1、快速熱循環(huán)注塑技術(shù)是一種基于模具快速加熱和快速冷卻的注塑成型工藝，其技術(shù)特點是在不影響注塑成型周期的前提下實現(xiàn)高模溫注塑成型。在快速熱循環(huán)注塑中，填充階段的高模具溫度可以有效避免模具型腔中塑料熔體的過早冷凝，徹底消除塑料熔體表面的冷凝層，這將顯著提高塑料熔體的流動性，增強塑料熔體轉(zhuǎn)印模具型腔形狀的能力。因此，快速熱循環(huán)注塑工藝可以有效消除常規(guī)注塑成形產(chǎn)品易出現(xiàn)的流痕、噴射痕、熔接痕、浮纖、低光澤等表面缺陷，能夠注塑成形具有超高流長比的塑

2、件，精確復制模具型腔的微細結(jié)構(gòu)，有效降低注射壓力、注射速率、保壓壓力和鎖模力，減小塑件的內(nèi)應力。由于快速熱循環(huán)注塑成形的塑件具有極高的外觀質(zhì)量，無需打磨、噴涂、罩光等后續(xù)加工，所以該技術(shù)可以顯著縮短高品質(zhì)外觀塑件的生產(chǎn)流程，有效降低生產(chǎn)成本，減小能源消耗，并避免打磨、噴涂、罩光等工序?qū)Νh(huán)境造成的污染，有利于改善車間工作環(huán)境和保護工人身體健康。顯然，快速熱循環(huán)注塑是一種高質(zhì)量、高精度而又節(jié)能減排、環(huán)境友好的綠色注塑新工藝，具有廣闊的應用前

3、景和巨大的市場潛力。
　　 本文從快速熱循環(huán)注塑成型的工藝原理、工藝流程、模具溫度控制系統(tǒng)、模具設計與制造、裝備及生產(chǎn)線構(gòu)建、模具熱響應分析、模具加熱/冷卻系統(tǒng)優(yōu)化設計、模具疲勞壽命分析與優(yōu)化、工藝優(yōu)化設計、成型機理等方面對快速熱循環(huán)注塑成型工藝進行了系統(tǒng)研究。
　　 分析了快速熱循環(huán)注塑工藝原理和模具溫度控制原理，提出了蒸汽加熱快速熱循環(huán)注塑工藝和電加熱快速熱循環(huán)注塑工藝，通過對快速熱循環(huán)注塑周期的深入分析，制定了合理

4、的工藝流程。研發(fā)了基于可編程邏輯控制器和觸摸屏技術(shù)的蒸汽加熱和電加熱動態(tài)模具溫度控制系統(tǒng)，研制了大型液晶電視機面板用蒸汽加熱快速熱循環(huán)注塑模具和電加熱快速熱循環(huán)注塑模具，基于熱響應分析和試驗對模具的熱循環(huán)效率進行了評估，提出了一種適合于具有三維復雜形狀塑件的蒸汽加熱快速熱循環(huán)注塑模具結(jié)構(gòu)和電加熱快速熱循環(huán)注塑模具結(jié)構(gòu)。利用自主研制的動態(tài)模具溫度控制系統(tǒng)和注塑模具，構(gòu)建了蒸汽加熱快速熱循環(huán)注塑生產(chǎn)線和電加熱快速熱循環(huán)注塑生產(chǎn)線，實現(xiàn)了液晶

5、電視機面板的高光無熔痕注塑生產(chǎn)，徹底消除了打磨、噴涂、罩光等二次加工工序。對快速熱循環(huán)注塑成本和效益進行了對比分析，研制了不同規(guī)格不同型號的動態(tài)模具溫度控制系統(tǒng)和注塑模具，實現(xiàn)了快速熱循環(huán)注塑成型技術(shù)的工程化應用。
　　 分別研究了蒸汽加熱和電加熱快速熱循環(huán)注塑過程的傳熱規(guī)律，推導建立了兩種快速熱循環(huán)注塑工藝的熱平衡方程，分析了模具加熱效率和冷卻效率的影響因素，提出了加快模具熱循環(huán)的有效措施和快速熱循環(huán)注塑模具結(jié)構(gòu)設計原則。構(gòu)建

