微注射成型充模过程数值模拟的研究

论文摘要

在塑料注射成型工艺中,对塑料熔体的填充过程进行数值模拟,可以预测实际注射中可能出现的缺陷,尽快优化模具设计、调整工艺参数和有针对性的制定技术解决方案。微注射成型是一种注射制件重量以毫克（㎎）为计算单位,制品几何尺寸以微米（μm）为度量单位的成型方法。由于微注射成型制件尺寸上的微小,传统宏观的数值模拟已不能很好的预测熔体在微小型腔内的流动行为,需要实现针对微注射成型的数值模拟。实现对微注射成型数值模拟的关键则是建立适合微注射成型充模流动的理论数学模型。本文是对微注射成型充模过程数值模拟的研究,所做主要工作如下:1.对微观熔体的流动特性进行分析,针对微注射成型过程中的滑移现象,对微观壁面滑移现象机理进行了讨论,引入了Navier滑移边界条件。在借鉴宏观充模流动的控制方程的基础上,从粘性流体力学的质量、动量和能量方程出发,结合微注射成型的特点,提出合理的简化和假设,重新推导出适合微注射成型的质量、动量和能量方程,为实现对微注射成型过程的数值模拟创建了理论基础。2.在推导出适合微注射成型的控制方程的基础上,采用Cross-WLF粘度模型,确定边界条件,为进一步简化控制方程做准备。通过变分法简化微注射成型的控制方程,通过有限元法对压力场和速度场进行离散,获得相应的单元刚度矩阵并确定具体的求解步骤,作出了主程序的流程图,将主程序的编制的准备工作全部完成。3.运用Moldflow软件,针对所构建的微特征模型进行三维数值模拟,通过工艺参数的改变得到了模具温度、注射速度和熔体温度对充填长度的影响结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微注射成型技术概述
• 1.2 微注射成型技术研究内容
• 1.2.1 微注射成型工艺的研究
• 1.2.2 微型注射模具设计与制造的研究
• 1.2.3 微型注射机的研究
• 1.3 微注射成型技术的应用与发展趋势
• 1.3.1 微注射成型技术的应用
• 1.3.2 微注射成型技术的发展趋势
• 1.4 本章小结
• 第二章 微注射数值模拟的需求与方案设计
• 2.1 注射成型技术
• 2.2 研究背景及意义
• 2.3 微注射数值模拟的需求
• 2.4 微注射成型方案设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 微注射成型数学分析
• 3.1 传统注射成型的数学模型
• 3.1.1 粘性流体力学的基本方程
• 3.1.2 基本假设与简化
• 3.1.3 传统注射充模控制方程
• 3.2 微注射成型充模流动理论数学模型
• 3.2.1 微观流动滑移因素
• 3.2.2 假设与简化
• 3.2.3 控制方程
• 3.3 粘度模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 微注射成型的数值模拟
• 4.1 数值实现
• 4.1.1 控制方程
• 4.1.2 控制方程的变分方程
• 4.1.3 有限元离散
• 4.2 数值模拟的实现
• 4.2.1 与前处理模块的集成
• 4.2.2 与后处理模块的集成
• 4.3 数值算例
• 4.3.1 模型建立
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要工作与结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果