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接触热阻对聚合物注塑成型冷却过程影响的研究

作　者: 赵保才
导　师: 李倩
学　校: 郑州大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 接触热阻边界条件冷却时间
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 45次
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内容摘要

注射成型的冷却过程对最终成型制品的质量、性能起着至关重要的作用。而温度是注塑冷却过程中最重要的工艺参数,不合理的温度和温度分布会使产品产生缺陷,并影响生产的效率。因此,如何准确地对冷却过程进行分析就显得极为重要。然而以往人们在研究注塑成型的冷却过程时,往往认为模具和制品在冷却过程中完全接触。实际上,高温的聚合物熔体在冷却时会产生收缩,造成注塑件的体积减小,模具型腔表面和注塑件之间就会出现一个间隙,这样在冷却时,模具和注塑件介面处就会形成接触热阻(TCR),如果忽略接触热阻,就会对热传导过程的分析产生影响,造成结果的不准确。本文在处理此问题时,借鉴了材料边界的思想,将注塑件和模具看成是一个整体,假设两者之间完全接触,但是要考虑接触热阻的影响。本文在基于传热学基本知识的情况下,推导了平板塑件一维瞬态热传导方程解析解,得到了冷却时间的表达式,接着将其扩展到简单的二维、三维情况。然后通过对注塑冷却过程的具体分析,推导出了冷却过程的三维热传导温度场数学模型的控制方程,并运用有限元方法进行分析。最后用具体实例进行模拟分析,结果表明：在考虑了接触热阻后,制品的冷却时间明显增加,而且,注塑件越薄,其影响程度越大。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
1 绪论  8-18
  1.1 注塑成型原理  8-12
  1.2 注塑成型CAE技术  12-14
    1.2.1 注塑成型CAE技术的发展概况  12-13
    1.2.2 注塑成型CAE的商业化软件  13-14
  1.3 接触热阻在注塑成型中作用的研究情况  14-16
  1.4 本文的研究内容  16-18
2 注塑成型中传热学的应用  18-36
  2.1 传热问题的基本方程  18-20
    2.1.1 热传导  18-19
    2.1.2 热对流  19
    2.1.3 热辐射  19-20
  2.2 注塑成型的冷却热传导方程的推导  20-22
  2.3 导热微分方程的定解条件  22-24
  2.4 接触热阻存在下注塑件的温度分布及冷却时间计算  24-30
    2.4.1 考虑接触热阻时注塑件的一维瞬态热传导方程  24-26
    2.4.2 接触热阻存在时塑件的温度分布  26-29
    2.4.3 考虑接触热阻时注塑成型件的冷却时间  29-30
  2.5 接触热阻存在条件下简单二维、三维注塑成型制品的冷却  30-36
3 考虑接触热阻时注塑成型的三维冷却过程  36-62
  3.1 注塑冷却过程中的传热分析  36-41
    3.1.1 注塑件和模具之间的热量传递  36-38
    3.1.2 模具和冷却介质之间的热交换  38-39
    3.1.3 模具外表面和空气间的热交换  39-41
  3.2 注塑冷却过程的控制方程和定解条件  41-44
  3.3 三维温度场的有限元数值计算  44-56
    3.3.1 三维网格剖分及温度场的离散  44-45
    3.3.2 建立插值函数  45
    3.3.3 构造形函数  45-48
    3.3.4 三维温度场的变分方程  48-49
    3.3.5 四面体单元的变分计算  49-55
    3.3.6 整体有限元方程的组装  55-56
  3.4 数值算例  56-62
4 总结与展望  62-63
  4.1 总结  62
  4.2 展望  62-63
参考文献  63-65
个人简历  65-66
致谢  66

接触热阻对聚合物注塑成型冷却过程影响的研究

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