微注塑成型充模流动中粘性耗散与对流传热研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laoxu111
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微注塑成型是一种可以进行大批量生产微小或带有微细结构塑件的塑料成型加工技术。应用微型注塑成型方法成型微机电系统中的微小构件,与目前微机电系统领域常用的硅基材料构件相比,具有制造成本低,生产周期短,成型工艺简单,构件质量易于保证等特点。 然而,由于微型塑件结构尺寸与体积极其微小,使得微注塑成型充模流动过程中高聚物熔体流过微小通道时的流变特性与宏观注塑成型时有许多不同,因而影响微型塑件成型质量的关键因素亦与传统大尺寸塑件成型过程有所不同。 本文在深入分析微注塑成型充模流动过程中的各种影响因素,如模具和熔体温度、流动过程的非等温效应、壁面滑移、粘性耗散、表面积与体积比的增加、型腔排气、流动通道的表面粗糙度、熔体的表面张力、重力、惯性力、粘弹性效应以及流动过程的可压缩性等的基础上,依据聚合物流变学、流体力学和注塑成型的基本理论,采用数值模拟方法,研究了微注塑成型充模流动中熔体的粘性耗散及熔体与壁面间的对流传热对模具温度的影响,并建立了求解因粘性耗散引起温度增加值的数学模型;应用Polyflow模拟工具,分别对特征尺寸为50μm、100μm和200μm等圆形截面微通道中熔体流动时的粘性耗散与对流传热行为进行了模拟,并分别考虑了局部热对流系数和壁面滑移的影响。粘性耗散作用引起熔体温升现象的模拟结果与J.H.Chen在相同条件下的实验结果有较高的吻合度,熔体与壁面间对流传热对填充长度影响的模拟结果与L.Yu的相关实验数据也有较好的一致性。 模拟结果表明,考虑熔体的粘性耗散作用与采用局部热对流系数能较好地反映微注塑成型充模流动中熔体温度场的变化,本文所考虑的粘性耗散作用与局部热对流系数分别在熔体温度升高与熔体填充长度上得到了验证,能够反映微型模具通道中熔体的充模流动行为,对微注塑成型模具的设计和成型工艺具有良好的参考价值。
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