基于ANSYS的多管材挤出定型模冷却系统的设计

第33卷第5期四川大学学报(工程科学版)V ol.33N o.5 2001年9月JOURNA L OF SICH UAN UNI VERSITY(E NGI NEERI NG SCIE NCE E DITI ON)Sept.2001 文章编号:100923087(2001)0520047204基于ANSY S软件二次开发的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟研究齐　慧,杨　屹,蒋玉明(四川大学制造科学与工程学院,四川成都610056)摘　要:对于ANSY S软件的通用性和缺乏专业针对性的特点。

采用ANSY S提供的二次开发工具开发了中文界面的铸造充型和凝固耦合过程数值模拟系统,实现了模块界面简洁和易操作性的预期功能,并证实了以ANSY S为平台开发专业模块的可行性。

关键词:ANSY S;二次开发;充型过程;数值模拟中图分类号:TG702文献标识码:ADeveloping System of Numerical Simulation of Mold Filling B ased on ANSYSQI Hui,Y ANG Yi,JIANG Yu2ming(C ollege of M anu facturing Sci.and Eng.,S ichuau Univ.,Chengdu610065,China)Abstract:According to ANSY S’s features of universality and lack of speciality,a numerical simulation program for m odel2 ing filling process of casting is developed based on ANSY S.The program has terse interface in Chinese.The feasibility of developing special m odules is verified by the practical applications of the simulation system.K ey w ords:ANSY S;redevelop;m old filling;numerical simulation ANSY S软件是融热、电、磁、流体、结构、声学于一体的大型通用有限元分析软件。

基于ANSYS的浇口套冷却系统研究冯亚斌; 王飞雷; 代海风; 杨文哲【期刊名称】《《轻工机械》》【年(卷),期】2019(037)006【总页数】5页(P77-81)【关键词】注塑模浇口套; 热弹性耦合分析; ANSYSCFX; 传热流动分析【作者】冯亚斌; 王飞雷; 代海风; 杨文哲【作者单位】西安工程大学机电工程学院陕西西安 710613【正文语种】中文【中图分类】TQ320.52; TH161.4随着市场经济的繁荣，注塑模具的应用越来越广泛[1],逐渐在现代制造业中占有举足轻重的位置。

为提升注塑模多方面性能，国内外学者开展了深入的研究。

Smith 等[2]用B2样条曲面表征型腔中面, 用参数化坐标表征浇口位置,采用序列线性规划法对浇口位置进行了优化。

林权等[3]利用基因遗传算法结合模流分析技术为优化搜寻工具,进行冷却水道成型参数设计，实验发现能够有效的解决水道布局困难的问题；王善凯等[4]优化浇口、主流道的位置和长度来优化模具的结构，从而使得制件的翘曲变形减小；郑占明等[5]结合遗传算法和数值模拟技术用于注射速率的优化,确定了螺杆速度或注射速率的最优值。

但关于提高注塑模浇口套使用寿命方面的研究较少。

浇口套安装在注塑模具定模板上，是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁，它是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方[6]。

浇口套部分在成型过程中，主流道与特定温度、压力的塑料熔融体冷热交替反复接触[7]，造成浇口套在短时间内产生反复的热胀冷缩，导致浇口套使用寿命严重缩短。

课题组针对风扇叶片注塑模浇口套，利用热弹性耦合理论，对注塑过程中注塑模型腔最大压力时进行多场仿真模拟分析，提出一种浇口套冷却系统对工作状态下的浇口套进行降温，以延长其使用寿命。

1 浇口套热弹性耦合模型对于非恒温场中的弹性体,温度的变化不仅会造成弹性体产生热变形，同时会产生热应力，也将引起材料性能的改变。

另外，弹性体变形及变形速率也影响着温度的变化。

中文摘要基于注塑模具CAE技术的浇注系统和冷却系统优化方案设计本文使用Moldflow软件，以水煲为研究对象，对其注塑模具的浇注系统和冷却系统进行优化模拟分析，从而选择最佳成型工艺方案。

