硅橡胶模具硫化成型过程数值模拟及参数优化

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1、山东大学硕士学位论文硅橡胶模具硫化成型过程数值模拟及参数优化摘要快速成型技术随着小批量、多品种的市场需求迅速发展起来，为生产商缩短产品生产周期、提高产品质量、降低生产成本提供了新的途径。目前已广泛应用于机械、仪表、电子、航空、航天、轻工、塑料、食品和工艺品等行业中。基于快速成型技术的硅橡胶模具快速制造技术亦得到了越来越广泛的关注。硫化是硅橡胶模具成型的最后一道工序，它决定着最终的模具质量。硅橡胶材料组成、硫化工艺直接影响成型过程中的反应动力学参数、交联结构参数及力学性能参数的变化。因此，开展模具硅橡胶材料硫化反应过程的数值模拟，绘制

2、硫化反应按需设计的工艺曲线，对于优化工艺参数、预报并改善硅橡胶模具的质量、降低生产成本、提高快速模具制造水平，具有重要意义。本文回顾了RP技术及硫化成型CAE技术的发展过程，开展了硫化反应过程的材料力学性能．化学结构一加工技术的集成研究。依据化学反应动力学原理，分析了硫化反应过程中的凝胶化现象；引入统计热力学理论，构建了描述反应动力学参数、热力学参数与材料力学性能参数之间关系的理论体系；以表征硫化反应程度的物理量一硫化率为线索，采用有限元方法，从非稳态、多区域的温度场求解入手得到了硫化反应各主要参数的场值。在硫化成型过程有限元模拟的

3、基础上，引入具有优秀的搜索寻优功能的遗传算法，建立了硫化反应过程的优化系统。分别构建了面向材料功能和反应效率的优化模型；从工艺优化角度建立了单目标优化系统，综合材料参数与工艺参数建立了成型性能与效率的多目标优化系统，且给出了运算实例：以曲线的形式表达了个体适应度及决策变量的演变进化过程，从而展示了优化系统工作的有效性。最后采用上述模拟与优化方法，依托迅速发展的计算机技术，设计了硅橡胶模具硫化工艺的按需设计系统。该系统的研究对于硅橡胶模具生产过程的精益控制，缩短研制、生产周期，提高生产效率具有重要意义。以工字形硅橡胶山东大学硕士学位论

4、文模具为例，通过按需设计系统的运算，得到了该实例的硫化工艺规范曲线；并任取曲线上的一点，进行模拟验证，得到了硫化过程的温度场、反应程度场、材料结构与力学性能场的变化趋势；以实例中有代表性的五点绘制了上述各参数随时间的变化曲线，从而间接验证了该曲线的可信度。关键词：硅橡胶模具硫化反应有限元方法遗传算法优化按需设计山东大学硕士学位论文NUMEIUCALSIMULATIoNANDPARAMETERS，OPTIMIZATIONOFVUCANIZATIoNMOULDINGPROCESSOFSILlCONERU丑BERMoULDABSTRACT

5、Withmarketdemandsoilsmallpatchofproductsandvariety,theRapidPrototyping(RP)technologygrowsfast．Itprovidesanewwayofshorteningmanufacturecycle，improvingthequalityofproductsanddecreasingproductioncost．Atpresent，RPiswidelyusedinsuchfieldsasmechanism，instrument，electronics，a

6、vigation，spaceflight，lightindustry,plastics，foods，art'wareandsoon．Furthermore，rapidmanufacturingtechnologyofsiliconerubbermouldalsogainsextensiveattentions．Vulcanizationisthefinalprocessofthemouldingofsiliconerubbermould，anditdeterminesthequalityofthefinalproducts．Inth

7、isprocess，constitutesofsiliconerubbermaterialandvulcanizationtechnicsaffectsuchparametersasvulcanizationkinetics，crosslinkingstructuresandmechanicalproperties．Towardsoptimizingtechnicalparameters，predictingandimprovingthequalityofsiliconerubbermould，decreasingmanufactu

8、recostandenhancingthemanufacturelevelofmould，itisveryimpon且．nttodevelopnumericalsimulationofvulcanizingprocessofmould