（材料加工工程专业论文）基于数值模拟的顺序共注射研究.pdf

西华大学硕士学位论文 基于数值模拟的顺序共注射研究 材料加工工程 研究生王涛指导教师傅建 顺序共注射是指依次将不同材料的聚合物熔体注入模腔，使熔体以多相分 层流动形式充填模腔并固化，从而最终获得具有复合性质产品的一种模塑技术。 先注入的熔体通常形成塑件的壳层，而后注入的熔体通常形成塑件的芯层。作 为一种新型的注射成型技术，如何避免芯层熔体前缘冲破现象的出现，同时获 得具有较大芯层熔体填充的制品，对于它的实际应用和理论研究具有极为重要 的意义。然而，以往的研究无法为这一特殊的成型技术提供全面、快速的工程 分析结果；缺乏系统理论为产品结构的优化、最小壳层预填充量的预测等提供 参考依据。 本论文以m p i 为实验平台，探讨了熔体假塑性对芯层熔体冲破趋势的影响， 并在此基础上研究了矩形板制品的长宽尺寸比对芯层熔体冲破趋势的影响，建 立了衡量芯层熔体冲破趋势及预测最小壳层预填充量的数学方程。之后对顺序 注射成型过程进行可视化动态模拟分析，在手推式剪草机基座外壳的顺序共注 射中检验了提出方程的正确性并进一步提出了对方程误差的修正方法。 研究结果表明： ( 1 ) 在不同注射速率下，芯壳层熔体粘度比变化是影响芯层熔体前沿冲 破的主要因素；而粘度比变化与注射熔体的假塑性和熔体流动的剪切状态有关。 随芯层熔体注射速率的增加，如果芯层熔体的假塑性小于( 或等于、大于) 壳 层熔体，则芯层熔体前沿冲破趋势减小( 或基本不变、增大) ；随壳层熔体注射 速率增加，无论芯层熔体的假塑性是否小于( 或等于、大于) 壳层熔体，其前 沿冲破趋势均减小。 ( 2 ) 利用文中建立的衡量芯层熔体冲破趋势数学方程所得的计算值与数值 模拟实验所得值的吻合程度较高；物料组合及工艺条件固定时，随制品长宽尺 两华大学硕士学位论文 寸比的改变，芯层熔体前沿对壳层熔体的刮带作用及其受到的空间位阻、壳层 熔体阻力发生改变，从而导致芯层熔体平均推进速度发生改变，这是制品长宽 尺寸比影响芯层熔体前沿冲破趋势的主要原因。 ( 3 ) 文中建立的预测最小壳层预填充量的数学方程有一定的合理性；芯 壳层熔体粘度比r 较小时，该数学方程的计算值比之实际值偏大，反之则偏小； 因物料组合的不同，芯层熔体前沿的形貌可随芯层熔体推进距离的增大而逐渐 变的尖凸或平坦，这导致芯层熔体平均推进速度变大或变小，并进一步使得计 算值的误差偏小或偏大。 ( 4 ) 对于手推式剪草机基座外壳这一产品而言，本文提出的预测最小壳层 熔体预填充量方程的误差绝对值偏大，但可通过逐步收敛的方法减小该误差； 在成型该制品的过程中，芯层熔体冲破趋势越大，则芯层熔体分布越均匀，芯 层熔体穿透深度越大。 关键词：顺序共注射，前沿冲破，长宽尺寸比，预填充量，数值模拟 t h er e s e a r c ho f s e q u e n t i a lc o - i n j e c t i o nm o l d i n g b a s e do nn u m e r i c a ls i m u l a t i o n m a t e r i a lp r o c e s s i n ge n g i n e e r i n g c a n d i d a t e ：w a n gt a os u p e r v i s o r ：f uj i a n t h es e q u e n t i a lc o _ i n j e c t i o nm o l d i n gi sa t e c h n o l o g yt op r o d u c ep l a s t i c sp a ni n t h a tt h ed i f f e r e n tm e l t sa r e s e q u e n t i a l l yi n j e c t e di n t ot h ec a v i t ya n dam u l t i 1 a v e r p r o d u c tt h a tc o n t a i n sc o m p l e xc h a r a c t e ri so b t a i n e da f t e rt h e m e l ti sf r e e z i n g u s u a l l y ，t h em e l tf i r s t l yi n j e c t e di st h es k i nl a y e ro ft h ep a r ta n dt h em e l ts e c o n d l v i n j e c t e d1 st h ec o r el a y e r a san e wi n j e c t i o nm o l d i n gt e c h n o l o g y , a v o i d i n gt h ec o r e m e l tb r e a k t h r o u g ha n do b t a i n i n gm o r ec o r em