精細(xì)微結(jié)構(gòu)零件注射成型過(guò)程噴泉與收縮流動(dòng)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(mén)新興的先進(jìn)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)成為世界精密微細(xì)結(jié)構(gòu)零件制造技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一。作者采用理論分析、軟件仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法研究了微注射成型過(guò)程的噴泉及收縮流動(dòng)，對(duì)微注射成型模具設(shè)計(jì)和成型工藝優(yōu)化具有重要的理論和實(shí)踐意義。 對(duì)微流體流動(dòng)模型進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為了準(zhǔn)確反映微尺度

2、條件下流體流動(dòng)行為，在流動(dòng)模型中引入Eringen-Okada微流體粘度模型、表面張力壓力計(jì)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(dòng)模型，并采用有限元／有限差分法實(shí)現(xiàn)模型的數(shù)值求解。 在微流體噴泉流動(dòng)研究中，首次對(duì)微尺度流道中牛頓流體與非牛頓流體流動(dòng)前沿的噴泉流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了仿真，得到了牛頓流體與非牛頓流體在噴泉流動(dòng)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(dòng)的仿真結(jié)果同宏觀尺度條件下的研究成果進(jìn)行比較，兩者具有一致性；同時(shí)，為了研究表面張力效應(yīng)對(duì)噴泉流動(dòng)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(duì)微流體前沿噴泉流動(dòng)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(dòng)研究中，首次對(duì)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(dòng)現(xiàn)象進(jìn)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(dòng)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(jìn)行比較，兩者具有較好的定性一致性；但是，仿真結(jié)果對(duì)熔體在中心線附近區(qū)域溫度的預(yù)測(cè)結(jié)果存在誤差，說(shuō)明在仿真微尺度流體流動(dòng)過(guò)程時(shí)對(duì)能量方程中流體傳熱項(xiàng)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(jìn)一步修正。 在微流體流動(dòng)性能研究中，為了研究微流道截面形狀對(duì)非等溫非牛頓流體流動(dòng)性能的影響規(guī)律，在微流體流動(dòng)性能仿真研究中，首次引入截面比表面積值實(shí)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(dòng)長(zhǎng)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(dòng)長(zhǎng)度越大；小比表面積值處，熔體溫度與注射壓力對(duì)流動(dòng)長(zhǎng)度的影響較大，大比表面積值處，熔體溫度與注射壓力對(duì)流動(dòng)長(zhǎng)度的影響較小，且注射壓力對(duì)流動(dòng)長(zhǎng)度的影響程度總是強(qiáng)于熔體溫度。 在微注射成型仿真優(yōu)化應(yīng)用方面，對(duì)實(shí)例零件導(dǎo)光板的微注射成型過(guò)程進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)，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