三維塑料注射成形及結晶過程數值模擬關鍵技術研究.pdf

1、注射成形是塑料制品最重要的成形方式之一，提高塑料制品質量和工藝成形性的一個有效方法是采用數值模擬技術，對成形過程進行準確預測，為優(yōu)化產品設計和優(yōu)選工藝參數提供指導。由于基于Hele-Shaw假設的表面模型數值模擬，不能滿足日益復雜和大型制品的精確模擬要求，因此迫切需要采用三維實體模擬技術。 本文對塑料注射成形及結晶過程的三維有限元模擬進行了比較系統(tǒng)的研究，并編制了數值模擬軟件，研究內容主要包括以下幾個方面： (1) 在充模

2、過程的模擬中，針對流動數值模擬中的速度與壓力的插值空間不協(xié)調導致的數值振蕩問題，分別建立了基于GLS(Galerkin least-squares)法的速度、壓力任意插值的集成格式穩(wěn)定有限元計算模型和基于PSPG(Pressure-Stabilizing /Petrov-Galerkin)法的速度、壓力同次插值的分離格式穩(wěn)定有限元計算模型。而對于能量場方程中對流占優(yōu)和小擴散系數造成的數值不穩(wěn)定問題，則建立了基于GLS/GGLS(Gale

3、rkin gradient least-squares)法的穩(wěn)定有限元計算模型。此外，擴展的三維FAN法用于充模過程中的流動前沿跟蹤。 (2) 在充模后的保壓過程模擬中，熔體與凝固層相互作用，作為一個整體受保壓壓力的作用，建立了三維可壓縮熔體流動和粘彈性凝固層變形的固熔兩相耦合計算模型；在冷卻過程模擬中，制品在型腔內受約束變形，建立了三維粘彈性有限元計算模型；在翹曲模擬中，建立了三維彈性變形的有限元計算模型，由此完成了三維注射成形

4、充模后模擬的有限元計算模型的建立。 (3) 根據所建立的充模過程計算模型，對注射成形的充模過程進行了模擬，研究了流動前沿、噴泉效應、跑道效應和充模過程中的溫度場；采用不同的網格密度考察了本文算法的精度對網格粗細程度的依賴性；分析了充模工藝參數對充模過程的影響；比較了不可壓縮與可壓縮假設的熔體充模過程的差異；通過對具有一定形狀復雜程度的制品的模擬，表明所建立的充模計算模型具有很好的精度、穩(wěn)定性和實用性。 (4) 在所建立的保壓

5、、冷卻和翹曲計算模型基礎上，研究了工藝參數對制品殘余應力、收縮和翹曲的影響；在保壓、冷卻模擬中，分別采用彈性模型和粘彈性模型計算了凝固層的熱殘余應力及模內變形。 (5)基于剪切應力能提高等效熔點的理論，建立了剪切誘導時間指數和剪切誘導結晶的計算模型，給出了結晶對注射成形過程中熔體粘度的影響模型及考慮結晶放熱的注射成形能量場控制方程，模擬研究了成形工藝參數對結晶及結晶對注射成形過程的影響。 此外，在數值算例中，本文的模擬結果