本文介绍了MPI(Moldflow Plastics Insight)6.1的使用方法，对注塑过程中的浇注系统设计、冷却水路创建、最佳浇口位置确定等进行研究。

文中根据不同浇注系统的类型来分析水煲制件成型过程中充填时间、熔接痕位置和气穴位置等各种缺陷，从而确定水煲最佳浇注系统。

同时还根据冷却水路的布置和冷却参数的变化对水煲成型时熔体充填、流动和冷却过程的影响，确定最佳冷却系统方案。

最后运用正交试验工艺参数的优化分析方法，做进一步优化，确定最优成型工艺参数和成型方案。

本文中不仅熟悉计算机辅助软件MPI的使用方法，了解现代化生产工艺和要求，了解不同塑料特性和成型条件，而且对于塑料模的浇注系统和冷却系统有了进一步的认知。

其次，利用CAE技术对模具设计的优化，可避免模具在传统生产中出现的气孔、缩孔、充填不足等缺陷，提高产品的质量，更多情况下降低成本，改善了生产商的经济效益。

关键词：浇注系统；冷却系统；CAE；模拟分析毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Design Of Gating System And The Cooling System Based OnThe Technology Of Injection Mold CAEAbstract:This paper use Moldflow software to research the gating system of injection mould and cooling system optimization and simulation analysis for select the best molding process.This paper introduces the use of the MPI (Moldflow Plastics Insight) 6.1, the gating system of injection molding process design, cooling water to create, and the optimal gate location, etc.In this paper, according to different types of gating system to analysis the fill time in the process of stamping shape water boil, various defects such as weld mark and acupuncture point location, the best gating system to determine the water pot.Also according to the change of the arrangement of the cooling water and cooling parameters of molding melt filling water boil, the effect of flow and cooling process, determine the optimal cooling system solutions.Finally USES the method of orthogonal test process to produce several optimization analysis, further optimization, optimal molding process parameters and forming scheme.Keywords: Gating System; The Cooling System.CAE;Simulation Analysis目录前言 (1)第一章绪论 (2)1.1 注塑成型技术简介 (2)1.2 注塑模CAE技术 (2)1.2.1 CAE技术发展水平 (2)1.2.2 注塑模CAE技术发展趋势 (3)1.3 本文研究的目的和内容 (3)1.3.1 研究目的 (3)1.3.2 研究内容 (4)第二章注塑成型工艺方案设计 (5)2.1 浇注系统设计 (5)2.1.1 普通浇注系统的组成和设计 (5)2.1.2 主流道设计 (6)2.1.3 分流道设计 (6)2.1.4 浇口的设计 (7)2.1.5 水煲浇注系统设计 (9)2.2 冷却系统设计 (11)2.2.1 冷却水路布置 (11)2.2.2 常见冷却系统的结构 (11)2.2.3 水煲冷却水路的方案设计 (12)第三章基于MPI的注塑工艺CAE模拟仿真过程 (15)3.1 Moldflow软件简介 (15)3.2 水煲CAE仿真模拟分析 (15)3.2.1 产品模型导入 (15)3.2.2 网格的划分及修复 (16)3.2.3 最佳浇口位置的确定 (21)3.2.4 浇注系统创建 (22)I3.2.5 冷却系统创建 (24)3.2.6 分析序列选择 (26)3.2.7 注塑原料选择 (27)3.2.8 工艺参数设置 (27)3.2.9 分析计算 (28)第四章注塑成型模拟结果分析 (29)4.1 模拟结果分析 (29)4.2 水煲模拟分析结果比较 (30)4.2.1 浇注系统的分析比较 (30)4.2.2 冷却系统的分析比较 (33)4.3 水煲成型方案确定 (36)第五章基于正交试验工艺参数优化分析 (37)5.1 正交试验简述 (37)5.1.1 概述 (37)5.1.2 水煲的试验指标和因子 (37)5.2 数值模拟与正交试验方法结合的多工艺参数优化 (39)5.2.1 基于正交试验的多工艺参数优 (39)5.2.2 单个因素影响的试验 (42)第六章结论 (47)参考文献 (48)致谢 (49)附录 (50)II前言塑料成型在现代制造业中占有重要的地位，塑料制品随现代生活的变化而变的样式各异、绚丽多彩，因而对于成型塑料件的模具要求越来越高。