e l ti nt h ep r o d u c ta r eq u i t es i g n 墒c a l l t f o rt h e o r e t i c s t u d ya n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o no fs e q u e n t i a l c o i n j e c t i o nm o l d i n g h o w e v e r , t h ei n v e s t i g a t i o n s d e a l i n g w i t h c o i n j e c t i o nm o l d i n gw h i c hw e r e p u b l i s h e d i nt h e p a s t t h r e e d e c a d e sc o u l dn o t p r o v i d ec o m p r e h e n s i v e e n g i n e e r i n g a n a l y s i s r e s u l t sa n ds y s t e mt h e o r i e sh o wt o o p t i m i z et h ep r o d u c t c o n f i g u r a t i o na n dh o wt oc a l c u l a t et h em i n i m u mv o l u m eo fs k i nm e l tp r e f i l l e d b yt h em p is o f t w a r e ，t h ee f f e c to fp s e u d o p l a s t i c i t yo nt h e t e n d e n c vo f c o r e 。m e l tf r o n tb r e a k t h r o u g hw a sd i s c u s s e d ，a n db a s e do n t h i sr e s e a r c h ，t h ee f i e c to f t h e l e n g t h - w i d t hr a t i oo fr e c t a n g u l a r - p l a t ep a r to nt h et e n d e n c yo fc o r e m e l t 仔o n t b r e a k t h r o u g hw a sa l s od i s c u s s e d t h em a t h e m a t i cf o r m u l a et or e f l e c tf a c t o r sm a t a f f e c t e dt h et e n d e n c yo fc o r e m e l tf r o n ta n dc a l c u l a t em i n i m u m - v o l u m ef i r a c t i o no f s k i nm e l tp r e f i l l e dw e r ec r e a t e d s i m u l t a n e o u s l y , s e q u e n t i a l c o i 巧e c t i o nm 0 1 d i n g p r o c e s sw a sr e s e a r c h e db ym p is o f t w a r e t h ef o r m u l a et ob es e tu pi nt h er e s e a r c h w e r ep r o o f e da n dt h em e a n st h a tr e d u c ec o m p u t i n ge r r o rw a s g i v e n t h er e s e a r c hr e s u l ts h o w st h a t i i i 西华大学硕士学位论文 ( 1 ) u n d e rd i f f e r e n ti n j e c t i o nr a t e r ，t h ec h a n g eo ft h ev i s c o s i t yr a t i oo fc o r e s k i n m e l ti st h e i m p o r t a n t f a c t o rw h i c ha f f e c t st h e t e n d e n c y o fc o r e m e l tf r o n t b r e a k t h r o u g h t h ep s e u d o p l a s t i c i t ya n ds h e a rs t a t eo ft h em e l ta f f e c tt h ev i s c o s i t y r a t i oo fc o r e