（機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)論文）類u型塑料擠出模頭設(shè)計(jì)研究.pdf

摘要 摘要 塑料異型材擠出成型已經(jīng)有了幾十年的發(fā)展歷史 在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域 都得到了廣泛的應(yīng)用 但是由于聚合物自身復(fù)雜的流變特性和現(xiàn)場(chǎng)工藝條件的 多變性 使得擠出模具設(shè)計(jì)長(zhǎng)期依賴于現(xiàn)場(chǎng)的試模修模 成本高 模具的穩(wěn)定 性差 已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)實(shí)踐的需要 本文首先對(duì)模流平衡系數(shù)進(jìn)行了修正 提出了更利于數(shù)值計(jì)算和理論研究 的修正的模流平衡系數(shù) 然后對(duì)擠出成型的主要影響因素 材料物性 工藝參 數(shù)以及口模構(gòu)型進(jìn)行了分析研究 由于生產(chǎn)實(shí)踐中材料配方和工藝參數(shù)只會(huì)微 調(diào) 主要關(guān)注的是其對(duì)模具使用穩(wěn)定性以及產(chǎn)品質(zhì)量的影響 而口模構(gòu)型對(duì)于 擠出成型的影響主要在于功能的實(shí)現(xiàn) 相對(duì)而言重要的多 第四章著重研究了塑料異型材口模構(gòu)型對(duì)擠出工藝的影響 其中影響最大 的是截面厚度不均 而流體的非牛頓特性 剪切變稀 將加劇出口速度不均 不同的形狀組合雖然對(duì)模流平衡系數(shù)的影響不是很大 但其速度分布的不同造 成了出口變形的差異 突出表現(xiàn)為幾何夾角的變化 為了消除該影響 得到期 望的幾何外形 需要采用一些預(yù)變形措施來(lái)補(bǔ)償該影響 此外圓角的合理的分 布有利于模具出口的速度均勻 最后著重對(duì)類u 型塑料擠出模頭的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究 首先分析了傳統(tǒng)的擠 出模具設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題 即設(shè)計(jì)對(duì)試模和修模的依賴 以及由此引發(fā)的成 本的增加和模具使用穩(wěn)定性的下降 隨著仿真技術(shù)的發(fā)展 試模一定程度上可 以由計(jì)算機(jī)完成 而修模則與優(yōu)化過(guò)程相似 基于i s i g h t 的擠出模頭優(yōu)化設(shè)計(jì) 是現(xiàn)代數(shù)值技術(shù)和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的結(jié)合 其優(yōu)點(diǎn)非常明顯 節(jié)約成本 提高了 設(shè)計(jì)效率 但是仍然需要人工干預(yù) 時(shí)間經(jīng)濟(jì)性也較差 而且不能對(duì)擠出脹大 效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償 而基于p o l y f l o w 的反向模頭設(shè)計(jì)本質(zhì)上是一種反求法 即通過(guò) 產(chǎn)品外形反求口模輪廓 也可以認(rèn)為是一種補(bǔ)償法 因?yàn)槠鋵?duì)擠出脹大效應(yīng)進(jìn) 行了補(bǔ)償 上述兩種設(shè)計(jì)方法均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 都是可行的 但是反向擠出 模頭設(shè)計(jì)可以得到理想的產(chǎn)品出口外形 對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的意義重大 代表了塑料 擠出模頭設(shè)計(jì)的最新的發(fā)展趨勢(shì) 關(guān)鍵詞 塑料異型材 擠出模頭 模流平衡系數(shù) 反向擠出 a b s t r a c t a b s t r a c t p l a s t i cp r o f i l ee x t r u s i o nh a sah i s t o r yo fs e v e r a ld e c a d e sa n dh a sb e e nw i d e l y u s e di na n ya r e a so fp r o d u c t i o na n dl i f e d u et ot h ec o m p l e xr h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so f p o l y m e r sa n dt h ec h a n g e f u l n e s so ff i e l dp r o c e s sc o n d i t i o n s t h ed e s i g no fe x t r u s i o n d i ei sl o n g t e r md e p e n d e n to nt h ed i et r y o u ta n dr e p a i ra n dt h ed i ec a n n o ts a t i s f yt h e r e q u i r e m e n to fp r o d u c t i o np r a c t i c ef o ri t sh i g hc o s ta n dp o o rs t a b i l i t y t h i sp a p e rh a sm a d es o m em o d i f i c a t i o no fm o l d f l o we q u i l i b r i u mc o e f f i c i e n ta t f i r s ta n dt h ec o e 伍c i e n tw h i c hi sb e t t e rf o rn u m e r i c a la n a l y s i sa n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c h h a sb e e np r o p o s e d t h e nt h ea n a l y s i sw o r ko nk e yi n f l u e n c i n gf a c t o r so fe x t r u s i o n l i k em a t e r i a lp r o p e r t i e s p r o c e s sp a r a m e t e r sa n dc o n f i g u r a t i o no fd i eh e a dh a v eb e e n d o n e i np r a c t i c a lp r o d u c t i o n t h em a t e r i a la n dp r o c e s sp a r a m e t e r sm a i n l yh a v e i m p a c to nt h es t a b l eu s eo fd i ea n dp r o d u c tq u a l i t ya n dt h e r e b ya r eo n l yn e e df i n e a d j u s t m e n t w h i l ec o n f i g u r a t i o no fd i eh e a dh a si n f l u e n c em a i n l yo nt h ef u n c t i o n r e a l i z a t i o na n di sr e l a t i v e l ym u c hm o r ei m p o r t a n t t h ef o u r t hc h a p t e rm a i n l ys t u d i e st h ei n f l u e n c eo fd i eh e a dc o n f i g u r a t i o no f p l a s t i cp r o f i l eo ne x t r a c t i o np r o c e s s i ti sf o u n dt h a tt h en o n u n i f o r ms e c t i o nt h i c k n e s s h a st h eg r e a t e s te f f e c ta n dt h en o n n e w t o n i a nf e a t u r e s h e a rt h i n n i n g o ft h ef l u i dw i l l w o r s e nt h eu n e v e ne x i tv e l o c i t y a l t h o u g hd i f f e r e n ts h a p ec o m b i n a t i o nh a sm i n o r e f f e c to nt h em o l d f l o we q u i l i b r i u mc o e f f i c i e n t i t sv e l o c i t yd i f f e r e n c e sc a u s et h e d i v e r