微注塑成型充填过程三维数值模拟

论文摘要

随着微成形技术的发展,微注塑成型以其独特的优势在微机械、微电子、生物医学等领域得到了广泛的应用和发展。然而,由于微注塑成型中模具型腔的尺寸微小,其成型机理与传统注塑成型有许多不同,传统注塑成型的理论及方法已不能完全用来指导微型塑件的注塑成型。本课题在传统注塑成型数值模拟理论的基础上,结合微注塑成型机理,考虑微注塑成型中的微观因素,通过对ANSYS CFX软件的二次开发,弥补传统注塑成型模拟软件在微注塑成型模拟方面的不足,实现ANSYS CFX软件对微注塑成型充填过程的三维模拟。本文利用ANSYS CFX软件对微注塑成型充填过程进行三维模拟,主要工作和结论如下。1、壁面滑移对微注塑成型充填过程的影响研究。基于对ANSYS CFX的二次开发,研究壁面滑移边界对微注塑成型充填过程的影响。分析表明,在微注塑成型中,与不考虑壁面滑移相比,壁面滑移能推进熔体在型腔中的运动,使熔体运动阻力减小、型腔内压力减小。随着型腔尺寸的减小,壁面滑移效应更加明显。在微注塑成型充填过程中,壁面滑移的影响作用非常明显,不能被忽略。2、重力对微注塑成型充填过程的影响研究。基于对ANSYS CFX的二次开发,分析重力对微注塑成型充填过程的影响。结果表明：重力对型腔的充填具有一定的影响。型腔内熔体流动方向与重力加速度方向一致时,重力对充填起到促进作用；型腔内熔体流动方向与重力加速度方向相反时,重力对充填起阻碍作用。在微注塑成型充填过程中,重力的影响不能忽略。3、粘性耗散对微注塑成型充填过程中熔体温度的影响研究。数值分析粘性耗散对微注塑成型充填过程中熔体温度的影响。结果表明：在微注塑成型充填过程中,粘性耗散对型腔内熔体温度的影响很小,可以忽略不计。4、工艺参数对微注塑成型充填结果的影响研究。通过对ANSYS CFX的二次开发,研究熔体温度、模具温度、注射速度等工艺参数对微注塑成型充填过程的影响。结果表明,在高速填充条件下,熔体温度和模具温度的变化对型腔的填充率没有明显的影响,而注射速度的增大会使型腔的填充率显著的增大；熔体温度和模具温度的升高会使型腔的压力场值降低,而注射速度的增大会使型腔压力场的值升高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 微注塑成型技术的含义及应用
• 1.2 微注塑成型技术的国内外研究现状
• 1.2.1 微注塑理论
• 1.2.2 微注塑机
• 1.2.3 微注塑模具设计与制造
• 1.2.4 微注塑材料
• 1.2.5 微注塑数值模拟
• 1.2.6 微注塑工艺
• 1.2.7 微注塑成型亟待解决的问题
• 1.3 ANSYS CFX软件
• 1.4 课题提出的依据
• 第2章 微注塑成型充填模拟的理论基础
• 2.1 粘性非牛顿流体力学的基本方程和粘度模型
• 2.1.1 粘性非牛顿流体力学的基本方程
• 2.1.2 微注塑充填阶段控制方程
• 2.1.3 粘度模型
• 2.1.4 表面张力模型
• 2.2 边界条件
• 2.3 本章小结
• 第3章 微注塑成型充模流动影响因素分析
• 3.1 微观粘度
• 3.2 壁面滑移
• 3.3 熔体的表面张力
• 3.4 重力和惯性力
• 3.5 粘性耗散
• 3.6 本章小结
• 第4章 微注塑成型充填过程三维模拟
• 4.1 壁面滑移对微注塑成型充填过程影响
• 4.1.1 几何模型
• 4.1.2 壁面滑移模型的二次开发
• 4.1.3 模拟的实现
• 4.1.4 模拟结果及分析
• 4.2 重力对微注塑成型充填过程的影响
• 4.2.1 几何模型
• 4.2.2 模拟采用的材料
• 4.2.3 模拟方案及工艺条件
• 4.2.4 模拟结果的选取
• 4.2.5 模拟结果分析
• 4.3 粘性耗散对填充过程熔体温度的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 微注塑成型充填过程工艺模拟分析
• 5.1 微注塑成型模拟的分析流程
• 5.2 工艺参数的模拟分析
• 5.2.1 熔体温度的模拟分析
• 5.2.2 模具温度的模拟分析
• 5.2.3 注射速度的模拟分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 主要工作及结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