水輔助共注塑工藝的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、水輔助共注射成型（WACIM）工藝作為一種新型注射成型工藝，它結(jié)合了水輔助注射成型（WAIM）技術(shù)和共注射成型（CIM）的特點(diǎn)，可用來(lái)成型具有雙層包覆結(jié)構(gòu)的中空制件。WACIM工藝過(guò)程中涉及到水－高聚物熔體－高聚物熔體的多相分層流動(dòng)，由于不同高聚物熔體之間，以及水與高聚物熔體之間的流變性能和溫度差異，使得其流動(dòng)及冷卻的過(guò)程要比WAIM和CIM復(fù)雜的多。然而，國(guó)內(nèi)外關(guān)于WACIM機(jī)理和實(shí)驗(yàn)的研究報(bào)道比較少，因此為該工藝的應(yīng)用發(fā)展提供理論依

2、據(jù)與技術(shù)支持，通過(guò)實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬手段深入研究其成型機(jī)理，就顯得非常重要。
　　本文就此展開(kāi)了如下主要工作：
　?。?）簡(jiǎn)單闡述WAIM、CIM以及WACIM工藝的成型原理、特點(diǎn)、理論研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，并確定本文主要研究?jī)?nèi)容。
　?。?）針對(duì)WACIM工藝建立非等溫、非牛頓流體的動(dòng)力學(xué)和傳熱的數(shù)學(xué)模型，對(duì)聚合物熔體采用Cross-WLF粘度本構(gòu)，選擇適合求解速度-壓力耦合的PISO算法求解控制方程組。
　?。?）自主

3、搭建WACIM的高壓注水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)高壓注水針以及注塑模具。其中注塑模具型腔采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需求來(lái)更換實(shí)驗(yàn)所需型腔結(jié)構(gòu)。高壓注水針以及模具的封針均采用氣動(dòng)方式控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。
　?。?）借助CFD流體分析軟件，基于二維軸對(duì)稱模型對(duì)圓直管件的WACIM過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析工藝參數(shù)對(duì)其成型質(zhì)量的影響，并借WACIM實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用正交試驗(yàn)法發(fā)現(xiàn)制件總殘余壁厚和內(nèi)層殘余壁厚的主要影響因素是注水壓力和注水延遲時(shí)間。最

4、后比較了溢流法和短射法對(duì)WACIM制件成型質(zhì)量的影響。
　　（5）對(duì)不同彎曲角度的管件的WACIM過(guò)程進(jìn)行3D數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)模擬，得到不同彎角處的速度矢量，發(fā)現(xiàn)水在彎角沿靠近內(nèi)側(cè)方向流動(dòng)；從彎角處的溫度場(chǎng)可以發(fā)現(xiàn)，彎角外側(cè)熔體溫度降低較多，粘度增大，水穿透遇到阻力增大，形成的殘余壁厚較厚。從實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，彎曲角度直接影響制件在彎角處的殘余壁厚，彎曲角度越大，制件在彎角處的殘余壁厚越均勻；注水壓力和注水延遲時(shí)間對(duì)制件彎角處殘余

5、壁厚的影響則主要體現(xiàn)在內(nèi)層熔體殘余壁厚的變化。
　?。?）對(duì)不同截面形狀管件的WACIM過(guò)程進(jìn)行3 D數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。模擬得到充填過(guò)程的溫度場(chǎng)、材料分布以及水穿透內(nèi)層熔體的截面形狀，發(fā)現(xiàn)在邊角處熔體溫度下降，導(dǎo)致粘度增大，增大水穿透內(nèi)層熔體阻力，導(dǎo)致水穿透內(nèi)層熔體截面趨近圓形。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)層熔體穿透截面的形狀跟型腔截面形狀接近，而水在內(nèi)層熔體中的穿透截面則趨近圓形，并且水的穿透具有居中性；注水壓力升高，水對(duì)內(nèi)層熔體的推動(dòng)作用增