s k i nm e l t i ft h ep s e u d o p l a s t i c i t yo fc o r em e l ti sl e s st h a n ( e q u a lt o ，o r g r e a t e rt h a n ) t h a to fs k i nm e l t ，i n c r e a s i n gt h ei n j e c t i o nr a t eo fc o r em e l tw i l ld e c r e a s e ( n o tc h a n g e ，o ri n c r e a s e ) t h et e n d e n c yo fc o r e m e l tf r o n tb r e a k t h r o u g h w h a t e v e rt h e p s e u d o p l a s t i c i t yo fc o r em e l ti sl e s st h a n ( e q u a lt o ，o rg r e a t e rt h a n ) t h a to fs k i nm e l t ， i n c r e a s i n gt h ei n j e c t i o nr a t eo fs k i nm e l tw i l ld e c r e a s et h et e n d e n c yo fc o r e m e l t f r o n tb r e a k t h r o u g h ( 2 ) t h ec a l c u l a t i o nr e s u l tb yt h ef o r m u l ac r e a t e dt h i sp a p e rw h i c hc a l c u l a t e st h e t e n d e n c yo fc o r e m e l tf r o n tb r e a k t h r o u g ha c c o r d sw i t ht h er e s u l to fn u m e r i c a l s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t i ff i ) 【吨m a t e r i a lp a i ra n dm o l d i n gc o n d i t i o n s ，w i t ht h e c h a n g eo fl e n g t h - w i d t hr a t i oo ft h er e c t a n g u l a rp l a t e ，b l o c kf r o ms k i nm e l ta n d s p a t i a ls t e r i ch i n d r a n c ew i l lc h a n g ea v e r a g ef l o w s p e e do fc o r em e l t t h a tw a st h e i m p o r t a n tr e a s o nw h yt h el e n g t h - w i d t hr a t i ow o u l da f f e c tt h et e n d e n c yo fc o r e - m e l t f r o n tb r e a k t h r o u g h ( 3 ) t h ef o r m u l ac r e a t e di nt h i sp a p e rw h i c hc a l c u l a t em i n i m u m - v o l u m ef r a c t i o n o fs k i nm e l tp r e f i l l e di sr a t i o n a l w h e nv i s c o s i t yr a t i oo fc o r e s k i nm e l ti sl e s s ，t h e c a l c u l a t er e s u l t sa r eg r e a t e rt h a nt h et r u ev a l u e ，v i c ev e r s a d u et ot h ev a r yo ft h e m a t e r i a lp a i r ，t h ep a t t e mo fc o r em e l tf r o n tc h a n g e sg r a d u a l l yt op r o t r u s i v eo r c o m p l i c a t ew i t ht h ei n c r e a s eo fc o r e m e l tf l o w i n gd i s t a n c e ，w h i c hw i l lr e s u l ti n i n c r e a s i n g o rd e c r e