微注塑成型充模理论模型与数值模拟

发布时间：2017-03-31 10:06

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【摘要】：随着微机电系统技术的发展对微型制件需求的不断增长,以传统的微细加工方法成形微小制件难以满足微系统的应用要求,而用微注塑成型的方法成型微小制件,具有生产效率高,制件质量稳定等优点,成为微成形加工领域的重要工艺发展方向。 由于微型塑件的结构尺寸与体积微小,传统的宏观上的注塑模具设计理论及方法在某种程度上已经失去指导意义,需要从微观尺度上根据微型塑件成型的特点,建立新的微注塑模具设计的基本理论与方法。因此研究微小熔体在模具型腔中的流动行为成为微型模具设计理论研究的重要内容,其中建立适合微注塑成型充模流动的理论模型是关键。 本文依据塑料流变学、流体力学等基本理论,借鉴宏观熔体的充模流动理论模型,比较了微型注塑成型技术与传统注塑成型技术的差异,对微观熔体充模过程中的诸多可能的影响因素,如模具和熔体温度、流动过程的非等温特性、型腔排气、流动通道的表面粗糙度、熔体的表面张力、惯性力与重力、微观粘度、粘性耗热、粘弹效应等进行了全面分析,初步建立了反映微观熔体充模流动行为的理论模型。进而,采用Polyflow等流体分析软件对模型中的影响因素进行模拟,根据模拟结果进一步完善了理论模型。最后,本文引用美国俄亥俄大学的Liyong Yu博士的实验结果,分别对200μm和100μm两种宽度的微流道进行充模流动模拟,并将模拟结果与实验数据进行对比,验证了理论模型的正确性,同时分析了模拟结果与实验数据之间产生误差的原因。 通过模拟结果的分析可知,考虑壁面滑移影响和采用局部热对流系数能够较好的反映温度变化、流道表面粗糙度和熔体弹性等因素对微小熔体充模流动行为的影响。本文所建立的理论模型在微小流动通道中的充模长度预测上已经得到了较好的验证,能够反映出微型模具通道中熔体的充模流动行为,为微型注塑模具设计理论奠定了有力的基础。
【关键词】：微注塑成型 理论建模 壁面滑移 局部热对流 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TH703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-21
• 1．1 微注塑成型技术的含义及应用11-13
• 1．1．1 微注塑成型技术的含义11-12
• 1．1．2 微注塑成型技术的应用12-13
• 1．2 国内外研究概况及发展趋势13-19
• 1．2．1 微注塑成型技术的研究概况13-18
• 1．2．1．1 微型注塑机的研究14-15
• 1．2．1．2 微注塑成型工艺的研究15-16
• 1．2．1．3 微注塑成型基础理论研究16-18
• 1．2．2 微注塑成型技术的发展趋势18-19
• 1．3 课题研究的主要内容19-21
• 2 注塑成型理论基础21-35
• 2．1 注塑成型材料及其性能21-28
• 2．1．1 塑料组成21
• 2．1．2 塑料热性能21-24
• 2．1．3 热塑性塑料的流动特性24-28
• 2．1．3．1 粘性流动行为25-26
• 2．1．3．2 影响粘性流动的因素26-28
• 2．2 注塑成型充模流动理论28-34
• 2．2．1 注塑成型理论研究的发展28-29
• 2．2．2 充模过程数学模型29-32
• 2．2．2．1 充模过程的基本方程29-30
• 2．2．2．2 基本方程的假设30-31
• 2．2．2．3 注塑充模数学描述31-32
• 2．2．3 微观应用限制32-34
• 2．3 本章小结34-35
• 3 微注塑成型充模流动分析及建模35-53
• 3．1 微观流动影响因素分析35-42
• 3．1．1 温度35-37
• 3．1．2 排气37-38
• 3．1．3 模具表面粗糙度38-39
• 3．1．4 熔体的表面张力39-40
• 3．1．5 惯性力、重力40
• 3．1．6 微观粘度40-42
• 3．1．7 粘性耗热42
• 3．1．8 熔体的粘弹性效应42
• 3．2 微注塑成型流动理论模型的建立42-52
• 3．2．1 微观熔体滑移机理43-44
• 3．2．2 局部热对流系数44-45
• 3．2．3 微观熔体流动控制方程45-52
• 3．2．3．1 连续性方程45-47
• 3．2．3．2 动量方程47-51
• 3．2．3．3 能量方程51-52
• 3．3 本章小结52-53
• 4 数值模拟及结果分析53-71
• 4．1 模拟用软件介绍53
• 4．2 数值模拟及结果分析53-70
• 4．2．1 惯性力模拟分析53-57
• 4．2．2 粘性耗热模拟分析57-59
• 4．2．3 壁面滑移的模拟分析59-65
• 4．2．4 局部热对流系数的模拟分析65-70
• 4．3 本章小结70-71
• 5 微注塑成型填充流动理论模型验证71-79
• 5．1 实验简介71-72
• 5．2 模拟方法72-74
• 5．3 200μm流道的填充长度模拟74-75
• 5．4 100μm流道的填充长度模拟75-78
• 5．5 本章小节78-79
• 6 结论与展望79-81
• 6．1 本文工作的总结及结论79-80
• 6．2 今后工作的展望80-81
• 参考文献81-84
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况84-85
• 致谢85-86
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书86

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 侯建华;感应加热在注塑成型中的应用[D];郑州大学;2010年

2 吴煜;微注塑成型中熔体粘度对充模流动影响的实验研究[D];大连理工大学;2010年

3 贝海鑫;微注塑充模流动中粘性耗散的研究[D];大连理工大学;2010年

4 魏玉新;微注塑成型充模流动中粘性耗散与对流传热研究[D];大连理工大学;2006年

5 唐俊;微注塑成型充模流动中熔体粘度和壁面滑移的研究[D];大连理工大学;2008年

6 范九红;微注射成型充模过程数值模拟的研究[D];电子科技大学;2008年

7 周志冰;注塑成型流动性分析及成型过程数值模拟[D];湘潭大学;2009年

8 苏全亮;注射速度对微注塑成型充填过程及制品形态结构的影响[D];郑州大学;2012年

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本文编号：279449