基于快速热循环成型技术的模具热力学分析及其工艺优化

摘要

本文针对传统注塑成型过程中存在的缺陷,基于数值分析方法、计算流体力学和最优化方法,依据RHCM技术的瞬态模具温度场的分布情况,构建耦合3D模具传热的RHCM注塑工艺的有限元模型。根据塑件复杂的曲面的设计随形的快速加热冷却通道,通过对快速加热及冷却与注塑成型工艺的高度集成化的数学模型的瞬态数值模拟分析,获得可信赖的结果,对模拟结果进行探讨分析,研究RHCM注塑过程中,多循环周期内各成型阶段模腔瞬态温度场分布,塑件的瞬态温度场、压力场、密度场、粘度场分布,塑件的翘曲变形的变化规律,以及各场量之间的相互关系。
　　本文以快速加热阶段末模腔表面平均温度、顶出时刻塑件中心层平均温度和最大翘曲变形为优化指标标,以熔体温度、冷却液温度、冷却时间和加热时间为试验因素,基于响应曲面中心复合设计法安排试验,并进行多循环耦合瞬态模具传热的RHCM注塑过程的数值模拟,获得各试验方案的结果。对试验结果进行整理分析,获得各响应指标与熔体温度、冷却液温度、冷却时间和加热时间之间的二阶数学模型关系式,然后进行多目标优化求解,获得多目标优化设计的最优解集,在满足塑件产品的质量要求下,根据实际生产需要,在最优解集中寻找最佳的工艺参数组合,并将最优化工艺参数组合应用于实际生产,成型出无痕和高光泽度的汽车配光镜。

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第1章 绪论

1.1 快速热循环注塑成型技术简介

1.2 本文的意义和主要内容

第2章 RHCM模具温度调节机制和响应曲面法基本理论

2.1 RHCM技术

2.2 响应曲面试验设计简介

2.3 小结

第3章 耦合模具传热的RHCM注塑成型过程数值模拟

3.1 有限元模型建立

3.2 设置有限元模型边界条件

3.3 设置装配约束用于翘曲分析的模型

3.4 分析序列的选择

3.5 初始条件的设定

3.6 小结

第4章 RHCM数值分析结果与响应曲面试验设计

4.1 初始方案数值模拟结果分析

4.2 响应曲面试验设计

4.3 小结

第5章 响应曲面试验结果分析与多目标最优化

5.1 响应曲面试验结果分析

5.2 多目标最优化求解

5.3 实验验证

5.4 小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果