溢流法水輔共注塑填充過程的粘彈模擬與實驗研究.pdf

1、水輔助共注射成型(簡稱為水輔共注塑），是兼具水輔注塑和共注塑兩者優(yōu)點并打破原有技術(shù)局限的一種新型注塑工藝，具有廣泛的應(yīng)用前景。水輔共注塑過程中各流體的流動過程極為復(fù)雜，存在著皮層熔體與內(nèi)層熔體間的流變性能差異，具有粘彈特性的內(nèi)層熔體被水相穿透時的性能突變，這些因素必然影響制品的最終形貌、組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能。因此，水輔共注塑的成型機理要比水輔注塑和共注塑的成型機理復(fù)雜許多，至今鮮有關(guān)于水輔共注塑機理研究的公開報道。為了給水輔共注塑工藝的應(yīng)

2、用發(fā)展提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，就需要從本質(zhì)上探索成型過程對最終制品質(zhì)量的影響因素和影響規(guī)律，并由此給出水輔共注塑工藝的優(yōu)化方法。本文作者針對溢流法水輔共注塑的填充過程進行了理論和實驗研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　1)針對溢流法水輔共注塑中互不相溶粘彈流體順序注射過程進行了合理的假設(shè)與簡化；基于流體力學(xué)三大控制方程和 Giesekus粘彈本構(gòu)，建立了描述溢流法水輔共注塑填充過程的數(shù)學(xué)模型；采用有限體積法對數(shù)學(xué)模型進行數(shù)值計算，闡述了

3、對數(shù)學(xué)模型的空間離散、時間離散策略，對速度—壓力耦合場、邊界條件的處理方法等；采用VOF法追蹤多相流中的自由界面，同時引入了額外人工壓縮項的方法解決體積分?jǐn)?shù)函數(shù)在自由界面區(qū)域中非連續(xù)變化的問題。
　　2)編制了采用Giesekus粘彈本構(gòu)描述的溢流法水輔共注塑填充過程的新求解器；采用該求解器對一算例進行模擬，與采用純粘本構(gòu)的模擬結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)：采用粘彈本構(gòu)不會出現(xiàn)熔體層突變的情況，同時對流體速度的描述更為直觀準(zhǔn)確。
　　3)作

4、為先期分析，對溢流法水輔注塑進行了數(shù)值模擬和實驗研究。模擬發(fā)現(xiàn)隨著注水壓力的增加，熔體殘余壁厚減小，該結(jié)論也通過實驗得以驗證。以熔體溫度、注水壓力和注水延遲時間三個工藝參數(shù)為考察對象進行了正交實驗，通過極差分析發(fā)現(xiàn)，注水壓力是影響制品質(zhì)量最主要的因素。
　　4)對溢流法水輔共注塑填充過程進行數(shù)值模擬，采用單因素法分析各工藝條件對制件成型質(zhì)量和第一法向應(yīng)力差的影響。模擬結(jié)果表明：①注水壓力的增加使得皮層、內(nèi)層熔體殘余壁厚減小，中空率

5、增大，注水時間減小，同時熔體內(nèi)的第一法向應(yīng)力差增大；②內(nèi)層熔體預(yù)填量的增加引起了內(nèi)層熔體殘余壁厚的增大，皮層熔體則變化不明顯，中空率和注水時間都有減小的趨勢，同時熔體內(nèi)的第一法向應(yīng)力差減?。虎蹆?nèi)層熔體注射速度的增加引起了皮層熔體殘余壁厚的減小，內(nèi)層熔體殘余壁厚的變化較小，中空率和注水時間都增大，同時熔體內(nèi)的第一法向應(yīng)力差增大；④在更換了熔體的注射順序之后，制品的填充效果明顯更差，同時注水時間也大大增加了；⑤隨著內(nèi)層熔體零剪切粘度中彈性分

6、量的增加，內(nèi)層熔體的殘余壁厚明顯減小，皮層熔體變化不明顯，中空率和注水時間增大，熔體內(nèi)的第一法向應(yīng)力差也增大；⑥內(nèi)層熔體松弛時間的增加引起了內(nèi)層熔體殘余壁厚的減小和第一法向應(yīng)力差的增加，而皮層熔體的殘余壁厚以及第一法向應(yīng)力差變化則不明顯，中空率和注水時間都有增加的趨勢。
　　5)基于研發(fā)的實驗平臺進行了溢流法水輔共注塑工藝的實驗研究。實驗考察了注水壓力，注水延遲時間，內(nèi)層熔體預(yù)填量、注射速度、注射延遲時間，熔體注射順序等工藝對制品