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《注塑模凹模冷却过程稳态温度场数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第15卷 第1期 广西工学院学报Vol115No112004年3月JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYMar12004文章编号 100426410(2004)0120043205注塑模凹模冷却过程稳态温度场数值模拟代 荣(西南农业大学工程技术学院,重庆 400716)摘 要:针对注塑模冷却系统凹模的设计,运用传热学的基本原理,利用计算机数值模拟技术,建立了冷却过程的解析模型。在此基础上,利用VC++开发工具,设计了注塑模冷却数值模拟系统,通过模拟模具温度场,来合理安排冷却水
2、管位置、大小,提高冷却系统设计效率。关 键 词:注塑模;冷却系统;CAE中图分类号:TQ3201662 文献标识码:A0 引言 在计算机上进行模拟试验,可以判断模具结构参数和成型工艺参数的正确性,通过不断改进设计方案,直至提出最优的设计参数,可以实现一次试模成功。而传统的经验试差法主要依靠模具设计师的直觉和经验。模具往往要经过反复调试与修正才能正式投入生产。因此采用计算机模拟具有很重要的经济意义,可以缩短产品的开发周期,提高塑料制品质量,降低生产成本。冷却模拟:主要是通过对模具冷却过程的模拟,优化冷却管道布置,避免过热点,
3、减少塑料件残余应力和翘曲变形,缩短冷却时间,以达到塑料件快速冷却的目的。1 冷却系统设计111 冷却系统设计的原则 ①优先考虑冷却管道的位置,综合处理脱模机构零件布置和镶块结构。②保证实现管道冷却水湍流状态的流速和流量,保证足够的水压。③管道直径经湍流计算确定,一般取d=8mm-25mm,管道过细,加工和清理困难。④冷却管道布置应以均匀为前提。112 凹模冷却回路的布置 ①外接直通式;②平面回路式;③多层回路式(见图1);④凹模嵌入式。[1-5]2 数值模拟的数学模型211 基本导热微分方程2225t5t5t5tQc=K2+2
4、+2+qV(1)5S5x5y5z图1 多层回路212 基本假设 ①模具在稳定状态下工作,忽略模壁温度的周期性变化。②塑件较薄,型腔内的热流仅沿型腔表面法线收稿日期:2003210215作者简介:代荣(19712),男,重庆市巴南区人,工学硕士,高级程序员,西南农业大学工程技术学院助教。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.44广西工学院学报 2004年3月(即厚度)方向传播。③塑件与模壁完全接触,塑件表面温度
5、与模壁温度相等。④导热系数为常数。⑤对于比较复杂的注塑制品,不能采用等间距的平行冷却水管,所以模具温度在其三个方向上都变化,当忽略模具厚度方向的模温变化时,可将模具的典型截面简化为二维冷却模型。 在上述基本假设条件下,模具冷却问题化简为无内热源的二维稳态热传导问题。其控制方程为:225t5t2+2=0(2)5x5y 其边界条件为: ①在模具型腔表面上有5t-K=q(3)5x ②冷却孔表面的边界条件为5t-K=h(t-tc)(4)5x ③模具外廓表面换热一般对型腔表面温度分布影响不大,精确计算模具外表面的温度分布亦无太大意
6、义。因此,可将模具外表面看作一无限大的绝热球面,热流量为零。 ④模具对称面上,热流量为零,即q=0,类似于绝热面。3 数值求解方法 模具温度场的确定最终归结为Laplace方程的求解,由于模具几何形状的复杂性,一般不可能用解析法来求解方程,而必须采用数值解法。目前数值解法分为有限差分法,有限元法和边界元法。 差商近似代替微商建立节点温度方程的方法虽然比较简明,但是除了存在上述关于边界节点温度方程的截断误差与内节点的不一致问题外,对于物性参数随温度变化或采用非均匀网格时,所得到的离散方程可能较复杂,如果采用热平衡法来建立离散方
7、程,则较易解决上述问题。 热平衡法的基本点是对任一节点所代表的控制容积(网格单元)写出热平衡关系式。见图2,以节点(i,j)为中心作出一控制容积,该控制容积的热容量可看作集总在(i,j)节点处。节点处的温度则代表了所在控制容积的某个平均温度。同理,节点(i,j)四周相邻的节点(i+1,j),(i-1,j),(i,j+1),(i,j-1)代表了各自所在的控制容积,这四个节点分别通过控制面e,w,s和n传导至节点(i,j)的热量为:ti+1,j-ti,jti-1,j-ti,jQe=K$yQw=K$y$x$x(5)ti,j-1-ti,
8、jti,j+1-ti,jQS=K$xQn=K$x$y$y 在无内热源稳态导热情况下:Qe+Qw+QS+Qn=0(6)(5)式代入(6)式得:ti,j=0125(ti+1,j+ti-1,j+ti,j+1+ti,j-1)(7) 本文中还应该求出其它
