注射螺杆流道熔体非等温流场的数值研究

使用CFD软件Polyflow,数值模拟了注塑机塑化和注射过程中两种止逆螺杆流道内聚丙烯熔体的三维非等温流场,讨论了流道内熔体的温度场、剪切速率场、黏度场和黏性热场.研究结果表明,塑化时,35°锥角比60°锥角螺杆流道内的熔体在螺杆头区域的温度高;注射时,35°锥角较60°锥角螺杆流道内熔体在出口处的温度和黏度都均匀.表明35°锥角螺杆与机筒配合得较好,更利于注塑成型.数值计算对比了60°锥角螺杆流道内熔体的非等温和等温流场,在螺杆头某一截面上非等温时熔体的平均黏度值比等温时的减少24%.温度影响熔体流场中各物理量的变化.非等温流场更能反映实际情况.     

单螺杆振动诱导熔体输运模型与实验研究

采用自行修正的Tanner本构模型建立了单螺杆振动诱导塑化挤出机在熔体输运过程中的近似解析模型,根据黏性耗散功相等推导出了振动力场对熔体表观黏度的影响系数;并在单螺杆振动诱导塑化挤出机上就振动力场对聚合物熔体输运过程的影响进行了实验研究,分析了螺杆振动频率与振幅对挤出压力和挤出特性的影响规律.理论与实验结果均表明,单螺杆振动诱导熔体输运可实现低压挤出,但会导致螺杆特性变软.     

螺杆转速和机筒温度对加工聚丙烯的影响

分析工艺条件对螺杆注射加工聚丙烯的影响.在不同螺杆转速和机筒温度条件下,使用有限元法数值计算螺杆头为35°锥角且带止逆环的注射螺杆流道内熔体的三维非等温流场.分析了熔体的温度、剪切应力、黏度和黏性热.研究结果表明,在塑化过程中,当螺杆转速由45 r/min提高到105 r/min时,熔体的最大流速、剪切应力和黏性热分别增大了1.60,0.41,2.00倍.当机筒温度从573 K降低100 K时,塑化时熔体的最大速度减小了0.011 m/s,熔体的最大剪切应力、黏性热和熔体黏度分别增加了1.13,1.15,6.39倍;注射时熔体的最大流速减小了0.359 m/s,熔体的最大剪切应力、黏度和黏性热分别增大了1.32,2.40,1.87倍.     

超薄注塑充模中的次相剪切效应

为克服超薄注塑充模的困难,定义了主、次相剪切的概念,分析了超薄注塑剪切场.根据泊肃叶方程,通过狭缝流变实验,重点讨论了超薄注塑过程中次相剪切对表观黏度、表观剪应力的影响,分析了次相剪切与粘性升温、入口压力的关系,发现次相剪切能有效改善超薄注塑中的熔体充模.文中还提出了超薄导光板的表面微特征混排设计方法,使熔体在流动平面内形成次相剪切,有效提高了制件填充率,验证了次相剪切效应的理论正确性.     

新型强化传热螺杆结构传热性能数值研究及场协同分析

利用CFD软件fluent对普通螺杆结构和新型强化传热螺杆结构在塑化计量段中的三维非等温流场进行数值模拟,研究两种结构流道内熔体的速度场、轴向和径向温度场、对流传热系数及场协同角的不同。结果表明：在塑化过程中,新型强化传热结构存在着径向的对流传质过程,加强了径向的对流传热,因此有较好的径向温度分布;新型结构较普通螺杆结构有较高的对流换热系数和较好的场协同性,从而加强了螺杆的对流传热。     

注射过程螺杆计量段三维流场的数值模拟

针对头部无螺纹和有螺纹的注塑螺杆,使用POLYFLOW软件数值模拟了注塑机螺杆计量段熔料在注射过程中的三维等温流场.讨论了两种螺杆流道的yz平面上和xy平面上不同时刻的速度场、压强场、剪切应力场和黏度场.计算结果表明,有螺纹的注塑螺杆沿着螺杆的轴线方向其速度梯度和压强值明显地增大,加强了头部熔料的剪切稀化作用,使熔料黏度降低.螺杆头部的螺纹明显阻碍了后方熔料向前流动,使得螺杆螺槽中熔料的速度梯度和压强降低,黏度增加,剪切稀化作用减弱.     

