[精品]注塑工程背景与研究意义.doc

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1、注塑工程背景与研究意义注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的塑料制品的主要加工方法，其使用注塑机和注射模具把塑料原材料转变成塑料制品。其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的推动，以较大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过保压、冷却后，开启模具便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。注塑成型在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位。早期的注塑成型方法主要用于生产热塑性塑料制品。随着塑料工业的

2、迅速发展以及塑料制品应用范围的不断扩大，注射成型方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。目前，除了少数几种塑料外，几乎所有的塑料制品都可以釆用注塑成型。据统计，注塑制品约占整个塑料制品总产量的30%,全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50%。以塑料、橡胶为代表的聚合物材料由于其优良的加工性能和使用性能在许多领域得到广泛应用，目前其体积消耗量己超过钢、铜、铝的总和。随着聚合物制品的应用的日益广泛，对制品性能提出了更高的要求。高聚物成型加工是将聚合物原料转变成为具有特定性能和使用价值的制品的过

3、程，成型过程不仅使材料获得一定的形状、尺寸，而且赋予材料最终的组织与性能。模具作为聚合物成型的重要工艺装备，其设计与制造水平直接关系到聚合物制品的质量、性能及更新速度。传统的模具设计和工艺参数设置主要依赖于设计者的经验和技巧，模具设计的合理性只有靠反复的试模和修模，工艺参数的设置也只能靠反复的试模和修改设置，缺乏科学依据，生产周期长，成本高，质量也难保证。而对成型过程进行模拟，在模具制造之前就可以发现设计中的问题，试模具设计和工艺参数设置建立科学的分析基础之上，可以缩短生产周期，提高制品质量。随着对制品质量要求的提高，对成型过程进

4、行预测已经成为设计过程不可缺少的环节，因此，建立注塑成型过程熔体在模腔中流动和传热的数学模型，并采用数值方法实现成型过程的数值模拟，用计算机技术提高注塑产业已经成为一种趋势。同时，并行计算技术的深入研究和迅速发展，使得数据处理能力得到极大的提高，为准礎迅捷地开展模拟工作提供了有力的支持。我国中小计算能力的计算机普及率比较髙，使用工作站机群或微机机群组成并行计算系统，可以充分利用先有的计算资源，统NozzJeMaterialPART一调度，协调处理，实现高效并行计算，是适合我国国情的发展离性能计算的最佳途径。目前，注塑充型过程的数学

5、模型己基本建立，但是有关并行的研究还不是很多。本课题根据注塑行业发展的需要，以原有在流场模拟领域已有的研究成果为基础，釆用并行计算的技术研究在保证精度的前提下提高计算效率，增大处理规模的途径，并行实用化的研究工作。本文的研究工作得到国家自然科学基金重大项目(No.10590354)经费的资助。1.2注塑成型简介HopperMOLDScrewBarrelHeatersRAM图1.1注塑机基本组成及成型过程Fig.1.1SchematicdiagramsofinjectionmachineManner注塑成型的原理是将松散的粒状或粉状

6、塑料，从注塑机的料斗送入加热的料筒内熔融、塑化，使之成为粘流熔体，在柱塞或螺杆的推动下，以合理的流速通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具中，经冷却保压后，开模分型，得到具有一定形状和尺寸的塑料制品。图1.1为螺杆式注射机注射成型原理图，在注射生产中，塑料原料、注射成型设备和注射模具是三个必不可少的物质条件。整个注射成型过程包括塑料在注塑机中的塑化计量过程和塑料熔体在注射模腔中的成型过程。在塑化计量阶段，成型物料在注射机筒内经过加热、压实以及混和等作用以后，由松散的粉状或粒状固态转变成连续的具有均匀密度的熔体。塑料熔体在模腔中的

7、成型过程是指熔体在冷的模具和注射压力的作用下，在模具中流动、固化从而得到所需制品的过程，包括注射充填、保压补料和冷却定型三个阶段⑴。注射充填是指注射机将塑化好的熔体注射进入模腔的过程，保压补料是指从熔体充满模腔至柱塞或螺杆在机筒中开始后撤为止，而冷却定型是注射成型过程的最后一个阶段。1.3注塑成型过程数值模拟研究现状概况高聚物成型充填过程计算机模拟任务是对髙聚物液体作为宏观上的非等温非稳态非牛顿粘弹性熔体在复杂型腔中的自由面流动的模型化及发展相应的数值仿真方法。早期的高聚物成型模拟主要集中在充填流动过程分析，真正对注塑模流动分析具

8、有里程碑意义是Hiber和S.F.ShenU）基于非等温、黏性广义Hele-Shaw流动理论，耦合利用有限元/有限差分法求解了三维薄壁型腔流动和传热过程,成为流动模拟最主要的数值计算方法。同时，通过将Hele-Shaw动理论推广到非牛顿非等温流动情