理论教育 模具与塑件的热交换机制分析

模具与塑件的热交换机制分析

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:模具与塑件之间的热交换是指在注塑成型的填充阶段和冷却阶段热量由高温熔体传入模具。进入冷却阶段后,塑料熔体已完全充满型腔,基本处于静止状态,所以此阶段塑料与模具之间的传热应当属于热传导。在冷却过程中,塑料还会产生一定的收缩,使得塑件与模具型腔表面间产生一定的间隙,从而在一定程度上增大了塑件与模具间的热阻。总之,模具与塑件之间的传热过程相当复杂,很难用一个统一的数学模型对其进行完整描述。

模具与塑件的热交换机制分析

模具与塑件之间的热交换是指在注塑成型的填充阶段和冷却阶段热量由高温熔体传入模具。在整个过程中,塑料熔体由最初的流动状态逐渐变为静止状态,同时还伴随着相变,逐渐由液态熔体转变为固态塑件。在快速热循环注塑工艺中,由于填充阶段模具型腔表面的温度较高,塑料熔体不会发生冷却,所以高温塑料熔体与模具之间的传热属于对流换热。对于具有高黏度的塑料熔体,在流动过程中会因受到模具型腔壁的剪切作用而产生大量的热量,即所谓的黏性耗散热。进入冷却阶段后,塑料熔体已完全充满型腔,基本处于静止状态,所以此阶段塑料与模具之间的传热应当属于热传导。对于结晶型塑料,塑料在冷却过程中发生相变时,还会释放相变潜热。在冷却过程中,塑料还会产生一定的收缩,使得塑件与模具型腔表面间产生一定的间隙,从而在一定程度上增大了塑件与模具间的热阻。此外,冷却过程中,塑料的温度变化范围较大且存在相变,所以塑件、模具材料的热物理性能势必也会产生一定的变化。总之,模具与塑件之间的传热过程相当复杂,很难用一个统一的数学模型对其进行完整描述。为此,在进行传热分析时,可以作如下合理假设:

1)考虑到注塑工艺的填充阶段时间远小于冷却阶段时间,且在冷却阶段热传导是传热的主要模式,所以可以忽略填充阶段的对流传热和黏性耗散热,而仅考虑热传导传热。

2)一方面,考虑到无论是在熔融状态下还是在固化状态下塑料的热导率均远低于模具金属的热导率,这使得冷却阶段塑件与模具型腔表面之间热接触阻力对模具温度场的影响很小[176]。另一方面,考虑到快速热循环注塑模具一般均具有十分光滑的型腔表面,且快速热循环注塑塑件的收缩很小,这决定了塑件与模具型腔表面之间的热阻也相对较小[76,77]。因此,在进行热分析时,可以忽略接触热阻的影响。

3)由于热分析时涉及的材料为非结晶型塑料材料,所以可以忽略潜热的影响。(www.daowen.com)

4)所有材料都是各向同性的。

基于以上假设,塑件与模具之间的传热可简化为非稳态无内热源的情形,相应的热扩散控制方程可用式(5-7)表示。

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