應(yīng)用熱工程 對(duì) 聚合物的溫度和凝固冷卻系統(tǒng)在注射成型的影響 。 哈姆迪哈桑，尼古拉斯雷尼爾，塞德里克雷伯特，西里爾 等人著 ； 摘要： 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是通過(guò)注塑成型塑料制品業(yè)極為重要因?yàn)樗侵匾牟粌H是為了減少成型周期時(shí)間也顯著影響 產(chǎn)品顯著意義及 產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量。進(jìn)行塑料部件具有四 T 型結(jié)晶器冷卻通道的數(shù)值模擬。一個(gè)循環(huán)瞬態(tài)冷卻分析采用有限體積 法進(jìn)。模具的冷卻研究的目的是確定溫度沿腔壁以提高冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。冷卻通道的形成及其對(duì)溫度的模具和凝固陽(yáng)離子聚合度的分布位置的影響的影響。提高生產(chǎn)性的過(guò)程中，冷卻時(shí)間應(yīng) 盡量減少同時(shí)均勻冷卻應(yīng)為產(chǎn)品的質(zhì)量是必要的。結(jié)果表明，冷卻系統(tǒng)，導(dǎo)致最小的冷卻時(shí)間不在模具實(shí)現(xiàn)均勻冷卻 。 （ 1） 介紹 塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上發(fā)展最快的行業(yè)之一，列為數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。注塑件的需求逐年增加，塑料注射成型過(guò)程是眾所周知的最有效 及 高效經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)制造技術(shù)的各種形狀和低成本 1幾何形狀復(fù)雜的精密塑件。塑料注射成型過(guò)程是一個(gè)循環(huán)的親塞斯在聚合物注入模具型腔，和固化，形成一個(gè)塑料部分。有三個(gè)重要的階段，在每個(gè)斜面賽揚(yáng)。第一階段的鈴腔在注入高溫熔體熱聚合物（鈴和后鈴期）。其次是帶走了聚合物的熱的冷卻通道（冷卻階段），最后凝固部分彈出（射血 期）。冷卻階段是最重要的因?yàn)樗囊饬x明顯影響了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的。這是眾所周知的，比在注射成型過(guò)程中的周期時(shí)間的百分之七十是花在冷卻熱聚體融化后地使部分可以彈出無(wú)任何意義傾斜變形 2。有效的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)冷卻通道以減少周期時(shí)間必須盡量減少縮痕等缺陷，不均勻收縮，熱熱殘余應(yīng)力組合和翹曲變形。后 填滿型腔 注塑成型和冷卻階段，熱熔融聚合物接觸冷模壁，和一個(gè)固體層上形成壁 。 當(dāng)物質(zhì)冷卻下來(lái)，堅(jiān)實(shí)的皮膚開(kāi)始隨時(shí)間的冷卻，直到整個(gè)材料的凝固成長(zhǎng)。多年來(lái)，許多研究對(duì)優(yōu)化問(wèn)題的冷卻系統(tǒng)布置在注塑成型工藝優(yōu)化及相變已通過(guò)各種 形式的研究和的聚焦強(qiáng)度在這些議題，將用于在我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的36。本文的主要目的是研究的冷卻通道的位置和截面形狀對(duì)模具和聚合物，溫度分布的影響，因此，他們對(duì)凝固陽(yáng)離子度的聚合物的影響。一個(gè)短暫的模具冷卻分析使用一個(gè) T 形塑料模具與類(lèi)似尺寸 5的有限體積法進(jìn)行的，如圖 1 所示。不同的冷卻通道的位置和形式的研究。 圖 1 （ 2） 數(shù)學(xué)模型 熔融聚合物的熱是通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流對(duì)冷卻液進(jìn)行冷卻通道和通過(guò)自然對(duì)流在外模具表面的空氣帶走。冷卻液是通過(guò)由于信道在一個(gè)給定的流量和一個(gè)給定的溫度被認(rèn)為是恒定的整個(gè)長(zhǎng)度的通道 。在這項(xiàng)工作中，隨時(shí)間變化的二維模型被認(rèn)為是由空腔的整個(gè)計(jì)算域，模具和冷卻通道的表面。的模具和聚合物的 T 型循環(huán)瞬態(tài)溫度分布可以通過(guò)求解瞬態(tài)能量方程 。 為了考慮到凝固，源項(xiàng)添加到相應(yīng)的吸熱或放熱 7 的能量方程，并考慮吸收或通過(guò)相變過(guò)程中的熱耗散。