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摘要：在热塑性注塑模设计中，配件的质量和生产周期很大程度上取决于冷却阶段。已经进行了大量的研究，目的是确定能减少像翘曲变形和不均匀性收缩等的不必要影响的冷却条件。在本文中，我们提出了一种能优化设计冷却系统的方法。基于几何分析，使用形冷却概念来定义冷却管路。它定义了冷却管路的位置。我们只是沿着已经确定好了的冷却水路来分析强度的分布特征和流体的温度。我们制定了温度分布作为最小化的目标函数，该函数由两部分组成。它表明了两个对抗性的因素是如何调解以达到最佳的状态。预期的效果是改善零件质量方面的收缩和翘曲变形。
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关键词：逆问题 热传递 注射模 冷却设计21940
1 简介
在塑料工业领域，热塑性注射模应用非常广泛。这个过程包括四项基本阶段：加料、塑化、冷却和脱模。大约整个过程的70%的时间都在进行产品的冷却。此外，这一阶段直接影响产品的质量。因此，产品必须尽可能统一冷却达到最小化凹痕、翘曲变形、收缩和热残余应力等不必要影响的目的。为了达到这个目标需要的最有影响力的参数有冷却时间、冷却管路的数量、位置和大小、冷却液的温度以及流体和管道内表面的热传递系数。论文网
冷却系统的设计主要基于设计师的经验，但是新的快速成型工艺的发展使非常复杂的管路形状制造成为可能，这是先前的经验理论达不到的。所以冷却系统的设计必须制定为一个优化问题。
1.1 热传递分析
由于参数随温度的变化，在注射工具方面热传递的研究是一个非线性问题。然而，像热导率和热容量这些模具的热物理参数在温度变化范围内都恒为定值。除了聚合物结晶的影响被忽视外，模具及产品之间的热接触阻力也常常被认为是常数。
温度场的分布是在周期边值条件下求解傅里叶方程得到的。这个演化过程可以分成两个部分：一个循环部分和一个平均瞬时的部分。循环部分常常被忽略，因为热渗透的深度对温度场的影响不显著。许多做着所使用的平均循环分析简化了微积分学，但平均波动范围在15%到40%之间。越接近水路的部分，平均波动范围越高。因此，即使在静止状态，模拟瞬态热传递也变的非常重要。在这项研究中，温度的周期瞬态分析优于平均周期时间的分析。
应该注意的是，在实际操作中，冷却系统的设计应作为工具设计的最后一步。不过冷却影响零件质量的最重要的因素，热设计应该是工具设计的第一阶段之一。
1.2 成型技术的优化
在文献中,各种优化程序被使用,但都关注于相同的目标。唐孙俐使用了一种优化程序,获取了零件的均匀温度分布，得到了最小坡度和最少冷却时间。黄试着获得均匀的温度分布于零件和高生产效率下的最小的冷却时间。林总结了模具设计在3个事实方面的目标。零件的冷却均匀,就能达到预期的模具温度，所以,接下来就可注射和减小周期时间。
冷却系统的最优配置是均匀时间和周期时间的折衷。实际上，模具型腔表面和冷却通道之间的距离越远，则温度分布的均匀性越高。相反,距离越短,聚合物的散热速度越快。然而模具表面不均匀的温度会导致零件的缺陷。达到这些目标的控制参数有管路的位置和大小,冷却液流量和流体的温度。
可以采用两种方法。第一个是寻找管路的最优位置以此尽量减小目标函数。这第二种方法是建立在一种形冷却管路。林在冷却通道的位置设计了一个冷却管路。最佳冷却条件(冷却位置和管路大小)都是对冷却线路的研究得到的。徐孙俐进行了更深一步的研究,把冷却水路分成一个个单元并对每个冷却单元进行优化。