a s i n gt h e a v e r a g ef l o w i n gv e l o c i t yo fc o r em e l t ，t h e nt h e c a l c u l a t i o ne r r o rf r o mt h ef o r m u l aw i l lb e1 e s so rm o r et h a nt h et r u ev a l u e ( 4 ) f o rt h es h e l lo fh a n d l a w n m o w e rb a s e ，t h ea b s o l u t ee r r o rv a l u ef r o mt h ef o r m u l a i nc a l c u l a t i n gm i n i m u m v o l u m ef r a c t i o no fs k i nm e l tp r e f i l l e di s g r e a t e r , b u tt h e e r r o rc o u l db ea s t r i n g e ds t e pb ys t e p f o rt h e s h e l l ，l o n g e rp e n e t r a t i o nl e n g t ha n d e v e n e rc o r e - m e l td i s t r i b u t i o nc o u l d b eo b t a i n e db yi n c r e a s i n gt h e b r e a k t h r o u g h t e n d e n c yo fc o r e m e l tf r o n t 西华大学硕士学位论文 k e y w o r d s ：s e q u e n t i a lc o i n j e c t i o nm o l d i n g ；c o r e m e l tb r e a k t h r o u g h ；l e n g t h w i d t h r a t i o ；s k i n m e l tv o l u m ep r e f i l l e d ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n v 西华大学硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中做了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归西华大学所有，特此声明。 8 2 作者签名：弘者吖年占月，。日 导师签名： 西华大学硕士学位论文 西华大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅，西华大学可以将本论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印 手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书； 2 、不保密口，适用本授权书。 ( 请在以上口内划) 学位论文作者签名：互涛 指导教师签名： 日期：9 p9 石1 0 礴乏 嘴加川 两华大学硕士学位论文 1 课题背景 随着科学技术的发展，塑料制品向高性能和多功能方向发展，传统的注塑 工艺已难以适应发展的需要，从而涌现出许多新型注射工艺，顺序共注射模塑 ( s e q u e n t i a lc o i n j e c t i o nm o l d i n g ，亦称夹层注射模塑s a n d w i c hi n j e c t i o n m o l d i n g ) 就是其中之一”1 “。 顺序共注射模塑成型( 简称共注射成型) 就是依次将不同的聚合物熔体注 入模腔。在模腔内，聚合物熔体以多相分层流动充模成型，最终固化形成多层 复合注塑件。先注入的熔体通常形成塑件的壳层，而后注入的熔体通常形成塑 件的芯层。 f i 9 1 it h eg e a r w h e e l w a sp r o d u c e db yc o 一叫e c t i o n 图i - i 批注成型的齿轮 弛注射成型技术由于其特殊的工艺，因而具有许多其它塑料成型技术所不 具有的特殊功能和优点：以废旧塑料为芯层材料，以优质塑料为壳层材料。 这样在满足表面质量要求的前提下，既降低了产品成本，又部分解决废旧塑料 回收利用问题，实现可持续发展：以普通材料为芯层材料，以具有高表面性 能的工程树脂为壳层材料，生产表面性能高的低成本注塑件；以发泡材料或 流动性能好的材料为芯层材料，可以减少制什总质量，降低注射压力的要求， 从而减少残余应力，消除或减小翘曲；综合各层材料的独特性能，可生产具 有多种功能的复合注塑件，如袭层为色彩及表面质量好的表观层，芯层为电磁 屏蔽材料或导电树脂的电磁波屏蔽零件。