单轴滚塑成型传热过程的数学建模【摘要】

阐述了滚塑成型技术的基本原理、工艺特点。以单轴滚塑成型实验为依据，对工艺过程进行了适当简化和假设，着重对粉料在加热及熔融状态下的物理过程进行了分析，详细提出了单轴滚塑成型传热过程的数学模型，对模具加热时间、粉料熔融时间、熔融温度场时间函数、半径函数及温度场分布进行了求解。     

一次成型整体车身的轻量化

在采用复合材料HDPE的车身设计中,本文提出了一次成型轻量化车身设计及制造工艺技术,并运用CAE软件建立了车身的三维实体模型和有限元前处理模型,利用Abaqus软件对所设计的车身进行了强度分析和模态分析,验证了车身的强度和振动要求。通过多次滚塑成型试验,获得了适宜的加热温度与时间、冷却方式与时间和主副轴速比等工艺条件,车身检测符合设计要求。研究结果表明:采用滚塑成型工艺生产的车身轻量化效果明显,符合中低速汽车车身的使用要求。     

聚合物反应成型模具加热系统热源强度反演与试验研究

反应成型模具加热系统热源强度的求解是一个典型的热传导反问题,即在给定的温度场解的条件下,求解热管的加载工况。根据反应成型模具加热系统的传热特性,结合线性热传导叠加原理,推导出模具加热系统热传导多源项反演算法,针对反演问题的不适定性,通过选择平方范数来提高反演稳定性和精度。设计单型腔反应固化成型模具,开发温度控制系统,搭建温度场测试试验平台。试验结果证明基于线性热传导叠加原理的多源项反演算法,在解决工程问题上是有效的、可靠的。     

变模温注塑热响应模拟与模具结构优化

变模温注塑可根据不同工艺阶段的特点和要求,随时调整模具温度。在塑料熔体充模过程中,如果模具表面温度保持在塑料玻璃化转变温度以上,可以彻底解决常规注塑工艺存在的熔接痕、喷射痕、流动痕、翘曲和浮纤等缺陷。同时在冷却阶段,通过快速冷却已赋形的塑料熔体,以减小注塑成型周期。从而在不影响注塑生产效率的基础上,提升注塑件的品质。基于这种思想,在深入研究变模温注塑工艺原理的基础上,提出一套新的利用蒸汽辅助加热的模具温度控制方法,制定其工艺流程,并构建相应的动态模温控制装置和系统。通过研究蒸汽辅助加热变模温注塑模具的结构特点,提出了4种不同的模具设计方案,利用有限元软件ANSYS构建了变模温注塑模具传热分析模型,分别对变模温注塑工艺的加热、冷却过程进行温度响应模拟。以减小成型周期和提高温度均匀性为目标,对模具设计方案进行优化分析。将模拟分析获得的结果应用于平板电视机面板的注塑生产,验证分析结果的有效性。     

计算机辅助技术在注塑成型冷却模块设计中的应用

注塑成型工艺是一种高分子复合材料高效加工技术,目前,此项技术已成为国内外塑料制造业的重要工艺方法之一。注塑模具冷却模块的设计优异性直接关系到模具的冷却效率和冷却效果,进而影响产品的成型质量以及生产效率。虽然传统注塑模具冷却模块的结构相对简单,但冷却效率较低,其热机械性能已经逐渐无法满足现阶段生产要求。以随形冷却方法核心理念,简述了注塑模具冷却模块的性能对塑料零件生产的影响,对比了传统模具和随形冷却模具的结构。并选择以塑料桶件为研究对象,在一个统一连续的方式下快速地降低塑件的温度,冷却过程中不从模具中取出,直到冷却充分后取出注塑件。并以基于有限元分析平台的动态结构-热耦合分析技术为工具,分别分析了随形冷却通道的管路直径D、匝数N和桶件与冷却通道距离L对冷却时间t的影响,比较了传统注塑模具和随形冷却模具的冷却时间和等效应力,对有关于随形冷却模块的结构参数分析过程对其模具对应结构的设计具有一定的指导性意义。     

