毕业答辩-热压机压头结构设计及传热性能分析研究

热压机压头结构设计及传热性能

分析研究答辩学生：李守延指导教师：王俊尧学院：机械工程学院NortheastDianliUniversityMechanicalEngineeringCollege目录CONTENTS研究意义与思路设计过程总结展望有限元传热分析1234研究意义与思路PARTONE1研究的意义与思路

课题选用聚合物微结构热压成型机进行研究，技术其制造周期短、方法简易，聚合物微流控芯片已经广泛被使用，因此具有分析与研究的价值。本次设计从机械能力与热传递能力依次分析热压头性能特点。热压机是一种在加压过程的同时给制件加热使之胶合、塑化、固化或硫化成型的一种机器。因此，它不但有压力机的压力系统和主体结构，而且增加了热压机所特有的加热和冷却系统。

ge四柱式热压机PARTTWO2设计过程2设计过程

如左侧图片为简单设计的包括热压头的热压机模型，其主要的两大部分组成是热压机主体及控制机构系统。液压机主体部分包括液压缸、活动横梁、立柱、上下工作横梁、上下热压头等结构组成。该结构采用四柱三板式，活动板的垂直精度由四组控制精密的导套来实现。在所叙述的立式四柱热压机中,液压缸固定在上横梁上,柱塞与活动梁刚性连接。活动梁由柱引导,在工作流体的压力下上下移动。本文主要是对机械主机本体中热压机压头进行机构设计，不包括液压系统控制机构，所以不分析液压系统。

2设计过程

热压头是热压机中控制温度的重要零部件之一，热压头的表面精度、强度以及里面加热通道的安放会影响温度场的分布和热介质的流动，进而影响所加工聚合物的品质。热压头通过刚性连接固定在热压机的移动板上，通过立柱的导向作用上下移动来对聚合物进行热压过程。热压头的结构一般包括下加热板、加热片、连接板组、固定板组以及水箱。下面对这些结构进行介绍。

热压头模型及结构图

加热板：热压机下板，对目标聚合物进行热压成型的接触板，一般采用合金结构钢制成。加热板表面设计成加热孔道。2设计过程热压头加热板模型加热片：加热片是一种电子元件，通常利用电阻丝来加热，其作为热压头唯一的加热件被水箱固定在加热板的上方。2设计过程加热片模型及结构图

连接板：热压头的中间及两侧板用于连接与固定整个热压机压头结构，整个连接板截面呈现“工”字型形状。这种“工”字型连接板需要至少三块平面板，中间一块板起支撑作用，另两块中间开孔使用紧固螺栓将其与中间板固定住。2设计过程连接板模型图

水箱：在热压机压头两侧处分别放置水箱，将其置于发热片上方将其固定，主要作用是将加热的热量进行保温，结构类似于阶梯状，中空结构，用于加注水、油等液体进行热量的保存。内部要求热损耗小保温效果好，上下部分用螺钉连接紧固，方便安装与拆卸用于检修与维护并更换水箱中的液体。2设计过程水箱模型图PARTTHREE3.有限元传热分析3.1有限元简介

ANSYS软件通用有限元分析软件，是融机构、液流体、电磁场分析于一体的有限元分析软件。ANSYS具有以下特点：使用方便，满足各种工程要求；不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析。本文用ANSYSWorkbench分析软件来研究微型管道的热压机压头的热传递过程，对热压头进行热-结构耦合分析，得出热压头加热过程中的温度变化，验证温度对热压头的影响，对热压头进一步的结构优化设计提供基础与帮助。由于热压机压头一系列传热过程与时间有关，我们选择瞬态热分析进行热压头的分析。Workbench主界面

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加载和求解施加初始边界条件与系统温度最后求解3.1ANSYSWorkbench热分析过程前处理在三维画图软件中创建模型并建立网格后处理加载出结果云图Workbench主要有三个过程：

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3.2Workbench材料参数的确定要进行workbench分析首先确立参数3.3建模与划分网格

为了分析系统的热特性，首先需要建立系统的三维实体模型。

在热分析之前先对热压机压头的三维模型进行网格划分，得到网格化的有限元模型。3.4建立初始条件初始条件3.5建立分析过程分析过程3.6热流过程热流过程：对热压头上表面进行加热3.7热流过程保温过程：热压头整体温度保持不变3.8对流过程对流过程：目的是为了温度逐渐下降3.9后处理结果热分析结果云图时间分布结果3.9后处理结果随着时间的变化，热压头各个位置温度的大小3.9后处理结果保温过程冷却过程3.9后处理结果视频3.9后处理结果热压头最大温度热压头最小温度3.9后处理结果

从变化曲线图中可以看到最大温度从室温22℃开始逐渐升温直达140℃后温度保持不变一段时间最后下降为室温，这与我们的预计结果类似，但这时再看最小温度当其温度上升到80℃左右时有一个温度突变区温度在很短的时间内到达120℃，这是因为一开始导入Workbench中的热压头三维模型是一个整体结构也就是说它并没有下加热板、中间板等机械部分组成。当我们将热流加到加热板上表面时，这个表面温度就是最大温度，而因为热传递的原因压头的顶端温度最低，这两者之间始终存在温度差，而给出的条件是让压头在某一时刻温度相等，因此便出现了温度突变的现象。可以看出在突变后最大温度与最小温度的变化曲线基本相似。为此必须在做一组分析。

3.10新建模型3.11参数设定3.12后处理结果

云图中对于热压头的热传递研究可以直观的看出每一时刻的温度变化及数值大小，且热压头温度上升，在缓慢下降且温度没有突变的过程，符合加热的规律。3.12后处理结果视频4总结展望

虽然本文提出了一种聚合物微通道热压机，并设计了热压压头主体结构并且对其进行了一些热量分析，但论文还是存在错误与不合理的地方由于能力有限在热压机压头主体结构传热性能分析过程中，只考虑了