实例之一：具有p t f e 填充的白聚酰 两华大学硕士学位论文 胺( 尼龙6 6 ) 的表皮和玻璃填充实心黑色聚酰胺的芯( 见图1 - 1 ) 。实例之二： 使用由导电材料( 如铝屑、炭黑) 填充的芯层或表皮聚合物，制品( 如计算机 外壳) 可以获得电磁屏蔽( e m i ) 和接地特征( 见图1 - 2 ) 。 f i g12l h c $ c r n “c k c t m m a 舭c t l cw a v ew 鸪p r o d u c e db yc o i n j e c t i o n 图i 之j 0 注射成型的电磁屏蔽制品 1 1 四种主要的顺序共注成型技术及其特点 共注射成型由英国的i c 公司于上世纪7 0 年代首先提出，并取得了包括基 础理论、生产产品及机器设各等几项专利。而在之后的数十年当中，一些研究 者及生产厂家不断改进生产设各和成型技术以改善原有技术所存在的不足，并 不断发展成单流道成型、m o n o 共注射成型、双流道成型和三流道成型这四种 主要的成型技术”- g j o 1 1 1 单流道成型技术 单流道成型技术( s i n g l e c h a n n e l t e c h n i q u e ) 所采用的注射机一般由两个注 射单元组成( 如图1 - 3 ) ，其具体工艺过程如下：首先，被注射的壳层材料局部 填充模具的型腔。其中，壳层材料注射最取决于壳层材料与芯层材料的比例， 而该比例由制品的工艺及所要求的性能所决定；当壳层材料注射量达到所要求 的注射量后，切换熔料切换阀，开始注射芯层材料，芯层熔体进入预先注入的 壳层熔体中心，迫使熔融的壳层材料和正在注入的芯层材料一起向模腔的空隙 部分填充。由于壳层材料与模腔接触的外层己经固化，芯层熔体不能渗透，从 而将芯层物料包覆了起来，形成壳层芯层结构。最后，熔料切换阀回到起始位 最，继续注射壳层材料，将流道r 卜的芯层材料推入注塑件巾。 西华大学硕士学位论文 羹 淤塑 n ” 1 irr 誓碜 。 才u h j 一j z 么 ( c )( d ) a 一注入壳层材料；b 、c 一注入芯层材料；d _ 注入壳层材料 f i g 1 3s i n g l ec h a n n e lt e c h n i q u e 图1 - 3 单流道成型技术 对于这种成型技术，生产者可以通过调节注射工艺参数如注射速度、物料 熔融温度、模具温度等从而获得具有不同壳层厚度的注塑件。但是，当被注射 的芯壳层熔体通过熔料切换阀进行切换时，模型内压力下降( 如图l - 4 ) ，壳层 熔体料流前缘会出现短暂的滞流现象，以致共注塑件表面将存在暗纹或晕纹等 缺陷。 两华大学硕士学位论文 注 射 速 度 模 腔 压 力 、 r 厂 一 - 厂 、 注 射 速 度 模 腔 压 力 时问，s时间，s ( a ) 顺序注射壳芯层熔体( b ) 同步注射壳芯层熔体 f i g 1 4s p e e da n dp r e s s u r ep r o f i l e si nc o - i n j e c t i o nm o l d i n g 图1 _ 4 共注射成型中注射速度和注射压力分布图 1 1 2 双流道成型技术 双流道成型技术( t w oc h a n n e lt e c h n i q u e ) 是由b a t t l e f e l d 和其他一些研究 者于上世纪7 0 年代中期提出的。该技术一般是将两个独立的注射单元通过一个 特殊的喷嘴而连接起来，而喷嘴的设计往往依据不同的需求而设定。b a t t l e f e l d 所采用的是一种特殊的环形浇口( 如图1 5 ) ，壳层熔体与芯层熔体分别通过外 围环形喷嘴与中心喷嘴注入模腔。该成型技术的具体工艺过程如下：首先，在 模具型腔内注入一定量的壳层材料，当壳层材料注射量达到一定量后，开始同 步注入壳层材料与芯层材料。最后，顺序切断芯层与壳层熔体的注射，利用壳 层熔体封模。 双流道成型技术具有较高的灵活性，它可以在充模过程中独立控制壳层和 芯层熔体的注射速度，以此避免壳层熔体料流前缘出现短暂的滞流现象( 如图 1 - 4 b ) ，避免共注塑件表面产生暗纹或晕纹等缺陷。此外，这种独立的注射单元 操作可以更好地控制壳层厚度。 4 两华大学硕十学位论文 芯层 f i g 1 5t w o c h a n n e lt e c h n i q u e ( b a t t e n f e l d ) 图1 5b a t t l e f e l d 双流道成型技术 该成型技术的主要缺点在于芯壳层物料分布不均：在浇口附近区域，由于 熔体流动所产生的摩擦热致使壳层物料再次熔融而带向前运动，以至于壳层厚 度在该区域往往过薄；而对于远离浇口的区域，情况则相反。 1 1 3m o n o 共注射成型 f e r r o m a t i km i l a k r o n 利用顺序共注射成型工艺提出m o n o 共注射成型 ( m o n os a n d w i c ht e c h n i q u e ) 技术，这种成型技术与单流道成型技术有所相似。 