基于數(shù)值模擬的微注射成型澆注系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、作為成型微制件的一種重要加工方法,微注射成型受到越來(lái)越多的關(guān)注,成為21世紀(jì)的研究熱點(diǎn)之一。由于微制件的質(zhì)量通常在毫克級(jí)、尺寸在微米級(jí),精度要求為微米級(jí),為了提高生產(chǎn)效率,生產(chǎn)中常常設(shè)計(jì)成多型腔模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行成型加工,因此如何實(shí)現(xiàn)微注射的平衡充填,獲得質(zhì)量和性能比較均一的微制件就尤為重要。
　　 本文以微注射成型澆注系統(tǒng)為研究目標(biāo),進(jìn)行澆注系統(tǒng)的流道設(shè)計(jì)及充填分析。從改變流道形狀著手,采用數(shù)值模擬方法優(yōu)化澆注系統(tǒng)并進(jìn)行充填分析,以

2、期對(duì)常用微型制件澆注系統(tǒng)充填平衡性分析提供實(shí)際指導(dǎo)作用。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)分析多型腔模具非平衡流動(dòng)的原因及解決方案:剪切生熱是造成非平衡流動(dòng)的主要原因。由熔體在彎管中流動(dòng)的理論基礎(chǔ)可知,熔體在其中剪切速率場(chǎng)和溫度發(fā)生了改變,通過(guò)熔體從上一級(jí)流道進(jìn)入下一級(jí)流道時(shí)的剪切速率場(chǎng)和溫度場(chǎng)的重置,可以改善非平衡流動(dòng)。因此,本文首先改變澆注系統(tǒng)一級(jí)流道的形狀,建立彎流道模型進(jìn)行初步分析。
　　 (2)采用CAE軟件首

3、先對(duì)聚合物熔體在彎流道中的流動(dòng)進(jìn)行充填模擬,模擬結(jié)果與前人研究所得數(shù)值解基本一致。聚合物熔體在彎流道中流動(dòng)時(shí)的流場(chǎng)分布不具有幾何對(duì)稱性,隨著注射速率的增加,速度場(chǎng)和剪切速率場(chǎng)的最大值偏向彎管內(nèi)側(cè),溫度場(chǎng)的最大值偏向彎管外側(cè)。內(nèi)外側(cè)溫差變化曲線與剪切速率場(chǎng)偏移程度呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)。剪切速率場(chǎng)和溫度場(chǎng)發(fā)生了重置,結(jié)論對(duì)后續(xù)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有理論指導(dǎo)意義。
　　 (3)根據(jù)熔體彎流道流動(dòng)情況初步建立一級(jí)分流道為彎流道的澆注系統(tǒng),其中一級(jí)

4、分流道和二級(jí)分流道之間的夾角設(shè)計(jì)遵循自然平衡原則,為了便于對(duì)比,同時(shí)建立對(duì)應(yīng)的直流道澆注系統(tǒng)進(jìn)行充填分析:通過(guò)對(duì)比聚合物熔體在兩種澆注系統(tǒng)中的充填效果,發(fā)現(xiàn)遵循自然平衡原則設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)并沒(méi)有很好改善非平衡流動(dòng)。從非平衡流動(dòng)的原因著手,改變兩級(jí)流道的夾角優(yōu)化彎流道澆注系統(tǒng),將優(yōu)化后的澆注系統(tǒng)充填結(jié)果與前者對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的澆注系統(tǒng)很好的改善了非平衡流動(dòng),能夠使各個(gè)型腔的壓力分布比較一致。
　　 (4)以澆注系統(tǒng)為研究目標(biāo),具體

5、分析熔體在帶有彎流道的澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)情況。結(jié)果表明:同一注射速率下彎流道澆注系統(tǒng)中面低溫層厚度分布比對(duì)應(yīng)直流道均勻;熔體流經(jīng)一級(jí)彎流道之后,流入二級(jí)分流道由兩股料流組成,由于彎流道中熔體的剪切作用強(qiáng),削弱了由于料流分布造成的二級(jí)分流道兩側(cè)熔體溫差,能夠改善常用直流道澆注系統(tǒng)二級(jí)分流道兩側(cè)的溫差;彎流道二級(jí)分流道上的熔體溫度分布范圍寬度小于直流道二級(jí)分流道,溫度范圍寬度約減小20％,并且隨著注射速率的增加,彎流道能使二級(jí)分流道上的熔體溫

6、度范圍寬度減小程度更大。
　　 分析兩種澆注系統(tǒng)下制件的充填情況,直流道澆注系統(tǒng)在充填結(jié)束時(shí)各個(gè)制件型腔中面的壓力分布出現(xiàn)了不平衡現(xiàn)象,其中靠近主流道的兩個(gè)制件充填壓力大于遠(yuǎn)離主流道側(cè)的壓力:在相同條件下,彎流道澆注系統(tǒng)的各個(gè)制件型腔中面的壓力分布平衡性優(yōu)于直流道澆注系統(tǒng)。
　　 采用不同材料對(duì)兩種澆注系統(tǒng)進(jìn)行充填模擬,分析兩種澆注系統(tǒng)對(duì)不同材料的非平衡充填的影響。發(fā)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的彎流道澆注系統(tǒng)對(duì)改善所選材料的非平衡流動(dòng)