外部气体辅助注塑成型(External Gas Assisted Injection Molding简称EGAIM)是在气体辅助注塑成型的基础上发展起来的新型工艺,该工艺具有减小甚至消除表面凹痕、减小翘曲变形、降低锁模力、缩短成型周期等优点,在薄壁注塑制件领域具有广泛的应用前景。与传统注塑相比,EGAIM技术增加了气体注射,使得影响EGAIM的工艺参数增加,同时工艺成型控制难度加大,目前关于EGAIM的研究相对较少,很多关键问题尚未解决。本文针对EGAIM成型技术的若干关键问题进行深入研究,以期获得EGAIM成型机理理论及相关实验经验,指导提升EGAIM制件的表面质量。本文的主要研究内容总结如下:1)基于流体力学的三大基本控制方程与Cross-WLF本构模型,根据EGAIM成型过程的特点,对薄壁模型进行了合理的假设与简化,把气体当作不可压缩牛顿流体,在气体保压阶段考虑了聚合物熔体的可压缩性,分别建立了薄壁型腔熔体充填过程、外部气体注入及保压过程的数学模型。采用有限体积法对EGAIM成型过程的控制方程进行离散求解,引入人工压缩项的VOF方法追踪EGAIM成型过程中气体-熔体间的自由界面,使用Darcy定律描述气体保压过程中聚合物熔体固液共存两相区中已凝固熔体与未凝固的熔体之间的关系,基于Linux系统开源平台OpenFOAM编写适合EGAIM成型过程的新求解器。2)针对带加强筋薄壁制件壁厚区域容易产生表面凹痕的现象,深入分析了EGAIM注塑制品表面凹痕产生的原因及演化机理。基于EGAIM熔体与气体充填过程的数学模型,开发了EGAIM充填阶段的数值模拟程序,模拟研究了二维带不同加强筋厚度的薄壁型腔中熔体充填过程,得到了充填后型腔内聚合物熔体的压力场、速度场以及温度场,为之后的分析提供初始的物理场数据。气体充填的模拟分析结果表明,熔体充填结束后应延迟一定的时间再注入气体,以免气体吹破熔体表面,从而进入熔体内部。3)基于EGAIM气体保压过程的数学模型,开发了EGAIM气体保压过程数值模拟程序。对比模拟研究了无压力作用下CIM冷却成型与气体保压作用下EGAIM成型过程中型腔内聚合物熔体的温度场分布、密度场分布、压力场分布、速度场分布、凝固现象等,研究结果表明,在外部气体保压作用下,型腔内聚合物熔体各处的压力场分布均匀,随着时间的延长,型腔内聚合物熔体温度降低,其中加强筋厚度较薄区域的温度下降较快,熔体的凝固速率较大,凝固层厚度较厚,密度也相应较大;靠近加强筋的凝固层在外部气体作用下产生变形且凹向加强筋与主型腔相连的中心区域,致使远离气体侧的熔体表面紧贴型腔壁面。模拟分析结果为如何降低EGAIM制品表面凹痕的实验研究提供理论支撑。4)基于聚合物粘弹性理论,构建了EGAIM气体保压阶段及脱模后制件自然冷却阶段中应力-应变的数学模型,提出了一种适合EGAIM制件翘曲变形的耦合有限元预测模型。数值模拟结果与实验结果对比表明:EGAIM制件的翘曲变形量由中心向边缘逐渐减小,形成四周低中间高的“拱形”结构,且翘曲变形量沿熔体流动方向的变化小于沿垂直流动方向的变化,预测值与实验结果吻合较好。对于注塑制件的翘曲变形,EGAIM技术采用较低的气体压力就可以达到CIM相对高压的保压效果。5)基于研制的实验平台进行了EGAIM实验研究。考察了熔体温度、模具温度、注气延迟时间、注气保压压力及注气保压时间等工艺对EGAIM制品的收缩率、表面凹痕及翘曲变形的影响规律。通过EGAIM制品翘曲变形的实验结果与数值模拟结果的对比分析,得出模拟结果与实验结果在定性上保持一致,验证了本文建立的EGAIM制品翘曲变形预测模型的准确性与可靠性。最后基于模拟与实验分析结果,对EGAIM成型工艺优化提出了合理建议。