塑料注射成型中充模阶段熔体流动的研究

摘要

充模阶段是整个注射成型周期中最重要、最复杂的阶段，它决定着制品的物理性能及质量。因此对该阶段熔体的流动行为进行研究，对提高产品质量具有重要意义。　　对聚合物熔体在薄壁矩形型腔和浇注系统中充模流动过程进行了详细的分析，根据其流动特点作了一系列假设，根据流体力学和热力学知识，建立了熔体充模流动的控制方程，并给出了边界条件。求解得到熔体前沿平均速度，它是以温度、压力、速度梯度、压力梯度及材料性质为变量的函数，对这些变量的影响从理论上作了分析。然后采用有限元法求解压力场和速度场，采用有限差分法求解温度场，并用控制体积法得到熔体的前沿位置。采用矩形型腔模具，用聚丙烯和高密度聚乙烯为实验材料，在保持其他工艺条件不变的情况下，通过单独改变熔体温度、注射压力和注射速度，测量模腔内特殊点的压力和温度变化，并测定充模时间。结合实验结果对这三个参数对充模时间的影响作了分析，结果表明，随着熔体温度、注射压力、注射速率的增大，充模时间变短。但注射压力在增大到一定值时对充模时间影响不明显。然后模拟得到温度场、速度场、压力场、剪切速率及凝固层分布，作了理论上的分析与讨论。实验结果与模拟结果基本吻合，说明本论文所采用的数学模型可用于薄壁制品充模过程的流动分析。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理量名称及符号表

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第一章绪论

1.1引言

1.2注射成型充模流动模拟研究的发展

1.2.1塑料注射充模过程的模拟研究

1.2.2粘弹模型的研究

1.2.3三维流动的研究

1.2.4熔体前沿面位置的确定

1.3注射成型流动模拟技术的发展

1.3.1中面流技术

1.3.2双面流技术

1.3.3实体流技术

1.4注射成型CAE软件的概况

1.4.1当前流行的注射成型CAE软件

1.4.2注塑CAE的组成

1.4.3 MOLDFLOW的组成

1.4.4 MOLDFLOW/MPI软件简介

1.5本文的工作及其意义

第二章注射充模过程的理论模型

2.1引言

2.2熔体充模的物理过程

2.3熔体充模过程分析

2.4熔体充模过程的数学模型

2.4.1流变学基本方程

2.4.2基本假设和简化

2.4.3型腔填充过程流动方程

2.4.4浇注系统填充过程流动方程

2.4.5材料性质的描述

2.4.6压力场控制方程的推导

2.4.7边界条件的确定

2.5对熔体前沿平均速度的分析

2.6本章小结

第三章注射充模过程的数值求解

3.1引言

3.2充模过程的有限元分析

3.2.1有限元简介

3.2.2有限元方法解题步骤

3.2.3压力场的有限元求解

3.2.4熔体前沿位置的确定

3.2.5温度场的有限差分求解

3.3求解结果的分析

3.4本章小结

第四章实验研究

4.1实验目的

4.2实验用材料

4.3实验设备

4.3.1精密注射机

4.3.2模具

4.3.3温度测量系统

4.3.4压力测量系统

4.4热电偶的标定与测量

4.5应变片的标定与测量

4.6研究内容及方法

4.6.1实验内容

4.6.2压力和充模时间的测量

4.6.3温度的测量

4.6.4短料注射

4.7本章小结

第五章结果分析与讨论

5.1模拟工作

5.2结果与分析

5.2.1压力分布

5.2.2各参数对充模时间的影响

5.2.3熔体流动前沿

5.2.4温度分布

5.2.5速度分布

5.2.6剪切速率分布

5.2.7凝固层分布

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表与学位论文内容相关的学术论文

致谢

附录

附录A电阻应变片的标定结果

附录B聚丙烯材料的压力测试结果

附录C高密度聚乙烯材料的充模时间测试结果