6、了蒸汽加熱和電加熱快速熱循環(huán)注塑模具的熱響應分析模型，研究了兩種加熱方式的快速熱循環(huán)注塑模具型腔表面的熱響應規(guī)律，分析了模具隔熱層、模具材料對模具型腔表面熱響應效率和溫度均勻性的影響規(guī)律，對比討論了兩種快速熱循環(huán)注塑工藝的加熱效率、冷卻效率和能量消耗，給出了兩種加熱方式的快速熱循環(huán)注塑模具結(jié)構(gòu)設計方法。提出了一種浮動型腔式電加熱快速熱循環(huán)注塑模具結(jié)構(gòu)，有效減小了注塑循環(huán)過程中需要快速加熱和快速冷卻的型腔板的熱容量，顯著提高了模具型腔表面

7、的熱響應效率?；诟有颓皇侥＞呓Y(jié)構(gòu)，設計了大型液晶電視機面板的電加熱快速熱循環(huán)注塑模具，解決了與模具設計、加工和裝配有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)?；趥鳠釘?shù)值模擬技術(shù)，研究分析了加熱/冷卻介質(zhì)類型、加熱/冷卻介質(zhì)溫度、加熱冷卻管道布局、模具材料以及塑件厚度對蒸汽加熱快速熱循環(huán)注塑模具熱循環(huán)效率和溫度均勻性的影響規(guī)律，建立了加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計方法。
　　 基于響應曲面法，結(jié)合試驗設計和熱.結(jié)構(gòu)耦合分析，研究了加熱冷卻管道布

8、局和電加熱元件布局對模具型腔表面的熱響應效率、溫度分布均勻性和疲勞壽命的影響規(guī)律，利用基于最小二乘法的回歸分析，建立了模具加熱時間、型腔表面最高溫度和型腔板承受的最大等效應力的響應曲面模型，通過變異數(shù)分析和隨機試驗，驗證了響應曲面模型的有效性。提出了加熱效率優(yōu)先、溫度均勻性優(yōu)先和疲勞壽命優(yōu)先三種優(yōu)化設計策略，基于建立的響應曲面模型分別構(gòu)建了帶有約束的優(yōu)化函數(shù)模型，利用自主開發(fā)的優(yōu)化設計程序?qū)δ繕藘?yōu)化函數(shù)模型進行了非線性優(yōu)化，獲得了加熱冷

9、卻管道和電加熱元件的優(yōu)化布局和尺寸，并模擬驗證了優(yōu)化設計的有效性。通過優(yōu)化設計可有效提高模具的熱響應效率、改善型腔表面溫度分布的均勻性和減小模具承受的最大等效熱應力?；陧憫娣ê烷_發(fā)的多目標優(yōu)化設計程序，分別實現(xiàn)了液晶電視機面板蒸汽加熱和電加熱快速熱循環(huán)注塑模具型腔板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，研究結(jié)果對提高快速熱循環(huán)注塑工藝的成品率、生產(chǎn)效率和模具使用壽命具有十分重要的作用。
　　 以蒸汽加熱快速熱循環(huán)注塑模具為例，通過三維有限元傳熱

10、分析和熱.結(jié)構(gòu)分析，研究得到了模具加熱過程中型腔板內(nèi)部溫度場和應力場的分布規(guī)律，試驗驗證了傳熱分析結(jié)果的有效性?；趹Ψ治鼋Y(jié)果，對型腔板進行了疲勞模擬分析，實現(xiàn)了快速熱循環(huán)注塑模具疲勞壽命的預測和評估，并分析討論了模擬預測結(jié)果與實際結(jié)果之間存在一定差距的原因，結(jié)合熱-結(jié)構(gòu)分析結(jié)果和注塑模具的實際疲勞失效形式，揭示了模具的疲勞破壞機制。研究了模具型腔表面溫度、鎖模力、型腔板固定方式、模具加熱系統(tǒng)等對快速熱循環(huán)注塑模具疲勞壽命的影響規(guī)律，

