三維塑料注射成形及結(jié)晶過程數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、注射成形是塑料制品最重要的成形方式之一，提高塑料制品質(zhì)量和工藝成形性的一個有效方法是采用數(shù)值模擬技術(shù)，對成形過程進行準確預(yù)測，為優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計和優(yōu)選工藝參數(shù)提供指導(dǎo)。由于基于Hele-Shaw假設(shè)的表面模型數(shù)值模擬，不能滿足日益復(fù)雜和大型制品的精確模擬要求，因此迫切需要采用三維實體模擬技術(shù)。 本文對塑料注射成形及結(jié)晶過程的三維有限元模擬進行了比較系統(tǒng)的研究，并編制了數(shù)值模擬軟件，研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面： (1) 在充模

2、過程的模擬中，針對流動數(shù)值模擬中的速度與壓力的插值空間不協(xié)調(diào)導(dǎo)致的數(shù)值振蕩問題，分別建立了基于GLS(Galerkin least-squares)法的速度、壓力任意插值的集成格式穩(wěn)定有限元計算模型和基于PSPG(Pressure-Stabilizing /Petrov-Galerkin)法的速度、壓力同次插值的分離格式穩(wěn)定有限元計算模型。而對于能量場方程中對流占優(yōu)和小擴散系數(shù)造成的數(shù)值不穩(wěn)定問題，則建立了基于GLS/GGLS(Gale

3、rkin gradient least-squares)法的穩(wěn)定有限元計算模型。此外，擴展的三維FAN法用于充模過程中的流動前沿跟蹤。 (2) 在充模后的保壓過程模擬中，熔體與凝固層相互作用，作為一個整體受保壓壓力的作用，建立了三維可壓縮熔體流動和粘彈性凝固層變形的固熔兩相耦合計算模型；在冷卻過程模擬中，制品在型腔內(nèi)受約束變形，建立了三維粘彈性有限元計算模型；在翹曲模擬中，建立了三維彈性變形的有限元計算模型，由此完成了三維注射成形

4、充模后模擬的有限元計算模型的建立。 (3) 根據(jù)所建立的充模過程計算模型，對注射成形的充模過程進行了模擬，研究了流動前沿、噴泉效應(yīng)、跑道效應(yīng)和充模過程中的溫度場；采用不同的網(wǎng)格密度考察了本文算法的精度對網(wǎng)格粗細程度的依賴性；分析了充模工藝參數(shù)對充模過程的影響；比較了不可壓縮與可壓縮假設(shè)的熔體充模過程的差異；通過對具有一定形狀復(fù)雜程度的制品的模擬，表明所建立的充模計算模型具有很好的精度、穩(wěn)定性和實用性。 (4) 在所建立的保壓

5、、冷卻和翹曲計算模型基礎(chǔ)上，研究了工藝參數(shù)對制品殘余應(yīng)力、收縮和翹曲的影響；在保壓、冷卻模擬中，分別采用彈性模型和粘彈性模型計算了凝固層的熱殘余應(yīng)力及模內(nèi)變形。 (5)基于剪切應(yīng)力能提高等效熔點的理論，建立了剪切誘導(dǎo)時間指數(shù)和剪切誘導(dǎo)結(jié)晶的計算模型，給出了結(jié)晶對注射成形過程中熔體粘度的影響模型及考慮結(jié)晶放熱的注射成形能量場控制方程，模擬研究了成形工藝參數(shù)對結(jié)晶及結(jié)晶對注射成形過程的影響。 此外，在數(shù)值算例中，本文的模擬結(jié)果