基于颗粒模型的粉末注射成形充模流动过程研究

摘要

成形过程的均匀性控制是决定粉末注射成形产品成品率高低的关键环节，对粉末注射成形充模流动过程进行数值模拟是解决此问题的首选途径。基于连续介质模型对粉末注射成形充模流动过程进行模拟难以解决注射成形均匀性问题，而颗粒模型是目前解决均匀性问题的主要方向。
　　采用存在填隙流体的颗粒模型来研究粉末注射成形充模流动过程。推导两颗粒作用力方程，建立颗粒之间的接触力学模型。使用Matlab对模型进行编程求解，，采用离散元方法，通过颗粒间作用力计算颗粒群的运动状态，实现了颗粒充填模腔过程中接触力学模型的求解和运动过程的模拟。模拟了不同工艺参数对粉末注射成形充模流动过程前沿的运动及粉末分布均匀性的影响，并设计了两种典型型腔进行实验验证。
　　对流动前沿的研究发现，随着粉末颗粒初始速度的提高、粉末粒径的增大、注射温度的提高和粉末装载量的降低，颗粒在充模流动过程中速度增加。对通孔形腔的模拟发现，随着注射速度的提高、粉末粒径的增大、注射温度的降低，粉末密度差异变大，最大差异可达8％。实验所得试样通孔后粉末密度较通孔前低7.05％，与模拟结果较为一致。对台阶形腔的模拟发现，提高注射压力有助于改善粉末密度分布均匀性。验证实验中随着注射压力的增加，粉末密度的差异从8.5％降低到0.4％。实验结果与模拟结果的基本相符，说明颗粒模型具有反映注射成形实际流动过程的能力。