第22卷第10期Vol.22No.102008年10月Oct.,2008常熟理工学院学报（自然科学）Journal of Changshu Institute Technology （Natural Sciences ）定型模是挤出模具的重要组成部分，直接决定着型材的成型质量和生产能力.真空定型模是使型材冷却的最有效的系统，冷却水道的排布设计直接影响冷却的有效性，而这个有效性表现为冷却的强度和均匀性.大量不同的数据（水孔数量、位置和大小，冷却水的流动性及温度）使设计问题变得十分复杂.本文利用ANSYS 软件完成管材在定型模内冷却过程的有限元模拟，通过模拟结果，设计合理的冷却水道，使管材能够均匀冷却，减小因冷却不均匀而造成管材的变形，从而获得高精度的PVC 管材，扩大PVC 管材的应用范围.1模型的建立1.1传热方式分析［1－3］挤出成型是将塑料塑化成粘流状态，在挤出机压力作用下通过挤出机头，形成与口模相仿的连续体，经过冷却、定型后得到型材的过程.塑料型材离开机头后，进入定型模，在真空吸附力的作用下，与定型模型腔吻合，依靠循环水的冷却、定型.由于定型模内型材的温度场随时间发生明显变化，因此型材在定型模内冷却的过程属于瞬态传热过程.本实例模拟分析的对象是采用真空外定径法定型的定型模，分析过程中作如下假设：①挤出过程稳定，从口模挤出的熔融管坯温度均匀一致；②定型模具内壁温度恒定，管材外壁紧贴定型模内壁，温度等于模壁温度；③定型模与空气发生对流换热，空气恒温；④只考虑沿管壁厚度方向（径向）的传热，忽略管材轴向和周向的传热，且管材壁厚恒定；⑤忽略塑件热传导系数、比热随时间的变化.基于以上假设，建立的模型如图1所示.1.2初始条件和边界条件本算例认为型材与定型模的接触面接触良好，型材与内腔空气之间以及定型模外壁与室内空气之间属于对流换热，故它们满足第2类边界条件［2］，其控制方程为基于ANSYS 的多管材挤出定型模冷却系统的设计周雪峰1，冯金彪1，李杰1，王延民2（1.常熟理工学院化学与材料工程系，江苏常熟215500;2.西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都610500）摘要：基于ANSYS 软件，对塑料异型材在定型模内的温度场进行数值模拟.通过分析型材冷却过程中的热传递方式，对计算模型、初始条件和边界条件进行了更符合生产实际的假设或赋值，并根据模拟结果进行冷却水道的布置.关键词：ANSYS；定型模具；多管挤出中图分类号：TQ320.66文献标识码：A 文章编号:1008-2794(2008)10-0046-03收稿日期：2008-08-15作者简介：周雪峰（1979—），男，江苏常熟人，常熟理工学院化学与材料工程系助教，硕士.式中：ρ—塑料密度，C p —塑料比热，k —塑料的热传导系数，a —塑料与冷却水之间的换热系数，T f —冷却水温度，T 0—熔体初始温度根据型材实际生产工艺，确定如下初始条件：定型模温度为30℃，型材温度为200℃，空气温度为25℃，冷却水温度25℃，PVC 和定型模（钢）的热物理性能如表1所示.材料密度（Kg/m3）导热系数W/(m ·K)比热J(Kg ·℃)钢790017448PVC 13800.17 1.20表1材料热性能参数1.3ANSYS 分析过程ANSYS 是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、热、流体、电、磁及碰撞等问题，本文主要应用ANSYS 进行热分析，其求解步骤如下：①确定模型类型（Thermal ）；②定义单元类（Solid Quad4node55）和材料属性；③建立几何模型并进行网格划分，如图2所示；④选择分析模块（Transient ）；⑤边界条件设定，并确定冷却总时间长度和时间步长，其中冷却总时间等于定型模的长度与牵引速度之比；⑥后处理，显示模拟结果.2结果与讨论2.1结果分析经过ANSYS 的数值计算，得到如图3、4所示的模拟结果.图3为型材经过60s 后的温度分布图，从图中可以得出，A 点等型材角部温度较低，B 点等型材周围中间处温度较高，达到198℃.而温度分布的不均将使冷却不均匀而引起热应力，特别在角部尖角处应力集中更加明显，此种应力分布方式将降低管材强度，同时使型材产生变形.如图4所示的热量流动图，显示了型材热量的流动方式，在温度较高的部位（B 点等处）热量比较集中，在冷却过程中须传递的热量较多.因此，为使型材均匀冷却，须在温度集中部位加强冷却，主要方式是调整冷却水道布图2网格划分图热对流热传导121—定型模2—塑料型材图1热传递方式示意图第10期周雪峰，冯金彪，李杰，等：基于ANSYS 的多管材挤出定型模冷却系统的设计47常熟理工学院学报（自然科学）2008年48置、加大真空吸附作用等.在定型模具的设计过程中，通过调整冷却水道的布置对于提高冷却效果较易于实现.3型材温度分布图4型材热量流动图2.2优化设计基于以上的模拟结果和分析，定型模内型材周围的冷却水道设计如图5所示.由于型材形状简单、壁厚均匀，为使其均匀冷却，同时考虑加工方便，其周围的水道应当分布均匀、平衡布置，水道的半径和长度应大体一致；在型材的尖角处，温度较低，因此冷却水道的直径可以适当减小.3结论（1）在多管挤出定型模具生产的条件下，温度的冷却图5定型模冷却水道设计图是至关重要的，由于管材精细，难以实测，计算机模拟就成了首选办法.研究证明，管材内温度分布是不均匀的，多管挤出定型模具的内部温度在不断的变化，因此不能简单地直接采用ANSYS软件对该过程进行模拟，而需要考虑外界及材料的性质，使得多管挤出定型模具的ANSYS计算成为可能.（2）通过对塑料多管挤出在定型模内冷却过程的有限元模拟，获得了该过程的瞬态温度场.（3）通过对模拟结果的分析，给出相应的定型模水道设计.这种基于数值模拟的定型模设计新方法，将改变定型模凭传统经验设计的模糊性，并进一步提高其设计的准确性.参考文献：［1］宋满仓，赵丹阳，王敏杰，等.定型模内塑料异型材瞬态温度场的数值模拟［J］.农业机械学报，2005，36（1）：111－113.［2］刘永志，李海梅，宋刚，等.有限元法求解无定形料挤出制品水浴冷却温度场［J］.中国塑料，2003，17（8）：58－61.［3］黄明玖.异型材定型模优化设计［J］.塑料，2005，34（1）：90－92.ZHOU Xue-feng1，FENG Jin-biao1，LI Jie1，WANG Yan-min2（1.Department of Chemistry and Material Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu215500，China; 2.Sfate key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geolgy and Exploitation,Southwest Petroleum University,Chengdu610500,China）Abstract:The numerical simulation of temperature field of the plastic profile based on ANSYS is applied.Plastic profile produced by extrusion die is cooled down and calibrated by calibrating tool.Based on the analysis of heat transfer during the cooling process,the calculation models are presented,hypo theses and evaluations about initial and boundary conditions are given.Those are nearer practical manufacturing,and then ANSYS is applied to simulate the cooling process of plastic profile staying at calibrating tool.The cooling system has been designed according to the results of simulation.Key words:ANSYS；calibrating tool；multi-extrusion。

