基于數(shù)值模擬的微注射成型澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、作為成型微制件的一種重要加工方法,微注射成型受到越來越多的關(guān)注,成為21世紀(jì)的研究熱點之一。由于微制件的質(zhì)量通常在毫克級、尺寸在微米級,精度要求為微米級,為了提高生產(chǎn)效率,生產(chǎn)中常常設(shè)計成多型腔模具結(jié)構(gòu)進行成型加工,因此如何實現(xiàn)微注射的平衡充填,獲得質(zhì)量和性能比較均一的微制件就尤為重要。
　　 本文以微注射成型澆注系統(tǒng)為研究目標(biāo),進行澆注系統(tǒng)的流道設(shè)計及充填分析。從改變流道形狀著手,采用數(shù)值模擬方法優(yōu)化澆注系統(tǒng)并進行充填分析,以

2、期對常用微型制件澆注系統(tǒng)充填平衡性分析提供實際指導(dǎo)作用。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)分析多型腔模具非平衡流動的原因及解決方案:剪切生熱是造成非平衡流動的主要原因。由熔體在彎管中流動的理論基礎(chǔ)可知,熔體在其中剪切速率場和溫度發(fā)生了改變,通過熔體從上一級流道進入下一級流道時的剪切速率場和溫度場的重置,可以改善非平衡流動。因此,本文首先改變澆注系統(tǒng)一級流道的形狀,建立彎流道模型進行初步分析。
　　 (2)采用CAE軟件首

3、先對聚合物熔體在彎流道中的流動進行充填模擬,模擬結(jié)果與前人研究所得數(shù)值解基本一致。聚合物熔體在彎流道中流動時的流場分布不具有幾何對稱性,隨著注射速率的增加,速度場和剪切速率場的最大值偏向彎管內(nèi)側(cè),溫度場的最大值偏向彎管外側(cè)。內(nèi)外側(cè)溫差變化曲線與剪切速率場偏移程度呈現(xiàn)相同的趨勢。剪切速率場和溫度場發(fā)生了重置,結(jié)論對后續(xù)澆注系統(tǒng)的設(shè)計具有理論指導(dǎo)意義。
　　 (3)根據(jù)熔體彎流道流動情況初步建立一級分流道為彎流道的澆注系統(tǒng),其中一級

4、分流道和二級分流道之間的夾角設(shè)計遵循自然平衡原則,為了便于對比,同時建立對應(yīng)的直流道澆注系統(tǒng)進行充填分析:通過對比聚合物熔體在兩種澆注系統(tǒng)中的充填效果,發(fā)現(xiàn)遵循自然平衡原則設(shè)計的澆注系統(tǒng)并沒有很好改善非平衡流動。從非平衡流動的原因著手,改變兩級流道的夾角優(yōu)化彎流道澆注系統(tǒng),將優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)充填結(jié)果與前者對比分析,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的澆注系統(tǒng)很好的改善了非平衡流動,能夠使各個型腔的壓力分布比較一致。
　　 (4)以澆注系統(tǒng)為研究目標(biāo),具體

5、分析熔體在帶有彎流道的澆注系統(tǒng)中的流動情況。結(jié)果表明:同一注射速率下彎流道澆注系統(tǒng)中面低溫層厚度分布比對應(yīng)直流道均勻;熔體流經(jīng)一級彎流道之后,流入二級分流道由兩股料流組成,由于彎流道中熔體的剪切作用強,削弱了由于料流分布造成的二級分流道兩側(cè)熔體溫差,能夠改善常用直流道澆注系統(tǒng)二級分流道兩側(cè)的溫差;彎流道二級分流道上的熔體溫度分布范圍寬度小于直流道二級分流道,溫度范圍寬度約減小20％,并且隨著注射速率的增加,彎流道能使二級分流道上的熔體溫

6、度范圍寬度減小程度更大。
　　 分析兩種澆注系統(tǒng)下制件的充填情況,直流道澆注系統(tǒng)在充填結(jié)束時各個制件型腔中面的壓力分布出現(xiàn)了不平衡現(xiàn)象,其中靠近主流道的兩個制件充填壓力大于遠離主流道側(cè)的壓力:在相同條件下,彎流道澆注系統(tǒng)的各個制件型腔中面的壓力分布平衡性優(yōu)于直流道澆注系統(tǒng)。
　　 采用不同材料對兩種澆注系統(tǒng)進行充填模擬,分析兩種澆注系統(tǒng)對不同材料的非平衡充填的影響。發(fā)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計后的彎流道澆注系統(tǒng)對改善所選材料的非平衡流動