基于環(huán)形間隙加熱-冷卻通道的RHCM模具熱響應(yīng)規(guī)律及其機(jī)理研究.pdf

1、快速熱循環(huán)注塑成型(Rapid Heat Cycle Molding，RHCM)技術(shù)具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保、一次性成型高品質(zhì)復(fù)雜塑件的優(yōu)勢(shì)，在注塑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。在RHCM工藝中，模具溫度控制對(duì)生產(chǎn)效率和成型質(zhì)量具有重要意義。但是，作為目前應(yīng)用較為廣泛的模溫控制技術(shù)，蒸汽加熱配合水冷卻的方法(S-RHCM)存在外圍設(shè)備復(fù)雜、能量利用率低、加熱溫度受限等不足;電加熱快速熱循環(huán)注塑成型(E-RHCM)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加熱溫度高、成本較低，

2、但存在加熱元件裝配和拆卸困難、冷卻效率低的問題。
　　基于環(huán)形間隙加熱/冷卻通道的快速熱循環(huán)注塑(Annular Gap RHCM，AG-RHCM)模具利用了一種新型的結(jié)合電加熱和水冷卻的模溫控制方法，其特點(diǎn)在于:模具上加熱棒的安裝孔直徑大于加熱棒的直徑，裝配后加熱棒和孔壁間形成環(huán)形間隙，在加熱時(shí)，間隙內(nèi)充滿的流體作為傳熱介質(zhì);而在冷卻時(shí)，該環(huán)形間隙又可作為冷卻通道。這種帶有環(huán)形間隙加熱/冷卻通道的模具結(jié)構(gòu)能夠顯著減少外圍復(fù)雜設(shè)備

3、的使用，并且模具加工和裝配難度小，因此在模具設(shè)計(jì)、制造和裝配上具有明顯優(yōu)勢(shì)。然而目前關(guān)于該技術(shù)的研究尚不充分，特別是加熱和冷卻過程中模具的熱響應(yīng)規(guī)律及傳熱機(jī)理尚需要深入研究，且加熱和冷卻過程中環(huán)形間隙內(nèi)的壓力響應(yīng)規(guī)律及機(jī)理等尚不明確，還有待進(jìn)一步研究。
　　針對(duì)上述問題，本文旨在圍繞基于環(huán)形間隙加熱/冷卻通道的RHCM模具的熱響應(yīng)規(guī)律和機(jī)理展開研究。基于AG-RHCM方法的快速加熱與快速冷卻原理，建立了AG-RHCM實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并對(duì)

4、其進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)與自動(dòng)雙模式下的加熱和冷卻循環(huán)過程，為在實(shí)驗(yàn)中研究模具熱響應(yīng)規(guī)律及間隙中壓力的響應(yīng)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)平臺(tái)。
　　基于實(shí)驗(yàn)方法，研究了AG-RHCM模具在快速加熱、快速冷卻及其循環(huán)過程中的溫度和壓力響應(yīng)規(guī)律;結(jié)合加熱和冷卻過程特點(diǎn)，分析了影響溫度和壓力響應(yīng)規(guī)律的工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)參數(shù)，重點(diǎn)研究了加熱/冷卻時(shí)間、冷卻水流量、模具結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)模具表面熱響應(yīng)的影響規(guī)律，揭示了上述因素對(duì)模具熱響應(yīng)的影響機(jī)理;研究了冷

5、卻水流量、加熱初始條件、介質(zhì)含氣量等對(duì)壓力響應(yīng)的影響規(guī)律，結(jié)合流體的膨脹和壓縮性，提出了加熱過程中間隙內(nèi)壓力的計(jì)算方法，總結(jié)給出了調(diào)控AG-RHCM模具加熱和冷卻通道間隙內(nèi)壓力響應(yīng)的方法。
　　建立了AG-RHCM模具熱響應(yīng)過程的有限元分析模型，將間隙內(nèi)介質(zhì)的升溫過程簡(jiǎn)化為介質(zhì)以等效熱導(dǎo)率傳熱的過程，模擬得到了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合的模具表面熱響應(yīng)結(jié)果，并獲得了快速熱循環(huán)過程模具內(nèi)部和間隙中介質(zhì)的溫度場(chǎng);基于數(shù)值模擬方法，研究了開模溫度