氣體輔助共注射成型充填粘彈模擬與實驗研究.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上發(fā)展起來的一種新型注射成型技術，它兼有共注射成型和氣輔注射成型的優(yōu)點，具有很好的應用前景。和共注射成型和氣輔注射成型相比，該技術更為復雜，成型過程的影響因素也更多，其應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行了理論和實驗研究，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、應用范圍與現狀，對相關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驗研究概況進行了較全面的總結。 2.基于流體力學三大控制方程和Leonov粘彈本構，針對三維薄壁制件的氣輔共注射成型充填過程的特點，經合理假設與簡化，分別建立了型腔薄壁部分和氣道部分充填過程的數學模型。該模型建立過程中直接考慮流體的粘彈行為，并由此來求得應力；為應用求解效率更高的間接法，對該數學模型進行了改寫。通過更換粘度模型，該數學模型還可用于基于Cross-WLF粘度模型的廣義牛頓流體本構的氣輔共注射成型充

3、填過程數值模擬。針對型腔薄壁部分和氣道部分，分別推導了Leonov粘彈本構中彈性應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/控制體積法實現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，根據上一步的結果采用上風法進行加權平均來計算，采用一維數組存儲三對角線矩陣系數矩陣并采用追趕法求解。通過對彈性應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，從而求解應力場。針對氣輔共注射成型中多個移動界面的特點，分別采用了不同的方法進行處理，實現其追蹤。 4.編制了基于Leonov粘彈本構的注射成型充填過程數值模擬通用求解器，利用UG、Mol

5、dflow和Tecplot等軟件來實現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值模擬。 通過氣輔共注射成型充填過程的實例模擬并與共注射成型模擬結果進行對比，分析了在氣輔共注射成型技術中氣輔技術的引入帶來的優(yōu)勢。通過氣輔共注射成型充填過程的實例模擬，系統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，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計的建議。 5.對氣輔共注射成型進行了實驗研究，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。通過實驗結果與數值模擬結果的對比分析，驗證了本文建立的氣輔共注射成型充填過程的數學模型、數值方法與模擬程序的正確性和可靠性。根據數值模擬和實驗結果，并結合聚合物流變學理論，提出了氣輔共注射成型中出現的缺陷的相應解決