滚塑模具热传导数值分析与性能优化研究高元元，周建忠，黄舒，朱涛（江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013）摘要：滚塑成型是一种极具发展潜力的高分子材料成型技术。滚塑模具是滚塑成型设备的关键部件，其外表面结构形式影响热传导特性，进而对滚塑成型质量有决定性影响。建立三种具有代表性的模具结构，对其热传导特性进行研究依据数值传热学基本理论与滚塑特有的工艺条件，建立有限元分析模型，研究模具在加热与冷却工艺过程中热传导的特点与制品性能差异。得到了相关物理量随时间和空间的数值分布，结果表明圆柱状表面结构模具在加热过程中具有温度场均匀性较好，在冷却过程中散热效率高等诸多特点，有利于获得高质量的滚塑产品。数值分析结果为模具在不同工艺条件下的优化设计提供了依据。关键词：滚塑成型；模具；数值传热学；模拟分析；温度场；ANSYS；有限元：TH16文献标识码：A：1001-3997（2014）09-0255-05HeatConductionNumericalAnalysisandPerformanceOptimizationResearchofMoldinRotationalMoldingGAOYuan-yuan，ZHOU激an-zhong，HUANGShu，ZHUTao（激angsuUniversity，SchoolofMechanicalEngineering，激angsuZhen激ang212013，China）Abstract：Rotationalmoldingprocessisagreatpotentialdevelopmenttechnologyofpolymermaterialsmolding.Roll-plasticmoldarekeycomponentsofrollformingequipment，anditssurfacestructureaffectstheheattransfercharacteristics，andthenhasadecisiveinfluenceonrollformingquality.Setsupthreekindsoftypicalmoldstructure，tostudytheheattransfercharacteristics.Basedonthenumericalheattransferbasictheoryandrotationalmoldingspecificprocessconditions，establishesthefiniteelementanalysismodel，studiesthemouldcharacteristicsintheprocessofheatingandcoolingprocessinheattransferandproductsperformancedifference.Obtainestherelatedphysicalquantitiesoverthevalueoftimeandspacedistribution.Theresultsshowthattheheatinguniformityofcylindricalsurfacestructuremouldtemperaturefieldisgoodintheprocessofheating，andmanyothercharacteristicsthathigherthermalefficiencyinthecoolingprocess，easytoobtainhighqualityplasticproducts.Theresultsofnumericalanalysisforthemouldunderdifferentprocessconditionsprovideabasisfortheoptimizationdesign.KeyWords：RotationalMolding；Mold；NumericalHeatTransfer；SimulationAnalysis；TemperatureField；ANSYS；FEM滚塑模具是滚塑设备中极其重要的关键成型部件[2]，其外表面结构对滚塑成型的温度场分布及冷却效率有决定性影响，目前国内滚塑设备仍然停留在对国外装备仿制的起步阶段。文献[3]已利用数值仿真技术对滚塑模具外表面的空气流动与温度场分布进行了初步研究，优化了烘箱结构。文献[4]运用数据实时采样技术对模具表面的温度变化进行实时采集，并绘制出温度随时间变化曲线。然而上述研究并未对滚塑关键部件模具自身进行研究。为1引言滚塑成型是一种利用旋转加热模具的方式生产高分子中空制品的方法。相比于其他的高分子材料成型工艺，其设备结构原理明晰，模具制造成本低廉，由于材料在重力作用下流动填充成型，制品的内应力很小，适合大型中空制品及航空航天领域中客机内部结构件的制造。国外近几年滚塑设备技术发展迅速，其发展速度高于整个塑料设备行业的平均发展速度，其工艺复杂性越来稿日期：2014-02-21基金项目：国家自然基金项目（51175236）；江苏省研究生创新计划项目（2013）；江苏大学科研项目（Y12A119）作者简介：高元元，（1988-），男，江苏扬州人，工学硕士，主要研究方向：滚塑成型装备设计与模具；周建忠，（1964-），男，江苏无锡人，工学博士，教授，博士生导师，主要研究方向：先进激光制造技术、模具快速制造与表面工程（a）Rectangle（b）Cylinder256第9期高元元等：滚塑模具热传导数值分析与性能优化研究着重对三种具有代表性的模具外表面典型结构进行热传导的数值模拟，建立相应的数学模型，结合滚塑成型特有的工...