基于ANSYS Workbench的聚合物熔体孔芯式冷却结构数值模拟及优化李晓丹;汪澎;王泽鸣;信春玲;何亚东【摘要】提出了一种结构强度大、冷流体流道独立密封的孔芯式冷却结构,采用数值模拟计算分析孔芯直径和孔芯数量两个主要结构参数对熔体冷却均化性能的影响规律,并利用综合评价指标计算得到了一定工艺条件下的最优结构参数值.研究结果表明:与孔芯数量相比孔芯直径对结构冷却均化性能的影响更加显著;适当减小孔芯直径、增大孔芯数量有助于减小孔芯结构的压力损失,提高孔芯结构的冷却均化性能;在固定外形尺寸且10 kg/h产量的工艺条件下,最优化结构参数值为孔芯直径6 mm,孔芯数量12.【期刊名称】《北京化工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(045)006【总页数】7页(P66-72)【关键词】挤出发泡;冷却传热;混合性能;数值模拟;综合评价指标【作者】李晓丹;汪澎;王泽鸣;信春玲;何亚东【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京100029;泰信塑料有限公司,泰安271000;北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TP391.7引言聚合物发泡材料重量轻、强度高、隔热隔音、价格低廉，并且具有能量吸收性能，广泛应用于建筑建材、生物医学、工业包装、汽车轻量化及风力发电等领域[1-2]。