其具体工艺过程如下：首先，通过一个辅助料筒对壳层物料进行塑化，并推动 壳层物料到达主料筒的螺杆前缘。在壳层料流的挤压作用下，主注射机的螺杆 后移，而壳层熔体的送入量则由行程信号来确定。当堆积在螺杆前缘的壳层熔 体达到某一行程点之后，控制系统则从控制辅助塑化装置转换到主塑化装置。 芯层物料在主塑化装置中充分塑化后，主塑化装置中的螺杆推动壳芯层熔体依 次进入模腔，并最终形成壳层芯层结构( 如图l 一6 ) 。 相比较单流道成型技术而言，m o n o 共注射成型技术不仅设备结构和成型 西华大学硕十学位论文 过程较为简单，而且还可以避免注塑件表面产生暗纹的缺陷，获得具有高表面 性能的制品。与此同时，该技术还可以用于生产薄壁制品，尤其是对于简单的 轴对称制品。然而，由于加工设备的简单而缺乏精准的注射工艺参数控制，m o n o 共注射成型技术很难用于生产形状复杂的共注塑件。 热流道中间板 f i g 1 6m o n os a n d w i c ht e c h n i q u e 图1 - 6m o n o 共注射成型技术 1 1 4 三流道成型 鉴于双流道成型技术所存在的弊端，三流道成型技术应运而生。如图1 7 所示，三流道成型技术( t h r e ec h a n n e lt e c h n i q u e ) 是指在浇口中心处额外的增 设一个流道注射壳层熔体。这一流道可以使壳层熔体注入到模腔的另一面，这 使得两个面上的壳层材料的厚度可以调节。但这种技术只限于中心浇口制品， 对于其它浇口形式制件或一模多腔的情况，选择双流道或单流道成型技术更为 可取。 6 西华大学硕士学位论文 f i g 1 7t h r e ec h a n n e lt e c h n i q u e 图1 7 三流道成型技术 1 2 共注射成型新技术 在传统夹芯注射成型技术的基础上，又发展出了一些新的共注射成型技术， 例如多组分共注射、多色注射、气体辅助共注射、层状注射等。其中多组分共 注射、多色注射与传统共注射成型原理并没有大的区别，下面就气体辅助共注 射成型技术及层状注射成型技术分别进行讨论。 1 2 1 气体辅助共注射成型技术【l o l l 】 气体辅助共注射成型技术是共注射成型技术与气体辅助注射成型技术相结 合的产物。与共注射成型工艺相比，气体辅助共注射成型工艺多了一个注气过 程，利用注人的高压惰性气体推动熔体完成充模过程并在共注射成型塑料熔体 内部产生中空截面。 气体辅助共注射成型的工艺过程主要包括3 个阶段：共注射阶段。首先向 模具型腔中注入壳层塑料熔体，局部充填模具型腔，然后转动熔料切换阀，开 始注入芯层熔体，芯层熔体推动壳层熔体前进，并且在壳层熔体内部进行穿透， 形成壳层芯体结构。当壳层与芯体材料的总注射量达到模具型腔体积的一定 比例时，停止注射。气体辅助注射阶段。共注射阶段结束后，经过一段很短 西华大学硕士学位论文 的延迟时间，直接向芯层熔体中注入高压的惰性气体( 一般为氮气) ，高压气体 在芯层塑料熔体的内部进行穿透并在芯体内部形成中空气道，芯层熔体在高压 气体的推动下又推动壳层熔体向模具型腔的末端流动，直至塑料熔体完全充满 模具型腔。气体辅助共注射充模流动如图1 8 所示。气体保压、冷却、释压脱 模。 壳层熔体凝同层 芯层熔体 高压氮气 壳层熔体 二， 芯层熔体温度 模具温度 注射时间 冷却时间；制品翘曲变形随着温度的 增大而增大，随着时间的增大而减小。 钱欣等 4 2 4 3 】以a b s 、p s 为芯壳层材料，研究工艺参数对制品浇口位置、 芯层最厚处、芯层前缘、壳层最厚处四部位残余应力的影响。研究发现，保压 时间和保压压力对残余应力的影响最为显著，模温次之，其他因素影响较小； 工艺参数对在不同位置处的残余应力影响不同；浇口位置和芯层最厚处残余应 1 5 西华大学硕士学位论文 力最大，芯层前缘次之，壳层最厚处最小。 1 3 3 结构设计对产品质量的影响【3 6 】 对共注塑，因为熔体流动中，在表面张力作用下截面有趋向于圆弧的现象， 所以制品的截面形状最好为圆形，这样表皮层厚度最均匀；若是非圆形，则应 避免尖角过度，如图1 1 l 所示，a 处的表皮很薄，易穿透。 圆 不合理合理 f i g 1 1 lt h es e c t i o no fc o - i n j e c t i o np r o d u c t i o n 图1 1 1 一种共注射制品料流方向的截面图 为保证物料一直保持层状结构，制品应尽量使用足够大的圆弧过渡。如图 1 1 2 所示制品上的凹槽，模具凸起的型芯将破坏熔体的层状流动。 一照瀚 农撇j ：啦j 譬臻歹甚峥嘴焉：= 群它擘冀警：y 鬻墨逸鞠基寓蘑韪越 较差设计较合理设计 f i g 1 1 2t h es e c t i o no fc o - i n j e c t i o nf l u t ep r o d u c t i o n 图1 1 2 一种有f u l 槽制品的剖面 合理的制品设计和正确的工艺条件设置是共注塑成型技术成功的关键因 素。