精細微結(jié)構(gòu)零件注射成型過程噴泉與收縮流動仿真及應(yīng)用.pdf

1、零件重量以毫克(mg)為度量單位或幾何尺寸以微米(μm)為度量單位的微注射成型技術(shù)是一門新興的先進制造技術(shù)，其源于傳統(tǒng)的宏觀注射成型技術(shù)，以制造成本低，生產(chǎn)周期短，易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點成為世界精密微細結(jié)構(gòu)零件制造技術(shù)的研究熱點之一。作者采用理論分析、軟件仿真和實驗測試相結(jié)合的方法研究了微注射成型過程的噴泉及收縮流動，對微注射成型模具設(shè)計和成型工藝優(yōu)化具有重要的理論和實踐意義。 對微流體流動模型進行了系統(tǒng)研究，為了準確反映微尺度

2、條件下流體流動行為，在流動模型中引入Eringen-Okada微流體粘度模型、表面張力壓力計算方程和Rosenlbaum-Hatzikiriakos滑移速度模型，首次建立了考慮分子自身尺度效應(yīng)、表面張力效應(yīng)及模壁熔體滑移現(xiàn)象的微流體流動模型，并采用有限元／有限差分法實現(xiàn)模型的數(shù)值求解。 在微流體噴泉流動研究中，首次對微尺度流道中牛頓流體與非牛頓流體流動前沿的噴泉流動現(xiàn)象進行了仿真，得到了牛頓流體與非牛頓流體在噴泉流動區(qū)域的速度壓

3、力分布變化規(guī)律，并將微尺度條件下流體噴泉流動的仿真結(jié)果同宏觀尺度條件下的研究成果進行比較，兩者具有一致性；同時，為了研究表面張力效應(yīng)對噴泉流動的影響規(guī)律，在微流體噴泉仿真中首次引入表面張力效應(yīng)，得出表面張力對微流體前沿噴泉流動區(qū)域的速度壓力分布影響很小，但其在流體前沿自由表面上產(chǎn)生切向應(yīng)力使流體前沿的形狀出現(xiàn)較大變形。 在微流體收縮流動研究中，首次對微尺度條件下聚合物熔體聚苯乙烯的4:1非等溫收縮流動現(xiàn)象進行了仿真，得到了微尺度

4、聚合物熔體非等溫平板收縮流動速度、壓力及剪切速率分布規(guī)律，并與宏觀尺度下所得的仿真結(jié)果進行比較，兩者具有較好的定性一致性；但是，仿真結(jié)果對熔體在中心線附近區(qū)域溫度的預(yù)測結(jié)果存在誤差，說明在仿真微尺度流體流動過程時對能量方程中流體傳熱項的基本假設(shè)及與溫度相關(guān)的邊界條件的設(shè)定需要進一步修正。 在微流體流動性能研究中，為了研究微流道截面形狀對非等溫非牛頓流體流動性能的影響規(guī)律，在微流體流動性能仿真研究中，首次引入截面比表面積值實現(xiàn)微流

5、道截面形狀的量化。結(jié)果表明，微流體在微流道中的流動長度與流道截面比表面積成反比關(guān)系，比表面積值越小流動長度越大；小比表面積值處，熔體溫度與注射壓力對流動長度的影響較大，大比表面積值處，熔體溫度與注射壓力對流動長度的影響較小，且注射壓力對流動長度的影響程度總是強于熔體溫度。 在微注射成型仿真優(yōu)化應(yīng)用方面，對實例零件導(dǎo)光板的微注射成型過程進行了仿真和實驗，結(jié)果表明，導(dǎo)光板零件成型后的翹曲變形主要由于收縮不均引起，冷卻不均和分子定向不