11、為快速熱循環(huán)注塑工藝參數(shù)的合理控制和模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)和科學指導。
　　 研究了快速熱循環(huán)注塑工藝的模擬技術(shù)，通過對快速熱循環(huán)注塑工藝和常規(guī)注塑工藝的注塑模擬，對比分析了快速熱循環(huán)注塑工藝對熔體填充能力、塑件形狀尺寸精度、表面縮痕、冷卻時間和光學性能的影響。針對基于單側(cè)模具快速加熱和快速冷卻技術(shù)的快速熱循環(huán)注塑工藝存在的塑件翹曲變形問題，分析揭示了塑件翹曲變形的機理，研究了保壓控制和模具冷卻控制對塑件翹曲變形和縮痕

12、深度的影響規(guī)律，提出了優(yōu)化的保壓控制和模具冷卻策略，實現(xiàn)了保壓參數(shù)和模具冷卻參數(shù)的優(yōu)化設計。基于優(yōu)化的保壓控制和模具冷卻控制策略，進一步研究了快速熱循環(huán)注塑工藝的注射速率、熔體溫度、型芯側(cè)模具溫度等工藝參數(shù)對塑件翹曲變形和縮痕深度的影響規(guī)律，建立了可用于塑件翹曲變形和縮痕深度預測的數(shù)學模型，以減小塑件的翹曲變形和縮痕深度為目標，構(gòu)建了有約束的優(yōu)化函數(shù)模型，利用自主開發(fā)的優(yōu)化設計程序，實現(xiàn)了快速熱循環(huán)注塑工藝的優(yōu)化設計。實際生產(chǎn)結(jié)果表明，

13、經(jīng)優(yōu)化設計的快速熱循環(huán)注塑工藝有效減小了塑件的翹曲變形和減輕了塑件的表面縮痕，從而顯著簡化了快速熱循環(huán)注塑工藝的調(diào)試過程，有效提高了快速熱循環(huán)注塑工藝的成品率。
　　 研制了可生產(chǎn)有/無熔接痕標準拉伸試樣、沖擊試樣和熱變形試樣的電加熱快速熱循環(huán)注塑模具，對模具的加熱系統(tǒng)和流道系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，利用自主研發(fā)的動態(tài)模溫控制系統(tǒng)，構(gòu)建了電加熱快速熱循環(huán)注塑試驗線。開發(fā)了基于薄膜熱電偶、數(shù)據(jù)記錄儀和計算機的模具型腔表面溫度測量和采集系

14、統(tǒng)，試驗研究了電加熱快速熱循環(huán)注塑模具型腔表面的溫度響應規(guī)律。通過試驗設計，定量分析了模具加熱時間和冷卻時間對熱循環(huán)過程中型腔表面最高溫度和最低溫度的影響，利用回歸分析技術(shù)擬合建立了可用于模具型腔表面最高溫度和最低溫度控制的數(shù)學模型，并對構(gòu)建的數(shù)學模型進行了試驗驗證。建立了電加熱快速熱循環(huán)注塑模具的熱響應分析模型，對熱循環(huán)過程中模具型腔板的熱響應進行了模擬分析，研究了模具型腔板的溫度分布規(guī)律，通過與試驗結(jié)果的對比，驗證了模擬分析的有效性

15、，分析討論了電加熱元件功率密度對模具加熱效率的影響和冷卻水溫度對模具冷卻效率的影響。通過全析因試驗設計，系統(tǒng)研究了快速熱循環(huán)注塑工藝的注射壓力、注射速率和模具型腔表面溫度對熔體填充能力的影響規(guī)律。利用構(gòu)建的電加熱快速熱循環(huán)注塑試驗系統(tǒng)，系統(tǒng)研究了高光塑料、結(jié)晶型塑料、無定形塑料、納米顆粒增強塑料和纖維增強塑料的快速熱循環(huán)注塑工藝，探明了填充階段模具型腔表面溫度對各種材料塑件表面光澤度、表面粗糙度、熔接痕、形貌結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，揭示了低型腔