氣體輔助共注射成型充填粘彈模擬與實(shí)驗研究.pdf

1、氣體輔助共注射成型(簡稱氣輔共注射成型)是在共注射成型和氣輔注射成型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型注射成型技術(shù)，它兼有共注射成型和氣輔注射成型的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。和共注射成型和氣輔注射成型相比，該技術(shù)更為復(fù)雜，成型過程的影響因素也更多，其應(yīng)用與研究目前尚處于初始階段。本文對氣輔共注射成型充填過程進(jìn)行了理論和實(shí)驗研究，主要研究工作如下： 1.論述了氣輔共注射成型的過程、優(yōu)點(diǎn)、應(yīng)用范圍與現(xiàn)狀，對相關(guān)的氣輔注射成型和共注射成型的充

2、填模擬研究概況和實(shí)驗研究概況進(jìn)行了較全面的總結(jié)。 2.基于流體力學(xué)三大控制方程和Leonov粘彈本構(gòu)，針對三維薄壁制件的氣輔共注射成型充填過程的特點(diǎn)，經(jīng)合理假設(shè)與簡化，分別建立了型腔薄壁部分和氣道部分充填過程的數(shù)學(xué)模型。該模型建立過程中直接考慮流體的粘彈行為，并由此來求得應(yīng)力；為應(yīng)用求解效率更高的間接法，對該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了改寫。通過更換粘度模型，該數(shù)學(xué)模型還可用于基于Cross-WLF粘度模型的廣義牛頓流體本構(gòu)的氣輔共注射成型充

3、填過程數(shù)值模擬。針對型腔薄壁部分和氣道部分，分別推導(dǎo)了Leonov粘彈本構(gòu)中彈性應(yīng)變張量控制方程的二維和一維形式；并分析了氣輔共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(shí)現(xiàn)了三維薄壁制件充填過程的控制方程的求解。采用伽遼金法得到了直接法/間接法求解基于Leonov粘彈本構(gòu)的壓力控制方程的有限元離散方程，以及基于廣義牛頓本構(gòu)的壓力控制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，

4、其中的對流項和粘性熱項作為右端項來處理，根據(jù)上一步的結(jié)果采用上風(fēng)法進(jìn)行加權(quán)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。通過對彈性應(yīng)變張量控制方程的分析和簡化，忽略其中的對流項，從而采用變步長四階龍格—庫塔算法對其顯式求解，從而求解應(yīng)力場。針對氣輔共注射成型中多個移動界面的特點(diǎn)，分別采用了不同的方法進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)其追蹤。 4.編制了基于Leonov粘彈本構(gòu)的注射成型充填過程數(shù)值模擬通用求解器，利用UG、Mol

5、dflow和Tecplot等軟件來實(shí)現(xiàn)前置處理和后置處理功能。該通用求解器可用于注射成型、共注射成型和氣輔共注射成型充填過程的數(shù)值模擬。 通過氣輔共注射成型充填過程的實(shí)例模擬并與共注射成型模擬結(jié)果進(jìn)行對比，分析了在氣輔共注射成型技術(shù)中氣輔技術(shù)的引入帶來的優(yōu)勢。通過氣輔共注射成型充填過程的實(shí)例模擬，系統(tǒng)地研究了聚合物流變性能，材料注射量、注射速率、熔體溫度、模具溫度、注氣壓力等過程工藝參數(shù)，氣道截面尺寸和氣道布局對材料分布的影響，

6、并由此給出了氣輔共注射成型的工藝制定與模具設(shè)計的建議。 5.對氣輔共注射成型進(jìn)行了實(shí)驗研究，考察了材料的流變性能和材料注射量、注射速率、注氣延遲時間等工藝參數(shù)對材料層厚分布、界面形貌以及氣體在熔體中的穿透的影響及規(guī)律。通過實(shí)驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的對比分析，驗證了本文建立的氣輔共注射成型充填過程的數(shù)學(xué)模型、數(shù)值方法與模擬程序的正確性和可靠性。根據(jù)數(shù)值模擬和實(shí)驗結(jié)果，并結(jié)合聚合物流變學(xué)理論，提出了氣輔共注射成型中出現(xiàn)的缺陷的相應(yīng)解決