注射过程螺杆计量段三维流场的数值模拟

针对头部无螺纹和有螺纹的注塑螺杆,使用POLYFLOW软件数值模拟了注塑机螺杆计量段熔料在注射过程中的三维等温流场.讨论了两种螺杆流道的yz平面上和xy平面上不同时刻的速度场、压强场、剪切应力场和黏度场.计算结果表明,有螺纹的注塑螺杆沿着螺杆的轴线方向其速度梯度和压强值明显地增大,加强了头部熔料的剪切稀化作用,使熔料黏度降低.螺杆头部的螺纹明显阻碍了后方熔料向前流动,使得螺杆螺槽中熔料的速度梯度和压强降低,黏度增加,剪切稀化作用减弱.     

注塑成型喷射现象的实验及数值研究

为探索注塑成型充填过程中触发熔体喷射现象的关键性因素,分别采用实验方法和数值模拟技术,研究了在高注射速率下熔体温度和注射速率对喷射的影响以及熔体喷射后的形态演化。通过短射实验研究了不同加工工艺条件下熔体喷射后的流动形态,发现熔体喷射后的形态演化具有较强的不稳定性,短射后制品所呈现的蛇形流形态具有较差的可重复性。采用数值模拟手段,分别再现了短射实验中具有稳定蛇形流形态和非稳定蛇形流形态的喷射演化过程,发现熔体温度越高,蛇形流的折叠次数就越多。基于熔体喷射后的形态演化特征,分析出熔体喷射后会经历柱状喷射阶段、屈曲流演化阶段、简单充填模式阶段共3个发展阶段,且熔体只要发生柱状喷射,就具有相同的流动形态。通过分析柱状喷射阶段熔体的剪切速率、黏度、速度和压力的变化情况可以发现:熔体的剪切速率非常小;在柱状喷射前期,熔体黏度比曲线呈平台状;熔体的速度保持恒定;熔体喷射不属于压力驱动流,可近似认为是牛顿流体。研究结果表明,触发喷射的关键性因素是熔体流动过程中缺乏内摩擦,使得熔体的黏性作用非常小,此时熔体流动由惯性驱动,熔体喷射为惯性驱动流。     

振动场下FFF热熔喷头内熔体表观黏度的理论研究

热熔喷头内部熔体的表观黏度是影响熔丝制造成型(FFF)产品机械性能的关键因素之一.本文首先提出利用振动改善FFF热熔喷头内部熔体表观黏度的方法,即对喷头施加纵向的正弦振动力场;然后针对施加振动后热熔喷头内部熔体的表观黏度进行了理论建模,并利用已有文献中的实验结果验证了理论模型的正确性;最后,利用所建模型探讨了施加不同频率振动后熔体表观黏度的变化规律,阐明了相应机理.研究表明:熔体表观黏度的理论与实验结果吻合度较好,理论模型正确;对热熔喷头施加振动场后,熔体表观黏度有效值随着振动频率的增大而逐渐降低.     

超声辅助微注塑成型中熔体壁面滑移行为的研究

壁面滑移在聚合物熔体注塑成型过程对熔体充模流动行为具有显著的影响.本文基于对超声辅助微注塑加工机理的研究,分析了超声振动对微尺度型腔中熔体壁面滑移的作用方式.结合聚合物熔体壁面滑移方程和超声对熔体壁面滑移的影响机理,阐明了不同情况下的壁面滑移理论模型.采用毛细管流变仪研究了超声振动作用下的聚合物熔体的壁面滑移行为,通过分析壁面滑移的临界剪切应力变化,明确了超声振动作用下的熔体壁面滑移行为对微尺度型腔充模情况的影响.研究结果表明,超声辅助微注塑过程中,超声作用下的微尺度型腔中熔体壁面滑移的临界剪切应力降低或变为零,壁面滑移速度随剪切应力增加而增加,不同剪切速率时超声作用下的熔体黏度均明显降低,进而提升了熔体对微尺度型腔的充模能力并改善了微塑件的成型质量.     

