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精密注射成型若干关键问题的研究

作　者: 谢鹏程
导　师: 杨卫民
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 注射成型精密超高速可视化流动不平衡产生机理超磁致伸缩材料前端控制式磁致伸缩位移传感器
分类号: TQ320.662
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

近年来，“精密化、高效化、轻薄化”作为未来注射成型技术发展的方向得到了广泛的研究。本文中研制了一套用于精密注射成型可视化研究的装置，建立了精密注射成型中一模多腔“H”型流道中不平衡充填现象的流动模型，利用可视化技术从熔体流动行为和温度参数分布两方面直观且全面的揭示了不平衡充填现象的产生机理。提出了一种采用超磁致伸缩材料制作前端控制式超高速注射成型的新方法，研制了高速精密注射机专用的磁致伸缩位移传感器。研究中开展的主要工作如下：1．注射充模可视化实验平台的研制及应用研制了一套注射充模可视化实验装置。利用该可视化装置研究了注射速度及重力作用对于熔体流动行为的影响。观察并记录了典型成型缺陷产生过程，包括喷射与蛇形流动、缩痕、气泡等，提出了解决这些成型缺陷的方法。2．建立一模多腔不平衡流动理论模型，运用可视化及CAE模拟技术揭示不平衡充填现象的产生机理建立了“H”型流道中由于熔体截面温度分布不匀而造成不平衡流动的熔体流动模型，指出剪切生热对于流道中熔体截面温度分布的影响明显，不均衡的温度分布结果是造成不平衡充填的最终原因。利用“H"型流道中熔体充填过程的静态和动态可视化实验结果以及熔体温度参数变化结果直观而全面揭示了充填不平衡现象的产生机理。提出了一种不修改模具流道结构就可明显改善不平衡充填结果的“两步注射法”。研究结果为完善一模多腔不平衡充填过程的CAE模拟提供了依据。3．提出一种基于超磁致伸缩材料的超高速注射成型新方法为解决传统超高速注射成型中螺杆作为执行元件在高应答性和控制精度上的局限，提出了一种通过在注射螺杆前端设置一个具有高响应速度、可灵敏控制的喷嘴，注射之前关闭喷嘴，预先对熔体进行压缩，通过控制喷嘴开关状态和开启量来释放熔体实现超高速注射的新方法。引入稀土超磁致伸缩材料来制作具有高响应速度、可灵敏控制的电磁阀，用于控制喷嘴的开关状态和开启量大小。这种基于超磁致伸缩材料的超高速注射新方法在国内外文献中没有报道。4．前端控制式超高速注射成型关键部件的研制及相关实验研究提出了可控喷嘴用超磁致伸缩微位移驱动器的设计理论和方法，通过理论分析计算优化了驱动线圈和控制电路的设计。发明了一种基于杠杆原理将多级杠杆叠加的位移传递和放大机构，制造了超磁致伸缩位移驱动器实验样机。采用不同材料对前端控制式超高速注射成型中喷嘴开启量、注射压力、注射速度之间的关系进行研究。实验结果表明，在压力恒定的条件下，可通过控制喷嘴开启量大小获得不同的注射充填速度。实验结果为探索超高速注射成型规律，建立相应的控制方法提供了基础。5．磁致伸缩位移传感器的研制及性能研究研制了精密注射机专用的高精度磁致伸缩位移传感器。在现行高速精密注射机上分别将磁尺和电子尺用于注射机螺杆位移测量，针对螺杆预塑化量、螺杆转速、注塑速度和熔体背压四个相关工艺参数设定不同参数值采用正交实验法进行实验。结果表明，磁尺相对于电子尺具有更高的计量精度，并能得到更高的制品重量重复精度。磁尺受外界参数变化的影响更小，工作过程更稳定。研究结果从高精度计量方面为提高精密注塑机重复精度提供了一种可行方案。

