【结构机械】自动压力凝胶工艺充模过程的三维非等温数值模拟

一、研究背景

自动压力凝胶（APG）工艺是电机绝缘领域的重要成型技术，广泛应用于干式变压器、互感器等电气设备的绝缘成型。APG工艺中，环氧树脂混合料在注射压力下填充模具型腔，随后固化成型。充模过程的数值模拟对于优化工艺参数、减少缺陷具有重要意义。

二、APG工艺原理

2.1 工艺流程

APG工艺主要包括：

• 预热：模具和环氧树脂预热到指定温度
• 注射：在压力作用下将混合料注入模具
• 充模：混合料流动填充型腔
• 固化：在加热条件下固化成型
• 脱模：制品固化后脱模

2.2 缺陷类型

常见缺陷包括：

• 气穴：气体被困在树脂中
• 熔接线：两股料流汇合处的弱连接
• 欠注：型腔未完全填充
• 翘曲：冷却不均匀导致变形

三、数值模拟方法

3.1 流动分析

充模过程的流动控制方程：

• 质量守恒：连续性方程
• 动量守恒：Navier-Stokes方程
• 能量守恒：考虑非等温效应

3.2 固化分析

固化过程涉及：

• 固化度变化
• 黏度增长
• 放热反应
• 体积收缩

四、TrueGrid建模

4.1 几何模型

建立模具和制品的几何模型：

• 三维扫描获取实际制品形状
• 几何简化处理
• 流道系统建模

4.2 网格划分

采用TrueGrid生成高质量六面体网格：

• 模具型腔网格
• 流道系统网格
• 制品壁厚方向网格加密

五、模拟结果分析

5.1 温度场分布

充模过程中温度场的演变：

• 注射初始温度分布
• 流动过程中的温度变化
• 固化反应的放热效应

5.2 压力场分布

识别欠压区域和压力峰值：

• 熔体流动前沿压力
• 浇口附近的压力集中
• 气穴形成位置预测

5.3 填充率分析

填充率随时间的变化：

• 实验与仿真对比验证
• 工艺参数优化依据

六、结论

三维非等温数值模拟能够有效预测APG充模过程中的温度场和压力场分布，为工艺参数优化提供理论依据，减少气穴、熔接线等缺陷的发生。

七、涉及图片

• 图1：APG工艺原理示意图 — 注射充模→固化→脱模全过程工艺流程
• 图2：三维几何模型与网格图 — 模具型腔的TrueGrid六面体网格
• 图3：不同时刻温度场分布云图 — 充模过程中温度场的彩色等值线演变
• 图4：压力场分布云图 — 熔体充模压力分布
• 图5：实验-仿真填充率对比曲线 — 填充率随时间变化的验证