3D直立棉是一种新型的环保型非织造立体纤维材料,具备高抗压、回弹性高、透气性强、不易黄变、品质好、质感轻等优点,因此3D直立棉通过热模压技术广泛应用于女性模杯,飞机、高铁、汽车内饰,隔音材料和医疗等领域。在热模压成型过程中,模压参数决定产品质量。国内外学者探索了纤维材料的模压工艺、本构方程对产品成型规律的影响,提出了模具热均匀化结构优化方法等等。而3D直立棉模压参数影响产品成型质量规律尚待研究,双子弹模压机成型时模型腔内热流场变化未作深入研究,其异型模具的设计及优化研究缺乏实质性进展。针对上述问题,本文主要研究了 3D直立棉热模压工艺参数对产品成型规律、双子弹模压机成型模压热场分布、异型模具设计及优化。具体内容如下:(1)分析传统气动模压设备和双子弹模压设备的成型原理,研究热模压工艺参数对3D直立棉成型模杯质量的影响规律。推导3D直立棉在双子弹模压机热模压过程中多种传热方式综合作用下的理论传热公式。(2)以水洗前、后的模杯杯深差和模杯压缩率作为评价指标,采用正交试验法测得影响模杯成型的主要模压参数,根据评测结果判断影响因素强弱并排序,获取3D直立棉最佳模压参数。(3)对比分析3种假设的异型模杯数学模型,选取最符合异型模杯的数学模型。分析双子弹模压机模压过程中模压腔内流体域的温度分布状况,并与传统模压设备模压效率进行对比。(4)运用UG11.0对异型模具建模,以异型模具表面6点的温度平均值以及6点之间温度极差值作为质量评价指标,采用正交实验法分析各因素影响程度,求得对模杯模压的主要影响因素,选取正交试验中的最优异型模具模型。加工最优异型模具,搭建实验平台,采用AT4516多路温度测试仪测得模具表面6点温度变化,分析数据,验证优化后的异型模具模型。由理论与实验结果对比分析表明,热模压影响最大的因素是模压温度,次重要因素为模压压力;采用正交试验法对异型模杯进行结构优化设计,找出得到对异型模具影响的最大因素为Y方向椭圆长半轴尺寸,次重要影响因素为X方向椭圆长半轴尺寸;通过对双子弹模压机模压过程中模压腔内部温度分布状况研究,得到双子弹模压机的模压时间,其生产效率提升15%;比较实验与数值模拟的温度数据,模杯表面温度分布达到均匀化,并且能保证模杯质量,实现企业批量生产加工的要求。