塑性工程学报 第16卷 180℃左右的饱和蒸汽;在冷却阶段,管道中通入 20℃~30℃的水。通过控制不同温度介质的通入时 刻和时间来实现模具的快速加热和冷却。因此,分 析时需要考虑不同温度介质与管道壁面之间的传热。 RHCM模具的定模部分与固定模板间存在隔热装 置,因此,可认为定模外表面与外界绝热 通过上述对RHCM模具不同部位在加热和冷 图4冷却模型 却阶段的传热分析,并根据具体的工艺参数条件 定模;2塑件;3动模 本文确定了传热分析的换热系数,加热时型腔表面 Fig 4 Model for cooling phase 换热系数为30W/(m2·K),水与模具管道换热系数 为11000W/(m2·K),水蒸汽与模具管道换热系数 2模具传热分析边界条件的确定 为5200W(m2·K) 2.3工艺条件 注塑模具的实际加热和冷却过程十分复杂 在液晶平板电视机面板的RHCM注塑过程中 RHCM模具由于其结构的复杂性,更增加了其加热为保证产品质量,当模具型腔平均温度加热到 和冷却过程分析的复杂程度。因此,在建立数学模120℃左右时注射熔料,当模具型腔平均温度冷却到 型时,本文作如下假设 80℃左右时开模取件。熔料注射温度设定为235℃ 1)塑料熔体、模具和冷却介质的热性能恒定,冷却水温度设定为25℃,加热水蒸汽温度为175℃, 忽略模具与熔体间的间隙热阻,并假设冷却水的温环境温度为25℃ 度不随时间变化,其导热系数为常数。 2)因塑件较薄,认为塑件与模壁完全接触,且3材料性能参数的确定 塑件表面温度与模壁温度相等 3)只考虑模具与冷却介质及塑件之间的热传导 模具材料为瑞典的热作模具钢(ⅴ IDAR SUPE 和热对流,对于RHCM模具而言,因定模外表面RIOR),塑件材料为高光ABS,分析中不考虑材料性 热量散失很小,且周围包覆有绝热层,因此可不考能参数与温度的相关性,模具和塑件材料的主要热物 虑定模外表面的辐射,视为与外界绝热 理性能参数有:模具材料的密度为7.78g/cm3,比热 2.1模具型腔表面 为46000J/(kg·O,热导率为3000W/(m·O RHCM模具型腔表面加热与冷却时的边界条件塑件材料的密度为0.968g/cm3,比热为204700 不尽相同。加热时,模具型腔表面与注塑型腔内的(kg·O,热导率为0157W/(m·O。 空气接触,与空气的传热既有对流又有辐射传热 在上述研究的基础上,本文利用 MSC. Marc软件 此两类边界条件属于传热学中的第三类边界条件,建立了平板电视机面板快速热循环注塑模具加热与冷 可统一写为 却过程分析及其结构优化设计的有限元模型,并对 RHCM模具加热和冷却过程进行了有限元分析 q d=a(t-1-) 式中q—热流密度/Wm2 4RHCM注塑过程的模具温度分析 a一换热系数/W/(m2·K) t—注塑型腔表面温度/℃ 4.1加热过程的模具温度分析 环境温度/℃ 在液晶平板电视机面板的RHCM注塑过程中, A一导热系数/w/(m· 要求模具型腔表面温度达到120℃左右时开始注射。 而在冷却时,注塑模具型腔中则已充满高温塑图5给出了管道直径为7mm、管道中心距为16mm 料熔体,高温熔体与模具型腔表面之间存在热传导。时液晶平板电视机面板RHCM注塑模具在加热24s 2.2加热和冷却管道表面与模具外廓边界 后定模型腔处P~P8点的温度分布曲线。分析发 液晶平板电视机面板的RHCM模具采用共用现,模具加热24s后,型腔P~P8点温度的平均 的加热和冷却管道,在加热阶段,管道中通入值可达到120℃。 201994-2009ChinaAcademicournalElectronicPublishingHousea/irightsreservedhttp://nne.cnki.net图 4 冷却模型 12定模 ; 22塑件 ; 32动模 Fig14 Model for cooling phase 2 模具传热分析边界条件的确定 注塑模具的实际加热和冷却过程十分复杂 , RHCM 模具由于其结构的复杂性 , 更增加了其加热 和冷却过程分析的复杂程度。