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管件的短射法水辅助注塑工艺的数值模拟研究

作　者: 辜文娟
导　师: 匡唐清
学　校: 华东交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 管件短射法水辅助注射成型有限体积法数值模拟
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水辅助成型是基于气体辅助成型技术发展起来的,因其充填介质不同,使得水辅助成型相比气体辅助成型有很多的优势。水辅助注塑工艺的主要方法有短射法和溢流法,其主要应用对象是管类制件。鉴于目前短射法水辅助注塑工艺理论研究的极度缺乏,本文对管件的短射法水辅助注塑工艺进行数值模拟研究,以期掌握其成型过程与质量的影响因素、规律及机理。影响因素主要分为材料的物性参数及成型工艺参数两大块。水辅助注塑工艺参数包括:熔体注射量、熔体注射温度、注水温度、注水延时等。这些工艺参数直接影响着聚合物熔体的冷却与结晶、材料分布和制品性能,合理地确定和控制这些工艺参数,对于水辅助注塑成型技术的成功与否至关重要。本文的主要研究工作如下:1、依据水辅成型充模过程的流动特点,基于聚合物流变学理论基础,流体动力学基础等,经过对边界条件的合理假设,建立了描述水辅成型充模流动过程的二维及三维、纯粘性、瞬态、非等温理论模型。2、基于有限体积法实现了对流动模型的控制方程的求解。采用QUICK格式对流动压力场、速度场、温度场进行了离散。3、基于体积函数方法对水辅成型前沿移动界面进行了跟踪,实现了水辅成型充模流动过程的数值模拟。4、借助Fluent软件,结合实际工况,系统的研究材料物性参数和工艺参数对水辅成型流动过程的影响规律,并揭示了其影响机理。5、同时本文还分析比较了水辅助注塑成型短射法与溢流法对成型流动过程的影响,分析两种工艺的优劣。6、最后从穿透行为、成型压力、成型时间、冷却效果四个方面对水辅助注塑成型与气体辅助注塑成型进行比较分析。本文的主要研究结果如下:1、随着熔体注射温度、注水速度、注水温度增加、注水延时的增加,水的轴向穿透距离增加,径向穿透深度减小。2、随着熔体稠度系数、幂率指数、熔体注射量的增大,水的轴向穿透距离减小,径向穿透距离增大。3、随着稠度系数、幂率指数、熔体注射量、注水速度、注水延时的增加,入口压力也增加。4、随着熔体注射温度、注水温度的增加,入口处的进胶、进水压力下降。5、溢流法相比短射法,水的轴向穿透距离要长,径向穿透距离要短。溢流法成型要比短射法成型需要更大的压力。6、水辅助注塑成型成型充填加冷却时间只有气辅成型的50%,且制品脱模时制品无温差。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-21
  1.1 水辅助注塑成型技术原理  11-12
  1.2 水辅助注塑成型技术特点  12-13
  1.3 水辅助注塑的分类与工艺过程  13-15
  1.4 相关研究及应用概况  15-20
    1.4.1 理论研究现状  15-16
    1.4.2 试验研究现状  16-17
    1.4.3 应用现状  17-20
  1.5 课题来源和主要研究对象、内容及意义  20
  1.6 本章小结  20-21
第二章水辅助注塑成型充填过程的数学模型  21-25
  2.1 水辅助注塑成型充模流动的理论基础  21-23
  2.2 粘度模型  23
  2.3 边界条件及水的粘度处理  23-24
    2.3.1 边界条件  23-24
    2.3.2 水的粘度处理  24
  2.4 多相流中界面追踪技术  24
  2.5 本章小结  24-25
第三章水辅助注塑成型充填过程的数值解法  25-35
  3.1 数值解法简介  25-26
  3.2 有限体积法离散  26-30
    3.2.1 二维问题的基本方程  26
    3.2.2 二维问题的控制体积  26-27
    3.2.3 二维问题的控制方程的积分  27-28
    3.2.4 二维问题的离散方程  28
    3.2.5 三维问题的离散方程  28-30
  3.3 流场数值计算方法  30-34
    3.3.1 流场计算方法分类  30-31
    3.3.2 分离式求解方法  31-32
    3.3.3 PISO 算法的过程及计算流程图  32-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章管件的短射法水辅助注塑工艺的数值模拟流程  35-43
  4.1 FLUENT 软件的简介  35
  4.2 FLUENT 软件的求解流程  35
  4.3 管件的短射法水辅助注塑工艺的数值模拟流程  35-43
    4.3.1 模型的建立  35-36
    4.3.2 模型网格的划分  36
    4.3.3 边界条件设定  36-37
    4.3.4 选择解的类型  37
    4.3.5 选择求解格式  37-38
    4.3.6 设定流动类型  38
    4.3.7 设定材料属性  38-39
    4.3.8 设置求解控制参数  39
    4.3.9 显示计算结果  39-43
第五章管件的短射法水辅助注塑成型充填过程数值模拟和结果分析  43-71
  5.1 水辅成型数值模拟条件  43
  5.2 水辅成型充填过程数值模拟  43-45
  5.3 材料流变性能对水穿透行的影响  45-52
    5.3.1 稠度系数 K 对水穿透行为的影响  45-49
    5.3.2 幂率指数n 对水穿透行为的影响  49-52
  5.4 熔体注射量对水穿透行为的影响  52-55
  5.5 熔体注射温度对水穿透行为的影响  55-58
  5.6 注水速度对水穿透行为的影响  58-61
  5.7 注水温度对水穿透行为的影响  61-64
  5.8 注水延时对水穿透行为的影响  64-67
  5.9 短射法与溢流法对水穿透行为影响的比较  67-70
  5.10 本章小结  70-71
第六章水辅助与气体辅助注塑成型比较  71-76
  6.1 水辅成型与气辅成型穿透行为比较  71-72
  6.2 水辅成型与气辅成型压力比较  72-74
  6.3 水辅成型与气辅成型冷却比较  74-75
  6.4 水辅成型与气辅成型时间比较  75
  6.5 本章小结  75-76
第七章总结  76-78
  7.1 主要工作回顾  76-77
  7.2 本课题今后需进一步研究的地方  77-78
参考文献  78-81
个人简历在读期间发表的学术论文  81-82
致谢  82

管件的短射法水辅助注塑工艺的数值模拟研究

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