气体辅助注射成型充模过程数学模型的建立

根据气体辅助注射成型充模过程的特点,从流体力学基本理论出发,引入合理的假设和简化,建立了描述熔体运动和气体穿透的数学模型,并在边界条件中反映出气体穿透和表面张力对熔体充填的影响．     

注塑模腔塑料熔体流场流动路径分析

提出一种新的确定注塑成型充模阶段塑料熔体前沿位置的当量距离法 ;并按照流动路径与熔体前沿尽可能正交的原则将模具型腔划分为由浇口起始的若干条流动路径 ,将各条流动路径与不同时刻熔体前沿交织而成的网格用于注塑成型过程的数值模拟计算 ,完成了对注塑制品收缩率的预测     

用正交法分析注塑工艺参数对制品质量的影响

在注塑成型过程中,工艺参数是决定制品质量的重要因素。为了研究工艺参数对制品质量的影响,在注射机上根据正交实验表安排4水平的关键注塑工艺参数(熔体温度、注射压力、注射速度及模具温度)和制品质量间的试验,在此基础上根据实际需要增加了4组追加试验。根据实验结果,用极差分析技术对各因素的显著度进行排序,同时建立了工艺参数和制品质量的神经网络模型,为注塑件质量控制和工艺参数的调整提供了有益的参考。     

某水箱盖注塑成型数值模拟

通过对某水箱盖注塑成型过程的分析,应用正交试验法研究了保压时间,保压压力,熔体温度,冷却时间,注射时间,模具温度等工艺条件,应用PRO/E软件建立了三维模型。用Moldflow/MPI软件对其进行模拟,得到不同参数对翘曲量的影响规律,确定了影响翘曲变形的最主要因素为保压时间,其次是熔体温度。此外,进行单变量分析,分别分析了保压压力、保压时间、熔体温度对变形量的影响。综合两项分析,得出一组使注塑件翘曲变形量最小的工艺参数。     

注射工艺参数对超薄塑件成型影响实验研究

超薄塑件在微机电领域具有巨大的应用潜力,为研究其注塑成型特性,设计制造了一可成型超薄塑件的模具,利用正交试验方法和数值模拟技术研究了各工艺参数（注射速度、注射压力、熔体温度及注射量等）对超薄塑件注塑成型充模过程的影响．研究结果表明注射量及注射速度对超薄塑件注塑成型的填充起主导作用,提高注射速度能大幅度地提高填充率;熔体温度和注射压力相对于注射量和注射速度只起次要作用,但在填充过程中,较高的熔体温度和注射压力也是必要的．该结论为深入开展超薄塑件成型缺陷（如翘曲、熔接痕）的形成机理研究提供了有益的借鉴．     

热流道注射成型的拖曳换料

在热流道注射成型过程中，换料不彻底和费时常常影响制品的质量和生产率，在生产中，采用多次注射法或以白色材料作为换色的过渡料等方法实现快速换料．作者基于聚合物熔体的流变行为，提出了拖曳换料的概念，建立了新料熔体和旧料熔体在热流道系统中共同流动的物理模型和数学模型．结果表明该模型较好地解释了注射速度、注射压力、粘度、温度、热流道模具的结构等对拖曳换料效率的影响；当热流道模具采用分区加热、多点控温技术时，控制新、旧料熔体的粘度小，可以明显提高换料后期的换料能力，改善生产中先易后难、先快后慢的换料过程，提高整个过程的换料能力．     

Nonlinear Modeling of a High Precision Servo Injection Molding Machine Including Novel Molding Approach

A nonlinear mathematical model of the injection molding process for electrohydraulic servo injection molding machine (IMM) is developed. It was found necessary to consider the characteristics of asymmetric cylinder for electrohydraulic servo IMM. The model is based on the dynamics of the machine including servo valve, asymmetric cylinder and screw, and the non-Newtonian flow behavior of polymer melt in injection molding is also considered. The performance of the model was evaluated based on novel approach of molding - injection and compress molding, and the results of simulation and experimental data demonstrate the effectiveness of the model.