該技術(shù)是適用于固定節(jié)點(diǎn)，在這種情況下，能量方程表示如下： 和源項(xiàng) 在 t） = 0 T _ 全液相區(qū)） 0 _ 1，在 t = F（ t）= 1 T _ 固態(tài)區(qū)）。 在整個(gè)域，下面 的邊界條件的應(yīng)用 （ 3） 數(shù)值解釋 執(zhí)政行為的物理系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的數(shù)值解的有限體積法計(jì)算。方程的方程系統(tǒng)的不同方面的隱式處理解決。當(dāng)我們?cè)诳紤]凝固的影響，隨著固相分?jǐn)?shù)的一個(gè)固定點(diǎn)算法求解能量方程 . 每個(gè)固定點(diǎn)迭代法，說(shuō)，我們使用離散時(shí)間混合清楚/隱式技術(shù)已經(jīng)在以前的研究中驗(yàn)證了文森特 8和 9，博特是基于技術(shù)的新來(lái)源，沃勒爾 10。該方法提出了保持節(jié)點(diǎn)發(fā)生相變時(shí)的熔化溫度。這種方法是重復(fù)直到與源項(xiàng)的溫度收斂等于潛熱。源項(xiàng)的離散化： 圖 2 圖 3 這是溫度的函數(shù)、固相分?jǐn)?shù)線為： 然后，我 們力的溫度趨于熔化溫度在源項(xiàng)是不是通過(guò)更新源項(xiàng)空： 他的能量方程離散如下： 這個(gè)過(guò)程可以區(qū)分溫度場(chǎng)等蓋分?jǐn)?shù)在同一時(shí)刻計(jì)算和線性系統(tǒng)的離散化方法解決 11中心。每個(gè)內(nèi)部迭代，該方程的解提供了 公式 。達(dá)到收斂時(shí)的固相分?jǐn)?shù)和溫度的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了驗(yàn)證： 在數(shù)值模型及其驗(yàn)證進(jìn)一步的細(xì)節(jié)在 9 。 （ 4） 結(jié)果與討論 一個(gè)完整的二維隨時(shí)間變化的模具注塑冷卻分析是在圖 1 顯示的 T 型塑料模具和四的冷卻通道的一種板模模型進(jìn)行。由于對(duì)稱(chēng)性，半模的建模與分析。所有的冷卻通道具有相同的尺寸和他們有 10 毫米每循環(huán)通道直徑。冷 卻的操作參數(shù)和材料屬性列在 1 和 2，分別，他們被認(rèn)為是恒定的在所有的數(shù)值結(jié)果7。每個(gè)計(jì)算周期分為兩個(gè)階段，冷卻階段，腔內(nèi)充滿熱聚合物最初在 聚合物注入溫度，噴射階段，腔內(nèi)充滿空氣的最初在環(huán)境溫度。無(wú) 3 和 4 顯示有 16 的模具冷卻時(shí)間地點(diǎn)時(shí)間模具溫度循環(huán)瞬態(tài)變化；（ 模具壁和別為（圖 1），在應(yīng)用的實(shí)例和不施加凝固凝固。它們是模擬的最初 30個(gè)循環(huán)在循環(huán)冷卻通道的位置的情況下（ 圖 2所示。我們發(fā)現(xiàn)，模擬計(jì)算結(jié)果與循環(huán)模具溫度變化 5中描述的瞬態(tài)特性 的好協(xié)議 。它被發(fā)現(xiàn)有一個(gè)稍微不同的溫度值的兩個(gè)結(jié)果之間，從而導(dǎo)致數(shù)值方法和精度在數(shù)值計(jì)算中的差異。數(shù)據(jù)顯示，相對(duì)地靠近型腔表面溫度波動(dòng)是最大和減少離型腔表面。我們發(fā)現(xiàn)，最大的溫度波動(dòng)的振幅在穩(wěn)定的周期可以不施加凝固在應(yīng)用凝固 15例 到 10 a 冷卻通道形成的影響 一個(gè)有效的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供溫度分布均勻的整個(gè)部分在冷卻過(guò)程中應(yīng)防止收縮內(nèi)應(yīng)力，保證產(chǎn)品質(zhì)量，和脫模的問(wèn)題。證明的冷卻通道形成的溫度分布在模具和產(chǎn)品的凝固過(guò)程的影響，我們提出三種不同截面形式的冷卻通道，圓形，方形，長(zhǎng)與寬 比 起案件進(jìn)行了研究；第一種情況，所有的冷卻通道具有相同的橫截面面積，和第二種情況下，它們具有相同的周長(zhǎng)。比較的是相同的冷卻通道的位置進(jìn)行（ 圖 4 圖 5 圖 5顯示了凝固成（數(shù)值計(jì)算為每個(gè)元素乘以該元素的區(qū)域產(chǎn)品的總面積的固相分?jǐn)?shù)的總和）耳鼻喉科形式和不同的冷卻時(shí)間不同。數(shù)字表明冷卻通道形成的冷卻速率的增加而減小，冷卻時(shí)間的影響。它也表明，冷卻通道形成矩形 2案例 1最大凝固成，并在案例 2中的冷卻通道形式的變化沒(méi)有對(duì)凝固率的影響。