因此 , 在建立数学模 型时 , 本文作如下假设 : 1) 塑料熔体、模具和冷却介质的热性能恒定 , 忽略模具与熔体间的间隙热阻 , 并假设冷却水的温 度不随时间变化 , 其导热系数为常数。 2) 因塑件较薄 , 认为塑件与模壁完全接触 , 且 塑件表面温度与模壁温度相等。 3) 只考虑模具与冷却介质及塑件之间的热传导 和热对流 , 对于 RHCM 模具而言 , 因定模外表面 热量散失很小 , 且周围包覆有绝热层 , 因此可不考 虑定模外表面的辐射 , 视为与外界绝热。 211 模具型腔表面 R HCM 模具型腔表面加热与冷却时的边界条件 不尽相同。加热时 , 模具型腔表面与注塑型腔内的 空气接触 , 与空气的传热既有对流又有辐射传热 , 此两类边界条件属于传热学中的第三类边界条件 , 可统一写为 q = - λ 5t 5n =α( t - t ∞) (1) 式中 q ———热流密度/ W/ m 2 α———换热系数/ W/ (m 2 ·K) t ———注塑型腔表面温度/ ℃ t ∞ ———环境温度/ ℃ λ———导热系数/ W/ (m ·℃) 而在冷却时 , 注塑模具型腔中则已充满高温塑 料熔体 , 高温熔体与模具型腔表面之间存在热传导。 212 加热和冷却管道表面与模具外廓边界 液晶平板电视机面板的 RHCM 模具采用共用 的加热和 冷却管道 , 在加热阶 段 , 管道 中通入 180 ℃左右的饱和蒸汽 ; 在冷却阶段 , 管道中通入 20 ℃～30 ℃的水。通过控制不同温度介质的通入时 刻和时间来实现模具的快速加热和冷却。因此 , 分 析时需要考虑不同温度介质与管道壁面之间的传热。 R HCM 模具的定模部分与固定模板间存在隔热装 置 , 因此 , 可认为定模外表面与外界绝热。 通过上述对 RHCM 模具不同部位在加热和冷 却阶段的传热分析 , 并根据具体的工艺参数条件 , 本文确定了传热分析的换热系数 , 加热时型腔表面 换热系数为 30W/ (m 2 ·K) ,水与模具管道换热系数 为 11000W/ (m 2 ·K) ,水蒸汽与模具管道换热系数 为 5200W/ (m 2 ·K) 。 213 工艺条件 在液晶平板电视机面板的 R HCM 注塑过程中 , 为保证产品质量 , 当模具型腔平均温度加热到 120 ℃左右时注射熔料 , 当模具型腔平均温度冷却到 80 ℃左右时开模取件。熔料注射温度设定为 235 ℃, 冷却水温度设定为 25 ℃, 加热水蒸汽温度为 175 ℃, 环境温度为 25 ℃。 3 材料性能参数的确定 模具材料为瑞典的热作模具钢 (VIDAR SU PE2 RIOR) ,塑件材料为高光 ABS ,分析中不考虑材料性 能参数与温度的相关性 ,模具和塑件材料的主要热物 理性能参数有 :模具材料的密度为 7178g/ cm 3 ,比热 为 460100J/ (kg ·℃) ,热导率为 30100W/ (m ·℃) ; 塑件材料的密度为 01968g/ cm 3 ,比热为 2047100J/ (kg ·℃) ,热导率为 01157W/ (m ·℃) 。 在上述研究的基础上 , 本文利用 MSC1Marc 软件 建立了平板电视机面板快速热循环注塑模具加热与冷 却过程分析及其结构优化设计的有限元模型 , 并对 RHCM 模具加热和冷却过程进行了有限元分析。 4 R HCM 注塑过程的模具温度分析 411 加热过程的模具温度分析 在液晶平板电视机面板的 R HCM 注塑过程中 , 要求模具型腔表面温度达到 120 ℃左右时开始注射。 图 5 给出了管道直径为 7mm、管道中心距为 16mm 时液晶平板电视机面板 R HCM 注塑模具在加热 24s 后定模型腔处 P1～ P8 点的温度分布曲线。分析发 现 , 模具加热 24s 后 , 型腔 P1～ P8 点温度的平均 值可达到 120 ℃。 198 塑性工程学报 第 16 卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net