粉末共注射成形充填過(guò)程實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、粉末共注射成形技術(shù)(Powder Co-iniection Molding,PCM)是由傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)與現(xiàn)代塑料共注射技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的新近凈成形技術(shù)。該技術(shù)可以整合不同組分的優(yōu)越性能,較短的生產(chǎn)周期可內(nèi)獲得功能性和形狀復(fù)雜性相統(tǒng)一的成形坯,獲得芯、殼層具有不同材料及功能的結(jié)構(gòu),從而為多功能零部件和復(fù)雜形狀零部件的生產(chǎn)提供了更為廣闊的路徑。
　　 與塑料共注射成形相比,粉末共注射成形技術(shù)由于粉末的存在,其充填過(guò)程與成形機(jī)理更為復(fù)

2、雜。目前,國(guó)際上對(duì)粉末共注射成形的研究仍處于起步階段,仍然沒(méi)有對(duì)粉末共注射成形工藝進(jìn)行系統(tǒng)地研究,也沒(méi)有成功的理論對(duì)芯、殼層喂料充填過(guò)程進(jìn)行解釋,更沒(méi)有對(duì)充填過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。為此,本文選用316L(40％)不銹鋼喂料為殼層,316L(60％)不銹鋼喂料為芯層,研究了殼層預(yù)充填量、注射溫度、殼層注射速率等工藝參數(shù)對(duì)芯層喂料在注射方向上的穿深距離以及厚度方向上的分布情況,并且研究了隨著芯層注射過(guò)程的進(jìn)行,芯層厚度的變化情況。研究發(fā)現(xiàn):充填

3、結(jié)束時(shí),芯層熔體的形貌呈現(xiàn)“V”形或蘑菇形分布。PCM充填過(guò)程,在注射方向上,殼層預(yù)填充量、注射溫度、注射速度等工藝參數(shù)均對(duì)芯層熔體在注射方向上的穿深距離存在不同程度的影響。其中,隨著殼層預(yù)充填量的增大,芯層熔體的最大穿深距離明顯減小;芯層熔體在注射方向上的穿深距離隨著芯層熔體注射溫度的升高而增大;隨著殼層熔體注射速度的增加,芯層熔體在注射方向上的穿深距離減小。在厚度方向上,殼層的預(yù)填充量對(duì)芯層的厚度分布影響最大,其中,在不同的殼層預(yù)填

4、充量下,在穿深距離為0～15mm范圍內(nèi)芯層厚度的變化程度一致;不同注射速率下,芯層熔體在同一穿深距離處的最大厚度分?jǐn)?shù)差值為0.16,注射速率對(duì)芯層厚度的影響次小;隨著芯層穿深距離的增大,芯層熔體厚度變化較大;不同溫度下的芯層厚度分?jǐn)?shù)最大差值為0.1,溫度的變化對(duì)芯層厚度的影響相對(duì)最小。在固定的穿深位置處,隨著充填過(guò)程的進(jìn)行,芯層熔體在厚度方向上的變化開(kāi)始時(shí),與注射時(shí)間大致呈線(xiàn)性關(guān)系,在厚度達(dá)到最大值以后,厚度便不再隨著注射時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生

5、變化。
　　 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文從流變學(xué)的角度分別解釋了芯層熔體的形貌呈現(xiàn)“V”形或蘑菇形分布的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及工藝參數(shù)對(duì)芯層熔體形貌的影響。
　　 另外,本文將PCM充填過(guò)程視為Hele-Shaw流動(dòng),從連續(xù)介質(zhì)所遵循的守恒方程出發(fā),根據(jù)實(shí)際的充填過(guò)程,提出相對(duì)合理的假設(shè),簡(jiǎn)化該流動(dòng)模型對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。然后從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度推導(dǎo)出喂料充填過(guò)程的場(chǎng)的控制方程,并且利用有限元法求解控制方程,分別利用控制體積法追蹤芯/殼