結(jié)果是相同的當(dāng)我們比較凝固在產(chǎn)品和模具的溫度分 布雖然不同形式的相同的橫截面面積在冷卻階段結(jié)束時(shí)的冷卻時(shí)間 24 秒冷卻循環(huán)中獲得 25，如圖。 6 和 7，分別。結(jié)果表明，冷卻過(guò)程中的冷卻通道往往以產(chǎn)品的形式的改進(jìn)。 b 冷卻通道的 位 討了冷卻通道的位置的影響，我們提出的位置分為四組， A 組和 B 對(duì)底部冷卻通道的不同位置，與一個(gè)固定的 反之亦然 C、形）作為圖 2所示。 圖 8 表示不同的冷卻通道的位置上的凝固率在 A 與 B 組第二十五冷卻周期結(jié)束的影響（降低冷卻通道的影響）， （上部冷卻通道效應(yīng)）與冷卻時(shí)間。結(jié)果表明，較低的冷卻通道的位置效應(yīng)，冷卻速度增加，因此增加的聚合物的凝固率在垂直方向上的冷卻通道的聚合物的方法（位置 B 有凝固率大于位置，并與相同的位置， C 和 D）。圖中顯示也最有效的冷卻速率得到冷卻通道需要 20%和 50%之間的位置，通過(guò)產(chǎn)品的長(zhǎng)度為水平方向（ 間的位置或位置5已凝固的最大百分比）。當(dāng)我們比較凝固率對(duì)上位置 的不同的位置，我們發(fā)現(xiàn)，作為信道 的方法在水平方向上的凝固率增加產(chǎn)品，和冷卻速率迅速增加與較低的位置的效果比較。我們發(fā)現(xiàn)，影響的冷卻通道的位置上的溫度分布和凝固的冷卻時(shí)間增加到更高的價(jià)值和對(duì)產(chǎn)品的冷卻速率的影響是不相同的不同位置降低。 圖 6 圖 3。在位置 4的前 30個(gè)周期的溫度歷史（一）沒(méi)有凝固陽(yáng)離子（ B）與固化陽(yáng)離子。 圖 7 圖 4。在位置 7的前 30個(gè)周期的溫度歷史（一）沒(méi)有凝固陽(yáng)離子（ B）與固化陽(yáng)離子。 圖 8 與不同的冷卻通道的冷卻時(shí)間的變化形式的凝固 陽(yáng)離子聚合物部分的百分之。 圖 9 圖 6。凝固陽(yáng)離子 百分比分布通過(guò)產(chǎn)品不同的冷卻通道的形式（一）矩形 2和（ b）循環(huán)具有相同的橫截面面積。 凝固陽(yáng)離子度分布通過(guò)產(chǎn)品在冷卻時(shí)間 24 秒和第二十五冷卻的冷卻通道的不同位置周期如圖 9所示的末端冷卻階段結(jié)束，和溫度分布在模具和在不同的冷卻 通道 同速溶聚合物如圖 10 所示。當(dāng)我們審視凝固陽(yáng)離子度的產(chǎn)品和溫度分布在不同位置的模具，我們 找到 冷卻通道的位置移向產(chǎn)品的同質(zhì)化，及溫度分布在整個(gè)聚合物和模具在凝固過(guò)程陽(yáng)離子減少例如位置（ （ 該圖表明，在水平方向和垂直方向的通道的產(chǎn)品的方法，溫度分布在整個(gè)聚合物分 為兩個(gè)區(qū)域在冷卻過(guò)程中（ （ （ （ 從而對(duì)凝固陽(yáng)離子親塞斯相同的效果。這兩個(gè)地區(qū)的溫度分布， 圖 10 圖 7。通過(guò)模具溫度分布不同的冷卻通道的形式（一）圓形和矩形 2（ B）具有相同的橫截面面積。 圖 11 圖 8。與不同的冷卻通道的位置改變凝固冷卻時(shí)間的百分 之 陽(yáng)離子聚合物部分（一）下的冷卻通道的位置 和（ B）上的冷卻通道的位置， 。 圖 12 圖 9。凝固陽(yáng)離子 百分比分布通過(guò)產(chǎn)品不同的冷卻通道的位置，冷卻時(shí)間 24 秒和第二十五的冷卻時(shí)間（一） （ a） B） C） （ D） 圖 13 圖 10。通過(guò)模具溫度分布不同的冷卻通道的位置，冷卻時(shí)間 24秒和第二十五的冷卻時(shí)間（一） b） D （ 5） 結(jié)論 變化的模具的溫度通過(guò)民誤碼率的成型周期進(jìn)行。模擬計(jì)算結(jié)果與循環(huán)模具溫度變化 5中描述的瞬態(tài)特性和良好的協(xié)議發(fā)現(xiàn)稍有不同的溫度值的模擬結(jié)果和那些在 5描述之間。冷卻通道的形態(tài)和溫度分布在整個(gè)聚合物和產(chǎn)品的固化陽(yáng)離 子位置的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著冷卻通道，以產(chǎn)品的形式，冷卻速率是 可以提高的 。冷卻通道的位置對(duì)冷卻過(guò)程的溫度分布影響很大，通過(guò)模具和聚合物。結(jié)果表明，冷卻執(zhí)行不必要的最低冷卻時(shí)間達(dá)到最佳的溫度分布在整個(gè)產(chǎn)品的，和系統(tǒng)的布局必須進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到目標(biāo)。 參考文獻(xiàn) 1 J. 171 (2006) 259267. 2 . 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