新型电加热高光注塑模具加热方法研究

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高光注塑成型也叫快速热循环成型(RHCM),是一种基于模具快速加热和快速冷却的高分子材料成型技术,能够一次成型表面高光无痕的高分子制品,越来越多地得到工业界和学术界的重视。针对现有电加热技术在高光注塑成型加热过程中遇到的技术难点(电加热棒与安装孔之间的间隙大大降低了模具的传热效率和传热效果),本文旨在研发一种成本低、结构简单、适应性良好和加热效率较高的电热式高光注塑成型加热技术。  根据电加热技术原理,本文分析了采用电加热技术加热模具的热量传递过程,建立了模具加热的传热平衡方程,分析了影响模具传热的因素。通过实验和数值模拟研究了间隙对加热效率的影响,发现间隙大大阻碍了热量从电加热棒向模具的传递,因此影响了模具加热效率,同时还使得电加热棒的内部温度快速升高,缩短电加热棒的寿命;间隙对加热效率的影响并非与间隙大小成线性关系,而是间隙在越小区间,加热效率对间隙更加敏感。因此,在传统电加热技术中,要保证模具的加热效率,必须要尽量减小电加热棒与模具安装孔之间的间隙以及保证良好的同轴度。  由于受到电加热棒和模具安装孔制造偏差的制约,很难低成本且有效地保证电加热技术加热模具时的加热效率。本论文提出了一种新型电加热技术,适当扩大电加热棒与模具安装孔之间的间隙,然后在间隙中填充导热系数良好的导热液,从而改善了电加热元件与模具安装孔之间的接触状况。通过实验和数值模拟验证了这种新型电加热技术的有效性,相对于传统电加热技术,至少可以提高40%的加热效率,同时电加热棒的温度还可以降低40%,而且这种电加热技术还能使模具型腔温度更加均匀。  为了实现模具型腔表面快速均匀地加热,提出一种集有限元法和粒子群优化算法于一体的模具加热系统优化策略,并借助MATLAB和ANSYS软件编写了相应的优化程序。将该策略应用到新型电加热技术高光注塑模具的加热系统优化中,可快速有效地获得加热系统的优化设计参数。当进行单目标优化时,可使优化后的VR眼镜高光模具型腔表面的加热效率和温度均匀性提高2.2%和21%,当进行多目标优化时,在不降低加热效率的前提下可使温度均匀性提高17.6%。
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