注塑模冷却阶段三维温度场的有限元模拟

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1、摘要注射成型中，冷却对产品的质量、成本、周期起着至关重要的作用。温度是注射成型工艺中最重要的参数之一，不合理的温度参数会影响塑件的成型周期和制品品质，如外观质量、尺寸稳定性、变形、结晶度、使用性能等，特别是对于一些高附加值、高精密的产品，例如光学镜片、生物芯片等更注重温度微小变化对其性能的影响，因此研究注塑模冷却阶段的温度场就变得非常重要。传统的冷却模拟主要是基于二维平面的数值方法进行分析，就是通常所说的中面(Midplane)模型和表面(Fusion)模型。中面模型由于受建模和制品形状的限制，只能用来

2、模拟薄壁制品和一些几何结构相对简单的产品；而表面模型在网格配对上的苛刻要求和计算精度上的问题，也限制了它的广泛使用，所以当前三维实体模拟成了研究的热点。但是三维研究的范围主要在于流动分析，而用在冷却分析的却很少。本文使用三维实体模型，采用“材料边界”的思想来区分模具与塑件，实现了模具与塑件温度场用统一的控制方程同时得到二者的温度分布情况，省去传统冷却分析过程中模具与塑件之间的耦合计算，减少了边界条件。另外，根据实际生产情况合理简化了对边界条件的处理。论文主要内容包括：l、基于传热学的基本原理，推导出注塑

3、成型冷却阶段温度场的基本控制方程。2、考虑到实际生产的具体情况，适当简化边界条件：(1)由于在计算过程中假设模具与塑料制品始终接触，且不计热阻，所以就采用“材料边界”的思想，在几何模型上认为二者属于一体，用材料属性区分模具和塑料制品。(2)同样基于这个思想我们把它延伸到对于模具型芯、嵌件的处理上，这样简化了模具中嵌件在数值计算中的处理方法，便于程序实现和工程应用。(3)由于注射机模板上用绝热材料，把用来固定模具的面作为绝热面处理。(4)根据冷却水的流速、管道直径等数据，计算冷却水管道的换热系数。当模具温

4、度较高时可以考虑辐射的作用，根据公式计算换热系数。3、用有限元方法对控制方程进行推导，得到稳态和瞬态温度场有限元方程。4、利用c+十语言编程，实现稳态和瞬态温度场有限元方程数值算法。5、通过具体实例，说明冷却模拟的功能，同时也验证了程序的合理性关键词：温度场实体模型有限元数值模拟注射成型ABASTRACTc001ingisplayingaVeryimportantroleinpolymer蛳ectionprocessing，anda虢ctsm01dedproductquali吼costandcyclet

5、ime．MeaIlwhiletemperatureisoneofmemostimportaIltpar帅ctersininjectionmoldingprocess．Impropercoolingchannelandtemperan】rcparameterwillnotonlyinnuencecycletimebutalsoresultinqualityproblems，suchasappearanceflaws，dimensionaccuracy，residualstressandwarpagedef

6、omation，decreasedserViceperfomlanceandsoon．WhenprecisionmoldedpartsandHi—techpmductionsasopticslensandBiochipsarcmade，tIlejssueofcoolingaIldtemperatureismoresignificamwhichneedmoreattentiontotemperaturccon订ollingandtemperattlrechanging．Thereforc，many咖dya

7、ndreseafchfocusesontemperamrcfieldofcoolingStageduringinjectionmoldingcycle．Traditionalcoolingsimulationmainlyutilizesheat打ansferandnumericalmethodbasedon2Dplanenumericalmethod，includingmid-plaIlemodeIa11d如sionmodel．Mid-planemodelisusedfort11inpartsorsom

8、eproductionswitllrelatiVesimplegeometricstmcture，butitisVerydimcunt0buildamid巾lanemodelforacomplic砒edproduction．FusionmodelneedsaVeryhi曲matchmtio，andcalculationprecisionishardtoconnDlwhichlead如sionmodeldi珩culttobeusedwidel