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热成型是一种以热塑性塑料片材和板材为成型对象的二次成型技术,是最灵活、最经济的聚合物产品成型方法,具有生产效率高、设备投资少、能制造表面积较大的产品和模具制造方便等优点。但在热成型加工过程中由于片材受热不均匀,导致片材成型后厚度很难保证一致性,即片材中温度分布是否均匀是影响制品厚度均匀性的关键因素。因此本文通过数值模拟对热成型过程中片材的温度分布进行研究,确保热成型制品的品质均匀性和提高热成型加工的生产效率。
论文总体结构主要包括:第一部分,研究了储存阶段所有片材的温度分布变化。经储存阶段后片材的温度分布为加热过程的初始温度,此项研究对最终产品质量的稳定性非常重要。利用已被实验数据验证的分析软件,研究了储存阶段所有片材的温度分布随时间瞬态变化情况,用于控制和减少片材间的温差。第二部分,研究了热成型加热过程。为了提高产品的竞争力,应尽可能减少热成型生产费用,但由于片材表面与中心层间存在温差,使所需加热量不能随意地减少,导致制品生产成本难以得到有效控制。本文利用NURBS算法和RSM方法有效的减少了热成型过程中所需加热量,NURBS用来设计输入功率随时间变化值,而D-optimal方法用于选择试验点,进而构建响应面。第三部分,研究了热成型冷却过程。冷却过程是热成型最重要的过程之一,它会影响最终产品的质量。本文设计了两种一维分析模型:在假定ABS片材与模具都具有均匀温度的条件下设计了冷却系统的稳定分析模型;为了更有效地获得优质的产品,必须优化加热时间及功率,为此研发了ABS板的温度分布随时间变化模型。第四部分,研究了加热时间与加热器功率间的关系。因在量产过程中生产效率和费用非常重要,有必要揭示加热时间与加热器功率的关系。首先查找了片材热成型过程中所需加热量的计算方法,其次通过分析计算求出了最佳的加热时间、加热器功率,最后讨论了加热器功率与加热时间之间的关系。此研究开发的分析法将用于改善产品的质量及生产效率。