带有微结构特征制品的注塑充填流动不平衡研究

摘要

随着微/纳米技术迅猛发展，微注塑成型技术已经成为目前研究的热点之一。由于微注塑制品结构尺寸微小，精度要求高，熔体在注塑成型过程中表现出的流变特性不同于宏观的注塑成型，不能完全将传统注塑成型工艺应用于微注塑成型。目前，对于微注塑的成型理论还不够完善，还需要进一步的研究熔体在微注塑成型过程中的流动行为。在生产过程中，为了提高生产效率，降低成本，通常采用一模多腔平衡式流道系统进行注射成型，但通常会产生充填不平衡现象，使得各型腔塑件质量呈现出不一致性。　　本文采用聚丙烯（PP）为原料，结合微结构注塑制品的成型特性、结构以及尺寸等特点，研究带有微结构特征的注塑制品的质量的一致性，设计了一模八腔的带有微结构特征的注塑模具，重点分析了模具温度、注射速率及注射压力对成形过程中微结构注塑制品充填率的影响，以及对成形过程中熔体流动不平衡的影响，结合数值模拟软件分析揭示了流动不平衡的本质原因，并对其流道系统进行改进。本文的主要工作包括：　　1. 设计带有微结构特征的注塑成型模具。采用微细电火花铣削技术加工在型腔上加工微圆孔，并采用镶块结构，使得模具便于更换。　　2. 基于单因素试验的方法研究了模具温度、注射速率以及注射压力对不同尺寸的微特征结构充填率的影响规律。增大模具温度、注射速率以及注射压力都能提高微特征制品的充填率。　　3. 采用单因素试验研究了模具温度、注射速率和注射压力对不同尺寸的微特征结构成形过程中流动不平衡的影响规律。　　4. 优化流道系统，在分流处分别设计两组可更换的方形槽和球形槽嵌件，研究两种流道系统对熔体充填不平衡的影响。　　5. 对带有微结构特征的注塑制品进行数值模拟。利用有限元分析软件对充填过程进行模拟，进一步探究了熔体充填不平衡的原因。

目录

声明

1 绪论

1.1微注塑成型技术

1.1.1 微注塑成型的定义及应用

1.1.2 微注塑成型的特点

1.2课题研究背景及意义

1.3微注塑成型技术的研究现状

1.3.1微注塑模具的设计与加工

1.3.2 微注塑成型工艺研究现状

1.3.3微注塑成型充模流动理论研究现状

1.3.4微注塑成型数值模拟研究现状

1.4聚合物流动不平衡研究现状

1.4.1传统注塑成型的流动不平衡研究现状

1.4.2微注塑成型的流动不平衡研究现状

1.5 本文主要内容

2微注塑充模流动行为的理论分析

2.1 引言

2.2 聚合物充模流动过程的数学模型

2.3 微尺度下聚合物充模流动过程的数学模型

2.3.1假设与简化

2.3.2 边界条件及初始条件

2.4 微注塑熔体流动的尺度效应

2.5 本章小结

3 微注塑充填流动实验

3.1实验材料

3.2实验设备

3.3 模具设计

3.4 本章小结

4微注塑成型工艺研究

4.1实验方案设计

4.2 结果与讨论

4.2.1模具温度对微圆柱充填高度的影响

4.2.2注射速度对微圆柱充填高度的影响

4.2.3注射压力对微圆柱充填高度的影响

4.3 本章小结

5微注塑流动不平衡分析

5.1注塑成型中的流动不平衡机理

5.2微注塑充填不平衡工艺试验研究

5.2.1 模具温度对流动不平衡的影响

5.2.2注射速率对流动不平衡的影响

5.2.3 注射压力对充填不平衡的影响

5.3.1浇注系统设计

5.3.2 改进后的注塑充填实验及结果分析

5.4本章小结

6 流动不平衡数值模拟

6.1 Polyflow简介

6.2 微尺度下注塑充模过程模拟的分析流程

6.3 几何模型的建立

6.4求解设置

6.4.1 材料参数

6.4.2材料的黏度模型

6.4.3边界条件设置

6.5结果与讨论

6.5.1普通流道中的温度分布

6.5.2 改进结构后的数值分析

6.6 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的成果