在发泡材料制品挤出成型过程中，聚合物熔体经过挤出机、冷却均化设备和成型机头，最终制成相应的塑料发泡制品[3-4]。

聚合物熔体加工过程中的温度、压力及配料间的混合程度都会不同程度地影响制品的质量[5]，因此对聚合物熔体发泡过程中换热设备的结构与性能进行研究改进具有重要意义。

目前已开发出的熔体冷却结构主要有类似于SMX静态混合器的混合冷却结构[6]、用于聚合物熔体拉伸流动的静态冷却结构[7]，以及苏尔寿公司的SMXLTM换热冷却结构、Primix公司的Primix高黏度流体冷却结构、SAMHWA公司的CSM冷却结构等。

0引言ANSYS 是一种广泛的商业套装工程分析软件[1]。

所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求[2-3]。

本文根据冷却管对型坯的降温情况，利用ANSYS Workbench 有限元分析软件选用能够全面模拟冷却管对型坯降温情况的热-流耦合来进行分析计算，最后根据计算结果云图确定更加适合冷却的管道[4]。

1管道对型坯降温冷却的热-流耦合分析1.1冷却管尺寸的确定根据实际情况，可对冷却模型的外部条件做出设定，设定中确定模型和周围空气的热交换形式为热对流，冷却管道冷却的时间为30s ，并确定周围空气温度为22℃，模具和周围空气的对流系数为5w/（m 2/k ），而型坯的初始温度为22℃。

当中空吹塑机械的挤出机头挤出圆形型坯时，型坯的温度为220℃左右。

另外，对于模具部分的冷却系统，能够获得冷却液的流速为v=0.5m/s ，冷却水的进口温度20℃，出口外部环境温度为22℃，出口为环境压力，一个标准大气压。

最终获得冷却管计算结果云图。

本文在冷却分析中，首先将冷却管参数分成2组数据进行研究，最终可通过两组数据的分析检验来确定优化冷却铜管的直径。

冷却管参数如表1所示。

根据热-流耦合计算结果云图所示可知，一号管和二号管对型坯的降温情况几乎想同，进水口温度较低，大约在293K ，出水口相较入水口温度高一些，大约在297K ，基本上符合实际中入水口、出水口的温度情况。

本型坯内的温度基本上在293K 至297K 之间，符合正常工作时，型坯———————————————————————作者简介:佟克伟（1986-），男，辽宁盘锦人，讲师，本科，机械设计及其自动化专业。

基于ANSYS 吹塑模具冷却系统的热-流耦合分析Coupled Thermo-Hygro Analysis on the Cooling System for Blowing Mold Based on ANSYS佟克伟TONG Ke-wei（辽宁工程职业学院机械工程系，铁岭112000）（Department of Mechanical Engineering ，Liaoning Engineering Vocational College ，Tieling 112000，China ）摘要:为了研究吹塑模具冷却系统的设计，运用ANSYS workbench 有限元软件，对模具的冷却管的尺寸，冷却管的预埋深度进行分析比较，最终确定更加适合吹塑模具冷却的管道。

基于ANSYS/LS-DYNA的钢管冷拔工艺有限元分析本文针对实际生产中钢管冷拔工艺出现的一些问题展开分析与研究。

由于冷拔过程中金属流动规律复杂，是集几何非线性、材料非线性和边界非线性的相互耦合过程，目前对其变化仍然缺乏系统的研究，如横裂、纵裂的最大应力值、最佳模锥角等问题，笔者采用三维动态数值模拟可以更好地解决这一问题。

本文主要工作为：1．利用ANSYS／LS-DYNA软件分别建立了空拔钢管、短芯棒拔制和游动芯棒拔制的三维有限元模型，并按实际情况进行边界处理和加载，动态模拟钢管的拔制过程。

弥补了大多学者简化为二维问题得不足，更加贴近实际。

2．从钢管轴向、周向和径向应力分布规律分析三种拔制方式在实际生产中产生如横裂、纵裂和抖纹等问题成因，同时得到了任意时刻的场量分布，克服了许多学者将研究基于某一时刻的不足，为更好地解决生产问题提供依据。

