水輔助共注塑工藝的數(shù)值模擬與實驗研究.pdf

1、水輔助共注射成型（WACIM）工藝作為一種新型注射成型工藝，它結(jié)合了水輔助注射成型（WAIM）技術(shù)和共注射成型（CIM）的特點，可用來成型具有雙層包覆結(jié)構(gòu)的中空制件。WACIM工藝過程中涉及到水－高聚物熔體－高聚物熔體的多相分層流動，由于不同高聚物熔體之間，以及水與高聚物熔體之間的流變性能和溫度差異，使得其流動及冷卻的過程要比WAIM和CIM復(fù)雜的多。然而，國內(nèi)外關(guān)于WACIM機理和實驗的研究報道比較少，因此為該工藝的應(yīng)用發(fā)展提供理論依

2、據(jù)與技術(shù)支持，通過實驗及數(shù)值模擬手段深入研究其成型機理，就顯得非常重要。
　　本文就此展開了如下主要工作：
　　（1）簡單闡述WAIM、CIM以及WACIM工藝的成型原理、特點、理論研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，并確定本文主要研究內(nèi)容。
　　（2）針對WACIM工藝建立非等溫、非牛頓流體的動力學和傳熱的數(shù)學模型，對聚合物熔體采用Cross-WLF粘度本構(gòu)，選擇適合求解速度-壓力耦合的PISO算法求解控制方程組。
　?。?）自主

3、搭建WACIM的高壓注水系統(tǒng)，設(shè)計高壓注水針以及注塑模具。其中注塑模具型腔采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需求來更換實驗所需型腔結(jié)構(gòu)。高壓注水針以及模具的封針均采用氣動方式控制，整個系統(tǒng)簡單可靠。
　?。?）借助CFD流體分析軟件，基于二維軸對稱模型對圓直管件的WACIM過程進行數(shù)值模擬，分析工藝參數(shù)對其成型質(zhì)量的影響，并借WACIM實驗平臺進行實驗驗證。采用正交試驗法發(fā)現(xiàn)制件總殘余壁厚和內(nèi)層殘余壁厚的主要影響因素是注水壓力和注水延遲時間。最

4、后比較了溢流法和短射法對WACIM制件成型質(zhì)量的影響。
　?。?）對不同彎曲角度的管件的WACIM過程進行3D數(shù)值模擬與實驗研究。通過模擬，得到不同彎角處的速度矢量，發(fā)現(xiàn)水在彎角沿靠近內(nèi)側(cè)方向流動；從彎角處的溫度場可以發(fā)現(xiàn)，彎角外側(cè)熔體溫度降低較多，粘度增大，水穿透遇到阻力增大，形成的殘余壁厚較厚。從實驗發(fā)現(xiàn)，彎曲角度直接影響制件在彎角處的殘余壁厚，彎曲角度越大，制件在彎角處的殘余壁厚越均勻；注水壓力和注水延遲時間對制件彎角處殘余

5、壁厚的影響則主要體現(xiàn)在內(nèi)層熔體殘余壁厚的變化。
　?。?）對不同截面形狀管件的WACIM過程進行3 D數(shù)值模擬與實驗研究。模擬得到充填過程的溫度場、材料分布以及水穿透內(nèi)層熔體的截面形狀，發(fā)現(xiàn)在邊角處熔體溫度下降，導(dǎo)致粘度增大，增大水穿透內(nèi)層熔體阻力，導(dǎo)致水穿透內(nèi)層熔體截面趨近圓形。實驗發(fā)現(xiàn)，內(nèi)層熔體穿透截面的形狀跟型腔截面形狀接近，而水在內(nèi)層熔體中的穿透截面則趨近圓形，并且水的穿透具有居中性；注水壓力升高，水對內(nèi)層熔體的推動作用增