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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,熱壓機壓頭結構設計及傳熱性能,分析研究,答辯學生：,Northeast Dianli University Mechanical Engineering College,目 錄,CONTENTS,研究意義與思路,設計過程,總結展望,有限元傳熱分析,1,2,3,4,2,研究意義與思路,PART,ONE,3,1,研究的意義與思路,課題選用聚合物微結構熱壓成型機進行研究，技術其制造周期短、方法簡易，聚合物微流控芯片已經(jīng)廣泛被使用，因此具有分析與研究的價值。本次設計從機械能力與熱傳遞能力依次分析熱壓頭性能特點。
2、,熱壓機是一種在加壓過程的同時給制件加熱使之膠合、塑化、固化或硫化成型的一種機器。因此，它不但有壓力機的壓力系統(tǒng)和主體結構，而且增加了熱壓機所特有的加熱和冷卻系統(tǒng)。,ge,四柱式熱壓機,4,PART,TWO,2,設計過程,5,2,設計過程,如左側圖片為簡單設計的包括熱壓頭的熱壓機模型，其主要的兩大部分組成是熱壓機主體及控制機構系統(tǒng)。液壓機主體部分包括液壓缸、活動橫梁、立柱、上下工作橫梁、上下熱壓頭等結構組成。,該結構采用四柱三板式，活動板的垂直精度由四組控制精密的導套來實現(xiàn)。在所敘述的立式四柱熱壓機中,液壓缸固定在上橫梁上,柱塞與活動梁剛性連接?；顒恿河芍龑?在工作流體的壓力下上下移動。,本
3、文主要是對機械主機本體中熱壓機壓頭進行機構設計，不包括液壓系統(tǒng)控制機構，所以不分析液壓系統(tǒng)。,6,2,設計過程,熱壓頭是熱壓機中控制溫度的重要零部件之一，熱壓頭的表面精度、強度以及里面加熱通道的安放會影響溫度場的分布和熱介質(zhì)的流動，進而影響所加工聚合物的品質(zhì),。,熱壓頭通過剛性連接固定在熱壓機的移動板上，通過立柱的導向作用上下移動來對聚合物進行熱壓過程。,熱壓頭的結構一般包括下加熱板、加熱片、連接板組、固定板組以及水箱。下面對這些結構進行介紹。,熱壓頭模型及結構圖,7,加熱板：熱壓機下板，對目標聚合物進行熱壓成型的接觸板，一般采用合金結構鋼制成。加熱板表面設計成加熱孔道。,2,設計過程,熱壓頭
4、加熱板模型,8,加熱片：加熱片是一種電子元件，通常利用電阻絲來加熱，其作為熱壓頭唯一的加熱件被水箱固定在加熱板的上方。,2,設計過程,加熱片模型及結構圖,9,連接板：熱壓頭的中間及兩側板用于連接與固定整個熱壓機壓頭結構，整個連接板截面呈現(xiàn)“工”字型形狀。這種“工”字型連接板需要至少三塊平面板，中間一塊板起支撐作用，另兩塊中間開孔使用緊固螺栓將其與中間板固定住。,2,設計過程,連接板模型圖,10,水箱：在熱壓機壓頭兩側處分別放置水箱，將其置于發(fā)熱片上方將其固定，主要作用是將加熱的熱量進行保溫，結構類似于階梯狀，中空結構，用于加注水、油等液體進行熱量的保存。,內(nèi)部要求熱損耗小保溫效果好，上下部分用
5、螺釘連接緊固，方便安裝與拆卸用于檢修與維護并更換水箱中的液體。,2,設計過程,水箱模型圖,11,PART,THREE,3.,有限元傳熱分析,12,3.1,有限元簡介,ANSYS軟件通用有限元分析軟件，是融機構、液流體、電磁場分析于一體的有限元分析軟件。ANSYS具有以下特點：使用方便，滿足各種工程要求；不僅可以進行線性分析，而且可以進行非線性分析。,本文用ANSYS,Workbench,分析軟件來研究微型管道的熱壓機壓頭的熱傳遞過程，對熱壓頭進行熱-結構耦合分析，得出熱壓頭加熱過程中的溫度變化，驗證溫度對熱壓頭的影響，對熱壓頭進一步的結構優(yōu)化設計提供基礎與幫助。由于熱壓機壓頭一系列傳熱過程與時
