基于两相流原理的水辅成型穿透过程数值模拟

摘要

水辅助注射成型(Water-assisted Injection molding,WAIM)是在气体辅助注射成型(Gas-assisted Injection molding,GAIM)基础上发展起来的用于生产中空制件的一种新型技术，与气辅成型水辅相比水辅成型制品内壁更光滑、壁厚更均匀，也避免了气辅成型经常出现的指化效应，因此，水辅成型被大量应用于离合器踏板、打印机的输纸辊、洗衣机介质导管、中空针和外科用扩张器等汽车、家用电器和医疗产品的生产与加工。开展水辅成型数值模拟可以在实际开模之前评价模具结构、成型工艺的合理性，预测制品缺陷，减少试模次数，提高生产效率。
　　以往数值模拟主要基于毛细管CA摄动法结合有限体积方法追踪穿透界面的演化、预测穿透长度及残余壁厚，无法模拟内外侧壁厚差及波浪形穿透界面，也不能较好地预测水的导热性对残余壁厚的影响。因此，本文以两相流原理为基础建立穿透过程中塑料熔体、水的控制方程及边界条件，采用有限体积法离散连续性方程、动量方程和能量方程，根据水穿透特征提出了界面追踪算法，分析了穿透机理，探索了工艺条件对穿透界面的影响规律。本文研究发现：
　　（1）注射水的压力一定时，熔体初始温度每升高10℃，制品内侧平均壁厚减小3.8％，制品外侧平均壁厚减小2.3%；
　　（2）熔体初始温度一定时，随着注水的速度的增加，剪切速率增大，黏度降低，制品的残余壁厚减小；随着注射水的压力的增加，剪切速率增加，黏度降低，制品的残余壁厚减小；
　　（3）在弯道处沿流动方向内侧残余壁厚逐渐减小，外侧壁厚逐渐增大；
　　（4）熔体初始温度对穿透比的影响在变截面制品成型中呈现不一样的规律，在收缩截面，随熔体初始温度的增加，穿透比降低；在等截面及扩张截面穿透比随熔体初始温度的变化很小。
　　本文研究结果对水辅成型加工工艺设计有借鉴价值。

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1. 绪论

1.1水辅成型技术的特点

1.2水辅成型应用范围及应用现状

1.3水辅成型研究进展

1.4 本论文的选题背景及主要内容

1.5 本章小结

2. 水辅成型理论基础

2.1 水辅成型熔体流动的数学描述

2.2 基本控制方程

2.3 本构关系

2.4 不同界面的确定

2.5 本章小结

3. 水辅成型的数值算法

3.1 常用的数值方法

3.2 假设与简化

3.3理论方程

3.4 边界条件

3.5连续性方程离散

3.6 动量方程离散

3.7 能量方程离散

3.8界面演化方程

3.9 界面演化方程的离散

3.10 本章小结

4. 水辅成型的水穿透过程的模拟

4.1 工艺参数对水辅成型的影响

4.2 水辅成型实际产品的模拟

4.3本章小结

5.总结与展望

5.1 本文总结

5.2 展望

参考文献

个人简历及研究生期间发表论文

致谢