s i t yo fe x i td e f o r m a t i o n t h ep r o m i n e n tm a n i f e s t a t i o ni st h ec h a n g eo fg e o m e t r i c a n g l e w i t l lt h ea i mt oe l i m i n a t et h ei n f l u e n c e sa n dg e tt h ee x p e c t e dg e o m e t r i cs h a p e s o m ep r e d e f o r m a t i o nm e a s u r e sa r en e c e s s a r yt oc o m p e n s a t et h e s ei n f l u e n c e s i n a d d i t i o n t h er e a s o n a b l ed i s t r i b u t i o no ff i l l e t si sf a v o r a b l et ot h eu n i f o r i l lv e l o c i t yo f t h ed i eo u t l e t a tl a s t t h ed e s i g no fs i m i l a ru t y p ep l a s t i ce x t r u s i o nd i eh e a dh a sb e e ns t u d i e d i nt h i sp a p e r f i r s tm a j o rp r o b l e m se x i s t i n gi nt h et r a d i t i o n a le x t r u s i o nd i ed e s i g na r e a n a l y z e dn a m e l y t h ed e p e n d e n c eo nd i et r y o u ta n dr e p a i ra n dt h u si n i t i a l e di n c r e a s e d c o s ta n dd e c r e a s e ds t a b i l i t yo fd i ea p p l i c a t i o n a st h ed e v e l o p m e n to fs i m u l a t i o n i i a b s t r a c t t e c h n o l o g y t h ed i et r y o u tc a nb ec o m p l e t e db yc o m p u t e rt os o m ee x t e n ta n dt h ed i e r e p a i r i ss i m i l a rt ot h eo p t i m i z a t i o np r o c e s s t h eo p t i m i z a t i o n d e s i g nb a s e do n i s i g h ti st h ec o m b i n a t i o no fm o d e ms i m u l a t i o nt e c h n o l o g ya n dt r a d i t i o n a ld e s i g n m e t h o da n dh a sn o t a b l ea d v a n t a g e sl i k ed e c r e a s e dc o s ta n di m p r o v e de f f i c i e n c y b u t i ts t i l ln e e d sm a n u a li n t e r v e n t i o nw i t hp o o rt i m ee c o n o m ya n dc a n n o tc o m p e n s a t ef o r t h ed i e s w e l le f f e c t t h er e v e r s ed i ed e s i g nb a s e do np o l y f l o wi sak i n do fr e v e r s e m e t h o de s s e n t i a l l y t h a ti s t h es t r u c t u r eo fd i eh e a di so b t a i n e df r o m p r o d u c t c o n f i g u r a t i o nw i t hr e v e r s em e t h o d t h i si sa l s or e g a r d e da sac o m p e n s a t i o nm e t h o d f o ri t sc o m p e n s a t i o nf o rt h ed i e s w e l le f f e c t t h et w od e s i g nm e t h o d sa b o v ea r eb o t h f e a s i b l ea f t e re x p e r i m e n t a lv e r i f i c a t i o n h o w e v e r r e v e r s ee x t r u s i o nd i ed e s i g nc a n g e t i d e a le x i ts h a p eo ft h ep r o d u c ta n di so fg r e a ts i g n i f i c a n c et ot h ep r o d u c t i o n t h i s m e t h o da l s or e p r e s e n t st h el a t e s td e v e l o p m e n tt r e n d k e yw o r d s p l a s t i cp r o f i l e s e x t r u s i o nd i e d i eb a l a n c ec o e f f i c i e n t i n v e r s ee x t r u s i o n i i i 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集 保存 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意如下各項(xiàng)內(nèi)容 按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版 本 學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版 并采用影印 縮印 掃描 數(shù)字化或其它手段保存論文 學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供 本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù) 學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有 關(guān)部門(mén)或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 在不以贏利為目的的前 提下 學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活動(dòng) 學(xué)位蝴 u j 沙 年飛月沙日 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下 進(jìn)行 研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本學(xué)位論文 的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的 已公開(kāi)發(fā)表或者沒(méi)有公開(kāi)發(fā)表的 作品的內(nèi)容 對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集 體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任 由本人承擔(dān) 學(xué)位論文作者簽名 岳虧 砂 氣年 月沙e t 第1 章緒論 1 1 課題背景 第1 章緒論 汽車(chē)內(nèi)飾件一般是指轎車(chē)車(chē)廂的隔板 門(mén)內(nèi)裝飾 儀表板總成 扶手 地 毯等零部件 其中很大一部分是類u 型擠出制品 以薩格公司為廣州五十鈴大 客車(chē)生產(chǎn)的擠出件為例 窗柱內(nèi)板 風(fēng)道面板 窗上內(nèi)板 開(kāi)口部件 行李架 面板 側(cè)窗窗臺(tái)都是采用擠出法生產(chǎn) 擠出加工生產(chǎn)過(guò)程連續(xù) 生產(chǎn)效率比較 高 可以在較短時(shí)間內(nèi)滿足廠商的大量需求 但在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈以及車(chē)型 更新?lián)Q代加速的情況下 傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)的擠出模的設(shè)計(jì)制造已滿足不了生產(chