氣體輔助注射成型氣體充填過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、氣體輔助注射成型(簡稱氣輔成型)是在傳統(tǒng)注射成型工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)構(gòu)發(fā)泡工藝發(fā)展而來的一種新型注射成型工藝。氣輔成型工藝的特殊性使得它具有許多超越傳統(tǒng)充填成型的優(yōu)點，被稱為塑料加工業(yè)的未來技術(shù)。 氣體輔助注射成型中由于涉及氣體在聚合物中的流動，因而其工藝過程相當復(fù)雜。同時氣輔成型比傳統(tǒng)充填成型多了注氣這一過程，引入了一些新的工藝參數(shù)。如果這些工藝參數(shù)設(shè)定不當會在氣輔制品中產(chǎn)生多種缺陷。因此，建立合理的數(shù)學模型和使用恰當?shù)臄?shù)值方

2、法，模擬氣輔成型過程中氣體充填情況，研究工藝參數(shù)對成型過程的影響，對生產(chǎn)出力學性能優(yōu)良的產(chǎn)品至關(guān)重要。 本文基于Hele-Shaw流動模型和氣體穿透機理的研究分析，做了如下工作： (1)針對氣體輔助注射成型過程的成型理論，結(jié)合現(xiàn)有文獻，概述了成型過程數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)。給出了氣輔成型熔體充模流動的數(shù)學描述，并分別介紹了薄壁型腔充填過程和等效圓柱氣道充填過程的控制方程和邊界條件。 (2)簡要介紹了氣輔成型

3、熔體流動數(shù)值模擬過程中常用的幾種數(shù)值方法：有限差分法、有限元法、邊界元法和有限體積法。并針對氣輔成型過程具有兩種移動邊界的特點，以及常用數(shù)值方法在模擬過程中的缺陷，給出了一種適用于氣輔成型的新型數(shù)值計算方法一無網(wǎng)格方法，詳細地介紹了無網(wǎng)格方法中的幾種主要近似方法、權(quán)函數(shù)的選取，積分方案以及對本質(zhì)邊界條件的處理方法。 (3)將氣輔成型中聚合物熔體的研究拓廣到non-Newtonian流體，分析了中空塑料制品氣輔成型過程，推導(dǎo)了反映

4、充模流動壓力梯度比、non-Newtonian冪率指數(shù)等影響因素的計算表層熔體厚度比的數(shù)學公式。在該公式的基礎(chǔ)上建立了反映non-Newtonian流體熔體前沿和氣體前沿速度、位移演化的數(shù)學模型，并分析了中空塑料制品氣輔成型的動力學過程。數(shù)值結(jié)果表明：在氣體沖破熔體前沿以前，氣體接近勻加速運動：熔體前沿的速度幾乎保持不變，位移隨時間接近線性增長。當氣體沖破熔體前沿時，熔體和氣體前沿的速度和位移均急速上升。 (4)基于氣體充填區(qū)域

5、的壓力梯度為零的假設(shè)，以矩形型腔為例，采用無網(wǎng)格Galerkin方法對氣輔成型過程中充填區(qū)域內(nèi)熔體流動的壓力場和氣體充填情況進行了數(shù)值模擬，并和有限元方法的數(shù)值解進行了比較，驗證了無網(wǎng)格Galerkin方法求解氣輔成型問題的有效性和靈活性。計算結(jié)果表明：熔體充填階段，熔體做減速運動。注入口的壓力最大，隨后壓力接近線性遞減直至熔體前沿壓力為0；首次氣體充填階段，熔體做加速運動，氣體的穿透速度大于熔體的穿透速度。氣體充填區(qū)域的壓力最大，且保