LOM薄木层积热压过程中温度实时模拟模型构建

[目的]采用数学方法实时描述LOM薄木层积热压过程中的温度变化,探讨热压工艺参数与温度场分布梯度的关系,为满足成型零件胶合质量与加工精度需求提供参考.[方法]以木材传热理论为基础,根据能量守恒定律,建立LOM薄木层积热压过程的传热控制方程和边界方程,通过基本假设简化模型,将层积热压过程的三维非稳态导热问题简化为一维非稳态传热问题.采用向前差分法对控制方程和边界条件进行离散,利用MATLAB软件实时模拟层积热压过程中零件内部的温度场,观察温度场变化.对不同深度层的温度分布曲线进行分析,解释层积热压过程中温度随层数变化的规律,并根据仿真所得数据绘制二维折线图.[结果]由MATLAB仿真结果和薄木层积热压温度曲线数学模型可知,随着叠加层数增加,热压板对薄木层温度的影响不断减弱.靠近热压板的薄木层温度变化显著,是因为当热压板工作时,薄木层与热压板之间产生强烈的对流换热,薄木层温度上升,当热压层数为15层时,靠近热压板的首层薄木层温度为113.07℃.沿薄木层积垂直方向,随着薄木层深度增加,热压板对薄木层温度的影响不断减弱,是因为离开热压板后低温空气进入并与薄木层进行对流换热,薄木层温度迅速下降,第3层温度为99.61℃,由第1层到第3层,间隔1层,温度下降近14.00℃.在一定深度以下或接近底板的薄木层,温度变化较为缓慢,第13层温度为77.50℃,第15层即靠近底板的薄木层温度为75.64℃,第13层到第15层,间隔1层,温度下降不到2.00℃.[结论]模型中模拟数据与试验数据拟合优度较高,模型对LOM制造工艺具有较强指导作用.本研究所建数学模型与LOM机床工作过程相吻合,所编程序可用于分层实体制造过程中温度场的实时模拟,MATLAB仿真过程可计算模型各点温度变化历程,对提高薄木黏结质量十分重要.