水輔助注射成型充填過程的數(shù)值模擬研究.pdf

1、水輔助注射成型技術是一種先注入部分聚合物熔體，隨后向熔體內(nèi)部注入高壓水來輔助型腔充填與保壓的新型注塑工藝。該工藝除具有氣體輔助注射成型的優(yōu)點外，還有一些獨特而顯著的優(yōu)點：如生產(chǎn)周期短、成型殘留壁厚更薄、內(nèi)表面更加平滑及直徑更大的制品，主要應用于板類、管類和棒類零件，具有很好的應用前景。 水輔助注射成型充模過程包括了聚合物熔體－水的多相分層流動。水的注入使得熔體在內(nèi)部也受到冷卻，而外側(cè)由金屬模具冷卻，這必然直接影響聚合物熔體的流動

2、行為。在水輔助注射成型過程中注射量、熔體溫度、模具溫度、水溫、注水壓力等工藝參數(shù)直接影響著聚合物熔體的冷卻與結(jié)晶、材料分布和制品性能，合理地確定和控制這些工藝參數(shù)，對于水輔助注射成型技術的成功與否至關重要。 本文根據(jù)三維薄壁制件的特點，采用廣義牛頓本構方程及七參數(shù)Cross-WLF粘度模型對水輔助注射成型的充填過程進行數(shù)值模擬研究，做了如下工作： 1、論述了水輔助注射成型技術的起源、發(fā)展狀況、加工原理、優(yōu)缺點、成型方法及

3、應用現(xiàn)狀，對相關的水輔助注射成型的理論研究現(xiàn)狀和實驗研究現(xiàn)狀進行了較全面的總結(jié)。 2、基于流體力學三大控制方程和廣義牛頓本構，針對三維薄壁制件的水輔助注射成型充填過程的特點，經(jīng)過合理假設與簡化，分別建立了薄壁部分和水道部分充填過程的數(shù)學模型，并分析了水輔助注射成型充填過程的邊界條件。 3、采用有限元/有限差分/控制體積法實現(xiàn)了三維薄壁制件水輔助注射成型充填過程的控制方程的求解。采用伽遼金法得到了基于廣義牛頓本構的壓力控制

4、方程的有限元離散方程。對溫度場采用基于控制體積的有限元/有限差分法計算，其中的熱對流項作為右端項來處理，其值根據(jù)上一步的結(jié)果采用上風法進行加權平均來計算。采用一維數(shù)組存儲三對角線矩陣系數(shù)矩陣并采用追趕法求解，大大節(jié)省所需的內(nèi)存空間，極大地提高了求解效率。針對水輔助注射成型中的凝固層界面、熔體前沿界面、水－熔體界面以及水層界面的特點，采用不同的方法進行處理，實現(xiàn)其跟蹤。 4、編寫了基于廣義牛頓本構的水輔助注射成型充填過程數(shù)值模擬求

5、解器，利用Pro/e、Moldflow、Tecplot和Origin等軟件來實現(xiàn)前置處理和后置處理功能。該求解器可用于注射成型和水輔助注射成型充填過程的數(shù)值模擬。 通過實例進行了水輔助注射成型充填過程的數(shù)值模擬，并與氣體輔助注射成型模擬結(jié)果進行對比，分析了水輔助注射成型技術的優(yōu)勢；并系統(tǒng)地研究了熔體注射量、熔體溫度、模具溫度、水溫度、注水壓力等過程工藝參數(shù)對水的穿透長度及層厚分布的影響規(guī)律；最后通過數(shù)值模擬實驗，并結(jié)合前人所做實