利用共注塑成型技术，可以省去制品的二次加工，省去补充组装操作并可 大大提高制品的质量，从而降低生产成本。此外，共注塑制品设计灵活，可以 1 6 两华大学硕十学位论文 设计出具有特殊性能的制品，它具有大多数传统注射成型工艺所不具有的优点。 1 4 本论文的研究意义及内容 1 4 1 本论文的研究意义 共注射成型机理极为复杂，它涉及多相分层流动、未知的移动边界和边界 条件、复杂的几何形状及界面不稳定性问题的偶合。故近年来国外研究者通过 实验和数值模拟手段对芯层熔体前缘冲破现象、芯壳层物料分布均匀性和共注 塑件的力学性能这三方面进行了大量研究，并期望以此为据探悉共注射的成型 机理。然而，这些研究手段往往无法提供全面、快速的工程分析结果以及动态 可视化效果，而且由于塑料材料的多样性、复杂性和研究者经验的局限性，研 究人员很难准确选择满意的共注射材料组合，以及确定最优的共注射工艺方案， 并且根据系统化的数据结果对共注射成型机理进行探索。如何把握共注射的成 型过程和探悉其成型机理，对于这种新型成型技术的实际应用具有非常重要的 现实意义。 从发表的相关文献法发现，学者们对共注射过程及其产品质量影响因素的 研究多侧重于材料性质和工艺参数等方面，为此，本文将以m o l d f l o w 软件作为 数值实验平台，重点研究芯、壳层熔体假塑性质，以及制品长宽尺寸比对芯层 熔体冲破趋势的影响，分析原因，探索规律，并在此基础上建立预测最小壳层 预注量的数学方程，为较好地控制共注射成型打下基础，也为工业生产和理论 发展提供参考依据。 1 4 2 本论文的研究内容 本论文从制品生产的实际出发研究下面几方面的内容： ( 1 ) 利用m o l d f l o w 软件，模拟分析顺序共注射中壳层和芯层熔体注射速 率对芯层熔体前沿冲破的影响，探讨熔体假塑性、注射速率和芯层熔体前沿冲 破之间的关系。 ( 2 ) 在研究了熔体假塑性对冲破趋势影响的基础上，借助m o l d f l o w 公司 m p i 软件中的c o i n j e c t i o n 模块，对顺序共注成型过程进行动态模拟分析，探 讨制品长宽尺寸比对芯层熔体冲破趋势的影响。建立衡量芯层熔体冲破趋势的 数学方程，并分析影响矩芯层熔体冲破的原因。 1 7 两华大学硕士学位论文 ( 3 ) 从运动学角度探讨芯层熔体冲破的影响因素，建立预测最小壳层预填 充量的方程，并针对具体制品在m o l d f l o w 平台上进行验证和分析。 1 5 本章小结 本章通过顺序共注射技术的介绍和共注射制品质量控制研究现状的分析论 述，给出本论文的研究意义与研究内容。 西华大学硕士学位论文 2c a e 技术在顺序共注塑成型中的应用 模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及 塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产 品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提 高质量的要求。计算机辅助工程( c a e ) 技术已成为塑料产品开发、模具设计及 产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比，c a e 技术 无论在提高生产率、保证产品质量，还在降低成本、减轻劳动强度等方面，都 具有很大优越性。 近年来，c a e 技术在注塑成形领域中的应用日益广泛，采用c a e 技术可 以较全面地预测、帮助解决注塑成形过程中出现的问题。c a e 分析技术能成功 地应用于三组不同的生产过程，即制品设计、模具设计和注塑成形。三方面的 应用如下： 1 ) 制品设计 制品设计者能用流动分析解决下列问题： 制品能否全部注满。这一古老的问题仍为许多制品设计人员所注目，尤 其是大型制件，如盖子、容器和家具等。 制件实际最小壁厚。如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。 减小壁厚还可大大降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低塑件成本。 浇口位置是否合适。采用c a e 分析可使产品设计者在设计时具有充分的 选择浇口位置的余地，确保设计的审美特性。 2 ) 模具设计和制造 c a e 分析可在以下诸方面辅助设计者和制造者，以得到良好的模具设计： 良好的充填形式。 最佳浇口位置与浇口数量。 流道系统的优化设计。 冷却系统的优化设计。 减小反修成本。 3 ) 注塑成形 注塑者可望在制件成本、质量和可加工性方面得到c a e 技术的帮助： 更加宽广更加稳定的流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要 1 9 两华大学硕士学位论文 注塑加工参数提出一个目标趋势，通过流动分析，注塑者便可估定各个