3．根据三种拔制方式的拔制力分布规律将拔制力分为了几个阶段。

同时选取冷拔工艺中空拔钢管利短芯棒拔制作了比较分析，得剑了拔制过程中的相同和不同之处，可为选取冷拔方式提供参考。

4．工艺参数和拔制力的关系以前很少有报道，本文通过空拔钢管和短芯棒拔制的数值模拟，得到了摩擦系数、模锥角和壁厚的影响关系，所得结果可为冷拔工艺优化设计提供依据。

5．制定了游动芯棒拔制合适的模锥角配合方案，从不同配模钢管定径带轴向最大拉应力分布、不同配模对拔制力的影响和不同配模芯头与外模相对位置分布展开了讨论，得到了最佳模锥角配合参数。

可为实际生产作指导。

本文利用ANSYS／LS-DYNA软件非线性分析技术，分析了钢管拉拔过程产生如横裂、纵裂等问题的机理，同时探讨了工艺参数(模锥角、摩擦系数、壁厚)与拔制力的关系，所得结果为从事冷拔行业工艺设计提供了可靠的依据。

[内容提要]一、前言二、挤出模具技术实现的条件三、挤出模具冷却系统的定型方法四、挤出模具冷却系统的结构设计五、利用计算机技术进行冷却分析六、结束语一、前言塑料异型材由于庞大的市场需要和广阔的发展前景，近几年在我国得到了飞速的发展。

目前，国外模具普遍生产率较高，牵引速度一般在3~5米/分钟以上，有的甚至达到6米/分钟以上。

而国内模具主型材最好的情况也只能3米/分钟左右，与国外模具相比还存在一定的差距。

影响挤出速度的因素很多，当设备和生产工艺一定时，模具中冷却水流通道的设计是否合理，将是能否提高挤出速度的关键。

本文就模具冷却系统的设计问题进行一些技术性的探讨，欢迎同行们提出意见和批评。

二、挤出模具技术实现的条件塑料挤出模具技术的实现是通过挤出机、辅机、型材模具、PVC配方、挤出生产工艺在内的一系列系统工程。

1、一个性能稳定、质量可靠的挤出机；2、塑化性能稳定的配方体系；3、良好的挤出生产工艺；4、辅机定型台长度不小于4米，水温保证在10℃以上，20℃以下，具有2sK-3水环式真空泵2~4台的真空抽气量（≥0.09）；5、辅机牵引机需20KN以上的牵引力，牵引速度应达到4米/分钟以上；6、高性能的挤出模具：a、高产量的模头；b、定型套高效化；塑料异型材加工过程中的产品质量、稳定性及生产率很大程度上取决于定型和冷却技术，要使得型材降低至玻璃化温度以下，冷却过程依赖诸多因素，如熔体温度、定型套长度和温度、真空度的大小等；而采用干式定型套和直接水冷却法相配合使型材内筋更快冷却是高速挤出的关键；c、减少阻力：在干式定型套冷却之后，增加了强力冷却定型板及水套，实现高速挤出生产，定型套阻力小于20KN，消除阵车现象。

下表一是将高速挤出模具与普通模具作一对比，可见其高速挤出模具结构复杂，制造难度大，对挤出机、挤出工艺及配方要求更高。

表一类别项目高速模具普通模具备注口模平直段（L）较短较长高速模具平直段较短主要是为了减少物料的摩擦和阻力，一般L=25t，t是产品壁厚机头流道形式单独供料流线型流道整体供料流线型流道由于整体供料，物料易产生牵连流动，连界效应较大，但加工简单，适合普通模具，而单独供料，物料不易产生牵连流动，适合高速挤出。

