微成型碟式塑化單元的數(shù)值模擬及其應(yīng)用研究.pdf

1、以往的微成型注塑機的塑化單元一般采用柱塞式或者單螺桿式，但柱塞式塑化部分的混合質(zhì)量較差，塑化效果欠佳，小型塑化螺桿存在加工穩(wěn)定性較差、結(jié)構(gòu)強度不足、壽命有限、不易輸送物料以及熱敏感性物料加工不易等缺點。碟式螺桿是碟式塑化單元中塑化的關(guān)鍵零件，因無法建立大的熔融壓力，因而未能運用于傳統(tǒng)的注塑機，而微成型注塑機所需要的塑化能力和熔融壓力的要求不高，故碟式螺桿在微成型注塑機運用的可行性較高。
　　本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　第一

2、章介紹微成型注塑機的研究現(xiàn)狀，綜述國內(nèi)外碟式螺桿塑化理論及其成型設(shè)備的研究進展，概括基于計算機流體動力學(xué)(Computational Fluid Dynamics)的螺桿塑化過程數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀，包括螺桿三維流動的數(shù)值模擬和螺桿混合性能的數(shù)值模擬，確定論文的研究意義、內(nèi)容與組織架構(gòu)。
　　第二章討論確定碟式螺桿幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和端面曲線方程，根據(jù)相似性原理和生產(chǎn)率計算兩個功能相似、運動相似的碟式螺桿和單螺桿之間的相似度;基于二者之間

3、的相似關(guān)系，以及長螺桿各功能段幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)求解的方法，分析碟式塑化單元各功能段長度、深度、壓縮比以及螺棱寬度的取值范圍;基于直徑和產(chǎn)量確定了端面的曲線方程式;采用solidworks軟件建立碟式塑化單元的三維模型。
　　第三章分析碟式螺桿的工作原理和流動模型，根據(jù)柱坐標(biāo)下的運動時變方程和物料的流變學(xué)理論，構(gòu)建本文數(shù)值模擬分析所需的本構(gòu)方程;考慮到運動復(fù)雜不利于模擬的情況，對熔體的運動做了一些簡化，并基于簡化后的模型，分析碟式塑化單

4、元中熔體的流動規(guī)律，推導(dǎo)出在拖拽和壓力作用下的速度方程和流量方程。
　　第四章建立碟式螺桿的三維幾何模型，對三維模型進行了網(wǎng)格劃分。利用用戶自定義函數(shù)(UDF)定義數(shù)值模擬的材料參數(shù)和邊界條件，利用FLUENT完成碟式塑化單元熔體輸送段的數(shù)值流動模擬。從熔體入口到出口處選取了四個螺旋槽的橫截面，分析熔體在不同橫截面上的速度、壓力、溫度和剪切力的分布情況，并分析碟式螺桿的轉(zhuǎn)速對塑化性能的影響。
　　第五章采用正交試驗方法和CF

5、D數(shù)值模擬方法，建立幾種不同參數(shù)組合的碟式螺桿的幾何模型并對該模型進行仿真分析，提取仿真分析的質(zhì)量流率、最大剪切應(yīng)力和溫差作為正交試驗的試驗指標(biāo)，采用極差法分析正交試驗結(jié)果，最終確定微成型注塑機的碟式螺桿幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)組合結(jié)果。最后，以剪切速率、停留時間分布(RTD)和混合指數(shù)為指標(biāo)，采用示蹤粒子法(PTA)對碟式螺桿的混合性能進行分析，對比結(jié)果表明，碟式螺桿的轉(zhuǎn)速越大，停留時間分布函數(shù)(RTD)越佳，碟式螺桿的分布混合性能和分散混