6、間有關，我們選擇瞬態(tài)熱分析進行熱壓頭的分析。,Workbench主界面,13,1,加載和求解,施加初始邊界條件與系統(tǒng)溫度最后求解,3.1 ANSYS Workbench,熱分析過程,前處理,在三維畫圖軟件中創(chuàng)建模型并建立網(wǎng)格,后處理,加載出結果云圖,Workbench,主要有三個過程：,2,3,14,3.2 Workbench,材料參數(shù)的確定,要進行,workbench,分析首先確立參數(shù),15,3.3,建模與劃分網(wǎng)格,為了分析系統(tǒng)的熱特性，首先需要建立系統(tǒng)的三維實體模型。,在熱分析之前先對熱壓機壓頭的三維模型進行網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格化的有限元模型。,16,3.4,建立初始條件,初始條件,3.5,
7、建立分析過程,分析過程,17,3.6,熱流過程,熱流過程：對熱壓頭上表面進行加熱,3.7,熱流過程,保溫過程：熱壓頭整體溫度保持不變,18,3.8,對流過程,對流過程：目的是為了溫度逐漸下降,19,3.9,后處理結果,熱分析結果云圖,時間分布結果,20,3.9,后處理結果,隨著時間的變化，熱壓頭各個位置溫度的大小,21,3.9,后處理結果,保溫過程,冷卻過程,22,3.9,后處理結果視頻,23,3.9,后處理結果,熱壓頭最大溫度,熱壓頭最小溫度,24,3.9,后處理結果,從變化曲線圖中可以看到最大溫度從室溫22開始逐漸升溫直達140后溫度保持不變一段時間最后下降為室溫，這與我們的預計結果類似，
8、但這時再看最小溫度當其溫度上升到80左右時有一個溫度突變區(qū)溫度在很短的時間內(nèi)到達120，這是因為一開始導入Workbench中的熱壓頭三維模型是一個整體結構也就是說它并沒有下加熱板、中間板等機械部分組成。當我們將熱流加到加熱板上表面時，這個表面溫度就是最大溫度，而因為熱傳遞的原因壓頭的頂端溫度最低，這兩者之間始終存在溫度差，而給出的條件是讓壓頭在某一時刻溫度相等，因此便出現(xiàn)了溫度突變的現(xiàn)象?？梢钥闯鲈谕蛔兒笞畲鬁囟扰c最小溫度的變化曲線基本相似。為此必須在做一組分析。,25,3.10,新建模型,3.11,參數(shù)設定,26,3.12,后處理結果,云圖中對于熱壓頭的熱傳遞研究可以直觀的看出每一時刻的溫
9、度變化及數(shù)值大小，且熱壓頭溫度上升，在緩慢下降且溫度沒有突變的過程，符合加熱的規(guī)律。,27,3.12,后處理結果視頻,28,4,總結,展望,雖然本文提出了一種聚合物微通道熱壓機，并設計了熱壓壓頭主體結構并且對其進行了一些熱量分析，但論文還是存在錯誤與不合理的地方 由于能力有限在熱壓機壓頭主體結構傳熱性能分析過程中，只考慮了瞬態(tài)熱分析下下，單一的溫度變化，沒有考慮到其熱變形的情況。,由于主要分析的是熱壓機熱壓壓頭結構，因此對于熱壓機框架結構的三維模型就沒有放入有限元研究中，減少了工作量的同時，也在一定程度上帶來了一些誤差，本文的熱分析還需要進一步的研究。,29,請老師批評指導,THANKS,30,
熱壓機壓頭結構設計及傳熱性能分析研究
