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冷却定型系统部分技术的研究

黄象珊  
【摘要】: 塑料异型材经过了几十年的发展,得到了广泛应用。目前在国内,型材已经形成了大规模的生产能力,同时相关国内模具的制造技术也有了较大的提高,但是与国外相比还是有很大的差距,主要体现在型材的挤出速度和型材的质量上。目前,我国的挤出模具定型套冷却定型系统设计几乎全部依赖设计者的设计经验和简单的设计理论,然后通过工艺手段进行调节,来弥补设计上的不足。这样严重影响了设计和生产的效率,导致了模具设计周期长,不能严格保证异型材制品的产量和质量。针对以上问题,本文将数值模拟引入到异型材挤出模具定型套冷却定型系统中,就塑料异型材在定型套中的应变和冷却两个方面进行了分析,并综合考虑了确定定型套长度的合理方法。 首先,通过耦合场分析、热力学理论分析得知型材在定型套内是瞬时传热过程;建立几何和有限元模型,运用有限元对型材模型进行热分析,得到定型套的初始温度场、型材在离开定型套时的温度场和型材外壁位移产生的应力场。在此基础上对异型材在定型套中的应变状况进行模拟.分析型材在挤出时所产生的变形原因及各影响因素,其中冷却时间T、壁厚h、传热系数α和边长d等是影响翘曲量δ的主要因素。 然后,采用ANSYS对“S”形水道和直孔水道有限元模型进行流体分析,由流体的各项材料参数及边界条件得出水流速度v、雷诺数R_e、普朗特数P_r,判断水流的运动状态并确定对流传热系数α。同时利用ANSYS软件对异型材沟槽部位带有小孔和不带小孔的两种模型进行热分析,通过温度场的比较,带有小孔的型材沟槽部位变形小,可提高产品质量。 最后,应用有限元分析软件ANSYS,综合分析了型材在定型套中的冷却和应变,定型套长度的确定与物料特性、挤出速度、型材外形尺寸和冷却系统状况等因素相关。分析验证了型坯连续经过定型套和水箱两种不同工况后的应变规律,为定型套型腔合理设计提供了依据;揭示了整体均匀冷却在定型套冷却系统设计中的重要意义.对缩短模具的设计周期,保证型材冷却均匀性,提高型材产量和质量有着重要的理论和实际意义,使异型材进一步朝着高效、高速和精密成型的趋势发展。 本文采用了有限元方法对异型材在定型套中的冷却应变进行了较全面的分析,给出了确定定型套长度的合理方法,可实现减少修模次数、缩短设计周期,对定型套的设计具有一定的实用价值和现实指导意义。


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