带有微特征注塑件的复杂流动行为分析

作     者：杜辉 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘春太

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：微特征 注塑成型 充填长度 涡流 微流道 

摘      要：随着微机电系统和微／纳米技术的发展,微成型技术得到了快速发展,其中微注塑成型技术成为各国研究的热点之一。由于微注塑成型制品尺寸微小或精度等级高,传统的注塑成型理论及成型工艺不适用于微注塑成型。目前对于微注塑成型理论的还不完善,微注塑成型工艺还需要进一步的探索。 微注塑成型制品可以分为两大类,一类是整个制件本身的尺寸都是微观尺度;一类是宏观尺度的制件上局部带有微观特征。 本文对带有微特征的注塑件进行了充填模拟,重点探讨了微特征入口区域的复杂流动行为。论文主要的工作包括： 1.熔体在微流道入口区域的流动类似于变压力驱动的切变方腔流。通过对宏观制件和微观制件的耦合模拟,我们发现当主流道的速度与流体粘度的比值U/η≥100时,微流道入口区域并不能完全充满,微流道入口区域会有气旋出现,导致制品在微特征区域出现空洞。 2.对带有微特征的注塑件进行结构多尺度模拟,不考虑主流道熔体剪切力对微流道熔体的影响,主要关注微流道的充填长度。通过对注塑件宏观区域的模拟,得到微流道入口处压力的变化历史和熔体温度,并将变压力函数和熔体温度作为边界条件,利用ANSYS CFX对微特征结构的充填过程进行了进一步的数值模拟。详细分析了模具温度、注射速度、微流道入口压力、微流道宽度等工艺和几何因素对微流道充填长度的影响。 3.考虑主流道熔体剪切力对微特征区域的影响,对制件进行宏微观解耦模拟,并对微流道进行准静态方腔流分析。从模拟结果得到,在微流道入口处由于受到X方向和Y方向两个速度的影响下,熔体出现分离的流动,向下充填的同时不断的回旋,出现涡流中心。在主流道速度较大时,涡流中心混杂着空气,主流道速度较小时,涡流中心完全为聚合物熔体。