模具温度。分析得到了最优的工艺组合，即当熔体温度为236℃、模具温度为110℃、注射时间为3．5s、保压时间为20s、冷却时间为50s、保压压力为80％时，塑件的翘曲变形最小。根据优化结果，设计制造了平板电视机生产用模具。根据优化分析所得的最佳方案，制定了生产工艺参数和工艺卡片，在海天HTFl500X注塑机上进行了试模生产，得到了合格的电视机前壳高光塑件，验证了本文优化分析所得

6、方案的正确性。在对快速热循环注塑成型进行数值模拟和参数优化的基础上，对成型模具中使用的热流道进行了热平衡分析。根据RHCM注塑模具的热流道系统的加热方式和加热元件的相关参数，建立了热流道系统中流道板和喷嘴两个关键部件的三维热力耦合有限元分析模型，对其在加热过程中的温度场和变形场进行了分析。根据温度分布和变形情况，优化了流道板和喷嘴的加热元件布局，使流道板和喷嘴的温度与变形分布基本均匀，并且呈对称分布。关键词：快速热循环；注塑成型；数值模拟；参数优化；正交试验；热流道Il山东大学硕士学位论文ABSTRACTAsallimportantme

7、thodofPlasticmolding，Plasticinjectionmoldingprocessisawiderangeofapplicationsinthevariousareasinthenationaleconomy．However,埘t11theapplicationofplasticproductsbecomesmoreextensive，therewasahigherdemandonaccuracyofplasticproducts，shape，functionandcost．Sotll巩thetraditionali

8、njectionmoldingprocesshasbeendifficulttoadapttosucharequest．RapidHeatingCycleMoldingtechnologyisanewsca