钢丝拉拔成形过程力学特性分析

基于钢丝拉拔成形过程进行数值计算分析,获得了各场量(等效应力—应变、温度等)的分布规律和变化特征。在刚塑性模型中,考虑了钢丝与模具之间的热传导,模具与环境的热交换等因素。计算并探讨了金属的塑性流动规律、等效应力—应变、温度的分布以及摩擦力特点,进一步分析了产生中心裂纹、表面横裂等实际问题的机理及其影响因素,提出了相应的解决方案,为优化模具结构、提高钢丝疲劳强度以及进行钢丝拉拔工艺设计提供可靠性依据。     

离心熔铸非球面镜镜胚面形偏差工艺参数的敏感性研究

离心熔铸技术在大口径非球面镜镜胚的制造方面具有独特优势。本文通过自行研制的缩比模型实验机进行试验,深入研究了离心熔铸工艺及成型镜胚质量,详细介绍了模具涂层的制备、离心熔铸的加热及冷却等工艺过程,制备了非球面镜镜胚模型。采用数值模拟与试验研究相结合的方法,对所得镜胚面形偏差工艺参数的敏感性进行了研究。分析了模具的热膨胀系数、镜胚冷却速率、直径及加热温度对面形偏差的影响,得到了偏差工艺参数的敏感性规律。通过对面形偏差进行两次迭代补偿,面形偏差值从-84μm降到33μm,补偿后的结果满足设计要求。采用离心熔铸技术,可以制备满足上表面垂直偏差在30~40μm范围内的非球面镜镜胚。     

铝合金压铸模具热疲劳寿命试验研究

压铸模具是压铸的关键部件之一,其经受周期性的加热与冷却,易产生热疲劳。针对这种现象,研究压铸模具热疲劳的过程,不同工艺对热疲劳寿命的影响规律,探索预测压铸模具热疲劳寿命的方法。研究开发自约束冷热疲劳方法的热疲劳试验机,试样在铝液中加热,在脱模剂中冷却,试样内部通冷却水冷却,实现在压铸条件下的模具热疲劳试验。采用开发的热疲劳试验机对H13钢试样进行热疲劳寿命试验研究,在试验过程中测量试样的温度变化,每隔3 000～4 000次测量残余应力,观察裂纹,经过几万次的循环后可以得到应力变化曲线和基于温差的模具热疲劳寿命曲线。研究水冷对试样的温度、应力、裂纹以及热疲劳寿命的影响。同时,针对试验过程进行传热数值模拟,得到不同工艺条件下的模具温差。试验和数值模拟相结合讨论如何提高模具的热疲劳寿命。     

基于ANSYS的无人机机身模具三维热分析

某无人机复合材料机身结构是由模压固化成型的。模具在固化过程中的温度分布不均匀和模具变形会影响到机身结构的变形,为控制机身成型质量,就要了解模具在成型过程中的温度分布和变形情况;基于ANSYS软件,采用1/2对称模型,模拟了机身下模具在加热、保温阶段的温度分布和瞬态温差,直观显示了模具在各时刻的瞬态应力分布和变形情况,为优化固化工艺和模具设计提供依据。     

Study on the Thermal Fatigue Life of H13 Steel for Aluminum Alloy Casting

压铸模具是压铸的关键部件之一,其经受周期性的加热与冷却,易产生热疲劳.针对这种现象,研究压铸模具热疲劳的过程,不同工艺对热疲劳寿命的影响规律,探索预测压铸模具热疲劳寿命的方法.研究开发自约束冷热疲劳方法的热疲劳试验机,试样在铝液中加热,在脱模剂中冷却,试样内部通冷却水冷却,实现在压铸条件下的模具热疲劳试验.采用开发的热疲劳试验机对H13钢试样进行热疲劳寿命试验研究,在试验过程中测量试样的温度变化,每隔3000～4 000次测量残余应力,观察裂纹,经过几万次的循环后可以得到应力变化曲线和基于温差的模具热疲劳寿命曲线.研究水冷对试样的温度、应力、裂纹以及热疲劳寿命的影响.同时,针对试验过程进行传热数值模拟,得到不同工艺条件下的模具温差.试验和数值模拟相结合讨论如何提高模具的热疲劳寿命.