挤出成型塑料管材冷却过程的建模与温度场数值模拟挤出成型是一种常用的塑料制造工艺，可以生产出各种塑料管材。

在挤出成型过程中，冷却过程是非常重要的，直接影响着最终产品的质量。

为了优化生产过程，我们可以通过建模和数值模拟来研究挤出成型塑料管材的冷却过程和温度场。

首先，为了进行建模和数值模拟，我们需要考虑一些基本的假设和约定。

假设挤出机的出料速度和温度是稳定的并且均匀分布的。

同时，我们可以假设流动是层流的，材料的物理性质是均匀的，如热传导系数和比热容。

此外，我们还可以假设管材的表面是绝热的。

基于这些假设，我们可以建立挤出成型塑料管材冷却过程的数学模型。

首先，我们可以使用Navier-Stokes方程描述流体力学行为，其中包括质量守恒、动量守恒和能量守恒。

对于非稳态问题，我们还需要考虑非稳态热传导方程。

对于冷却过程的建模，我们可以将挤出出口处的塑料管材视为一维的体积，忽略径向的变化。

然后，我们可以应用热传导方程来描述塑料管材的温度分布，其中热传导系数和比热容在模型中是常数。

数值模拟是研究挤出成型塑料管材冷却过程的常用方法之一。

在进行数值模拟前，我们需要将建模的方程进行离散化处理，转换成有限差分或有限元方程。

然后，我们可以使用计算软件来解决这些离散方程，得到温度场的数值解。

在进行数值模拟时，我们需要设置合适的边界条件和初始条件。

对于边界条件，我们可以将挤出出口处的温度设置为初始温度，同时可以模拟常见的冷却方式，如空气冷却或水冷却。

对于初始条件，我们可以假设挤出机出料时的塑料管材温度均匀分布。

通过进行数值模拟，我们可以得到挤出成型塑料管材冷却过程的温度场分布。

通过分析温度场的变化，我们可以优化冷却过程，提高挤出成型的效果。

例如，我们可以调整冷却介质的流速和温度，改变冷却时间或冷却方式，以实现更好的冷却效果。

总之，建模和数值模拟是研究挤出成型塑料管材冷却过程的有效工具。

通过建立适当的数学模型，并进行数值模拟，我们可以了解冷却过程的温度分布，优化生产工艺，提高产品质量。

基于Ansys软件的带孔金属板冷却过程分析在实际工程中，经常需要对材料的热性能进行分析。

热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。

热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。

ANSYS软件提供了一些常用的热功能，本算例将以一个受均布荷载的长方形带孔金属板为例，介绍实用ANSYS软件对构件热分析过程。

1、问题描述一长方形金属板，板的长度为15cm，宽度为5cm，板中央是一半径为1cm的圆孔，板的初始温度为500℃，将其突然放置于温度为20℃，表面传热系数为100W/(m2·℃)的流体介质中，试计算：1）第1s及第50s这两个时刻金属板内的温度分布。

2）金属板上4个顶点在前50s内的温度变化。

3）整个金属板在前50s内的温度变化。

该金属板的基本材料性质如下：密度=500kg/m3；比热容=200J/（kg·℃）；导热系数=5W/（m·℃）2、分析步骤（1）建立工作标题选择菜单Utility Menu：File→Change Title命令，输入ming，单击OK按钮关闭对话框。

（2）定义单元类型选择菜单Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，出现Element对话框。

单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框，在Library of Element Types下拉列表中选择Thermal Solid，Quad 4node55，单击OK 按钮关闭对话框，单击Element Types对话框中的Close按钮，关闭对话框。

（3）定义材料属性1）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Material Props→Material Models命令，出现Define Material Model Behavior对话框。

目录1 绪论 (1)1.1 行业模具 (1)1.2 国内外模具发展状况和趋势 (1)2 挤出工艺与模具设计 (3)2.1 挤出模具设计 (3)2.2 机头设计 (3)2.3 分流锥及其支架设计 (3)2.4 冷却定径套设计 (4)2.4.1 内定径芯模 (4)2.4.2 压缩空气外定径套 (5)2.4.3 真空外定径套 (5)2.5 过滤部分（机头过滤体） (6)2.6 机头和挤塑机联接设计 (8)2.7 机筒 (9)2.8 模具内熔料的流变特性 (10)2.9 挤塑模设计的理论基础 (10)3 模具的装配和校核 (11)3.1 塑料熔体在圆管内流动 (11)3.2 口模联接螺钉的强度校核 (13)3.3 口模尺寸 (13)3.3.1 成形端长度 (13)3.4 机筒材料 (14)3.5 分流器支架的校核 ................................. 错误！未定义书签。

