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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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??；③內(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(jìn)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