随着塑料工业的迅速发展,塑料制品被广泛应用于各行各业,渗透到人们生产生活的各个方面。目前在工程塑料成型加工中,80%采用了注射成型。近年来,汽车、建筑、家用电器、食品、医药卫生等领域对注塑制品日益增长的需求,显著推动了塑料注射成型技术水平的快速发展和提高,气辅成型、水辅成型、多色注塑和热流道等各种新技术新工艺在注塑成型中被广泛采用。在塑料制品注射成型过程中,由于成型材料、成型模具、注射机、辅助设备、成型环境等多种因素的影响,注塑制品的内在及外观质量经常会出现各种各样的问题。但是,家电、通讯、消费电子、汽车内饰、光电等产业的发展,却对塑料制品提出了壁厚更薄、结构更复杂、表面更美观、强度更高等方面的要求。如何获得高质量的塑件成为工程中需要迫切解决的问题。快速热循环注塑成型(Rapid Heating Cycle Molding,RHCM)技术利用加热和冷却介质实现注塑模具的快速加热和冷却,实现熔体的高模温注塑,是一种无熔接痕、高光洁度的塑料成型技术,可获得外观优越的塑料制品,例如:无熔接痕、无流痕、无银线,具有高光泽度等。采用该技术可取消后续的喷涂工艺,省去昂贵的二次加工费用,在大幅降低生产成本的同时,节省能源与材料,消除污染,达到改善塑件质量、降低生产成本、保护环境的多重效果,实现塑件的短流程绿色化生产,是一种前景广阔的绿色注塑工艺。为保证塑件质量,在RHCM注塑模具加热冷却管道设计时应保证模具型腔表面的温度分布均匀性和高的加热效率,本文在研究RHCM注塑的工艺特点和要求的基础上,提出了加热和冷却管道的主要设置形式以及设计原则,同时,考虑水蒸汽给模具带来的热量,提出了RHCM模具设计的基本计算方法,包括模具与冷却水和水蒸汽的换热系数、冷却管路直径以及注塑周期内的热平衡分析等。RHCM技术的关键是在注塑周期中,能够使模具快速加热和冷却到预定的工艺温度。模具型腔表面温度的高低和分布直接影响着注塑生产的效率和塑件的质量。本文建立了46寸液晶平板电视机前壳RHCM模具传热过程的有限元分析模型,研究了加热/冷却管道的布置对模具型腔表面的温度分布的影响,发现模具型腔表面的温度分布呈现出“型腔中间部分温度高,两侧温度低,温度分布不均”的现象。通过正交试验法分析发现,管道直径和管道中心距型腔表面的距离对模具加热效率影响最大,而管道间距对型腔温度分布均匀性的影响尤为突出。通过有限元软件MARC与自动集成优化软件iSIGHT的有机集成,以模具型腔表面的温度均匀性为目标函数,实现了对模具加热/冷却管道布局的优化设计,显著提高了模具型腔表面的温度均匀性,在实际生产中获得了高质量的高光前壳塑件,为实际生产中的RHCM注塑模具设计、加热和冷却系统布局优化设计提供重要理论依据。与一般的注塑模具相比,RHCM注塑模具的加热峰值温度高、产生的温度梯度大,其主要工作零件承受的热变形和热应力要大得多,更容易产生过量变形和冷热疲劳破裂现象,影响塑件的几何形状和尺寸精度以及模具寿命。因此,本课题建立了模具传热和受力分析模型,研究和分析RHCM模具的应力分布、变形分布和热力疲劳寿命,在分析的基础上,探讨最佳的模具结构设计、冷热管道布局以及模具型芯的固定方式。提出了一种带有“部分冷间隙”的RHCM模具结构,通过研究不同冷间隙数值对模具型芯热应力与热变形的影响规律发现,冷间隙可大大降低模具型芯的热应力,实现热变形的有效控制,从而提高了模具寿命。