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-21
第一章绪论  21-38
  1.1 注射成型概论  21-24
    1.1.1 注射成型发展概述  22-23
    1.1.2 注射成型发展趋势  23-24
  1.2 精密注射成型最新研究进展  24-35
    1.2.1 精密注射机研究进展  24-29
    1.2.2 精密注射成型模具研究进展  29-31
    1.2.3 精密注射成型工艺研究进展  31-34
    1.2.4 精密注射成型材料研究进展  34-35
  1.3 研究目的和思路  35-36
  1.4 主要研究内容  36-38
第一篇基于可视化及CAE技术的高效精密注射成型研究  38-74
  第二章注射成型可视化及CAE技术研究现状  38-46
    2.1 可视化技术概述  38-41
      2.1.1 可视化技术研究进展  38-39
      2.1.2 可视化技术原理  39-41
    2.2 CAE模拟技术概述  41-45
      2.2.1 注射成型CAE技术  41
      2.2.2 注射成型CAE有限元基础  41-44
      2.2.3 注射成型CAE技术发展及应用  44-45
    2.3 本章小结  45-46
  第三章注射充模过程可视化实验装置的研制及应用  46-55
    3.1 多型腔流动不平衡现象  46-48
      3.1.1 国内可视化实验装置的研制  46-47
      3.1.2 国外可视化实验装置的研制  47-48
    3.2 注射充模可视化装置的研制  48-51
    3.3 基于可视化技术的注射成型过程研究  51-54
      3.3.1 注射速度对熔体流动行为的影响  51-52
      3.3.2 重力作用对熔体行为的影响  52
      3.3.3 喷射及蛇形流动  52-53
      3.3.4 缩痕  53-54
      3.3.5 气孔  54
    3.4 本章小结  54-55
  第四章注射成型多模腔充填不平衡现象产生机理研究  55-73
    4.1 流动不平衡的理论分析  56-58
    4.2 流动不平衡的假想模型  58-60
    4.3 多型腔不平衡充填可视化实验研究  60-64
      4.3.1 不平衡充填过程可视化实验结果  60-61
      4.3.2 不平衡充填过程熔体温度测量结果  61-64
    4.4 不平衡充填现象的CAE模拟分析  64-71
      4.4.1 不平衡充填熔体流动行为模拟过程  64-65
      4.4.2 模拟结果与讨论  65-70
        4.4.2.1 熔体流程行为的模拟结果  65-69
        4.4.2.2 不平衡充填温度场模拟结果  69-70
        4.4.2.3 讨论  70
      4.4.3 结论  70-71
    4.5 解决流动不平衡现象方法研究  71-72
    4.6 本章小结  72-73
  本篇小结  73-74
第二篇磁致伸缩原理精密注射成型相关研究  74-114
  第五章超磁致伸缩原理超高速精密注射成型的研究  74-97
    5.1 超高速精密注射成型概述  74-76
    5.2 传统超高速注射成型发展的主要制约因素  76-77
    5.3 前端控制式超高速精密注射成型原理及特点  77-80
    5.4 超磁致伸缩材料概述  80-84
      5.4.1 超磁致伸缩材料的研究进展  80-81
      5.4.2 超磁致伸缩材料工作特性  81-83
      5.4.3 超磁致伸缩材料的应用  83-84
    5.5 基于超磁材料的前端控制式超高速精密注射成型关键部件设计  84-92
      5.5.1 可控喷嘴结构原理  84-85
      5.5.2 可控喷嘴用超磁致伸缩微位移驱动器组成及工作原理  85-87
      5.5.3 微位移驱动器的设计原理及方法  87-92
        5.5.3.1 超磁致伸缩材料驱动线圈优化设计  87-89
        5.5.3.2 微位移放大机构设计  89-91
        5.5.3.3 控制电路设计  91
        5.5.3.4 微位移驱动器性能测试结果与分析  91-92
    5.6 前端控制式超高速精密注射成型实验  92-95
      5.6.1 实验方案设计  92
      5.6.2 注射机  92-93
      5.6.3 实验材料及模具  93
      5.6.4 结果与讨论  93-95
      5.6.5 结论  95
    5.7 本章小结  95-97
  第六章基于磁致伸缩位移传感器的高速精密注射成型研究  97-111
    6.1 磁致伸缩位移传感器概述  97-98
    6.2 磁致伸缩位移传感器结构及原理  98-99
    6.3 磁致伸缩位移传感器应用现状  99-101
      6.3.1 PVT在线测试仪  99-101
      6.3.2 磁尺内置式注射机用伺服油缸  101
    6.4 磁尺与电子尺性能对比实验  101-103
      6.4.1 电子尺工作原理  101-102
      6.4.2 位移传感器时间漂移测试  102-103
      6.4.3 位移传感器输出电压重复精度实验  103
    6.5 基于磁尺的高速精密注射成型实验研究  103-110
      6.5.1 实验方法及实验参数设定  103-104
      6.5.2 实验设备  104-105
      6.5.3 实验材料及模具  105
      6.5.4 实验结果及讨论  105-110
      6.5.5 结论  110
    6.6 本章小结  110-111
  本篇小结  111-114
第七章结论及研究展望  114-117
  7.1 结论  114-116
  7.2 研究展望  116-117
参考文献  117-125
致谢  125-127
研究成果及发表的学术论文  127-129
作者简介  129-130
北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书  130-131

精密注射成型若干关键问题的研究

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