3.6 PRO/E 模具装配 ................................... 错误！未定义书签。

3.6.1 绘制三维图 ..................................... 错误！未定义书签。

3.6.2 零件装配 ....................................... 错误！未定义书签。

3.6.3 装配爆炸图 ..................................... 错误！未定义书签。

3.7 ANSYS有限元静力分析.............................. 错误！未定义书签。

3.7.1 分析问题 ....................................... 错误！未定义书签。

3.7.2 建立模型 ....................................... 错误！未定义书签。

挤出成型塑料管材冷却过程的建模与温度场数
值模拟
挤出成型塑料管材冷却过程的建模与温度场数值模拟，是指在分析和设计过程中对挤出成型塑料管材冷却过程的物理本征和动态变化进行建模，以及通过研究温度场的行为，实现对整个运行系统的数值模拟及其仿真。

首先，建立一个包括热物理学本征的数学模型，描述挤出成型塑料管材的温度场的变化情况。

该模型将植入各种热传播方程，耦合由冷却系统产生的冷却参数，以及在热流强度和温度分布之间形成的热输入或热输出等外因素。

其次，基于上述建模结果，选取多种分析算法，实现数值模拟。

具体来讲，将根据热比容式、金属热变形模型和温度场分析，计算各类温度场和流场变量，并通过此得出精确的流动模型和温度分布图；同时，还将根据内部结构性质的变化、体积的变化以及冷却速度的变化，构建流体力学分析模型，计算热流强度和温度分布的变化特征。

最后，运用上述数值模拟的结果，通过仿真分析等手段，完成对挤出成型塑料管材冷却过程的数值实验。

仿真分析将根据加工工艺、材料特性及运行参数，构建可靠的仿真模型，从而验证建立的模型结果，确保结果的有效性。

并且，为进一步优化冷却系统提供参考指导意见，实现有效的运行效率。

挤出联动生产线吹风冷却装置结构优化有限元分析吕炜帅;臧金旺;李慧敏;李长金【期刊名称】《橡胶科技》【年(卷),期】2014(000)012【摘要】利用流体力学软件ANSYS-FLUENT对挤出联动生产线吹风冷却装置进行流场有限元分析模拟，对比结构优化前后吹风冷却装置内部的流体（空气）速度场和压力场分布规律。

结果表明，结构优化后吹风冷却装置出口流体速度分布和压力分布较均匀，能较好地满足挤出联动生产线挤出单条或多条半成品的吹风冷却要求。

%The ifnite element model for the air blast cooling device of extrusion line was built by using CFD software ANSYS-FLUENT. The velocity field distribution and pressure field distribution of the air flow for the original device and the modiifed device were analyzed and compared. The results indicated that after modiifcation, the air lfow velocity ifeld distribution and pressure distribution were more uniform, and the modiifed device could better meet the cooling requirement for production of single or multiple strip products.【总页数】6页(P46-51)【作者】吕炜帅;臧金旺;李慧敏;李长金【作者单位】天津赛象科技股份有限公司，天津 300384;天津赛象科技股份有限公司，天津 300384;天津赛象科技股份有限公司，天津 300384;北京化工大学，北京 100029【正文语种】中文【相关文献】1.提高轮胎部件挤出质量的挤出机与挤出生产线的联动控制 [J], 王颖2.挤出联动生产线吹风冷却装置结构优化有限元分析 [J], 吕炜帅;臧金旺;李慧敏;李长金;3.钢丝圈挤出缠绕生产线覆胶机头结构优化设计 [J], 吕炜帅4.轮胎挤出联动生产线新型胶片自动递头装置的设计 [J], 吕炜帅;5.胎面挤出联动生产线格栅车式自动拾取设备的开发 [J], 王贵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

ANSYS-based Numerical Simulation of the Extrusion
Process
作者： 张蜀红
作者机构： 新疆轻工职业技术学院,新疆乌鲁木齐830021
出版物刊名： 邢台职业技术学院学报
页码： 69-71页
年卷期： 2010年 第1期
主题词： 模头;塑料模具;数值模拟
摘要：本文根据聚合物流变学理论，以有限元软件Ansys、Polyflow和Flow2000为平台，采用数值模拟的方法对挤出模具材料一次性摩擦的影响后对模具的温度场、应力场进行数值模拟，从而给出了塑料异型材挤出模具高速稳定设计的数值模拟及优化方法。

这样即可节约设计
时间，又可节约成本，同时提高了产品的设计质量和精度。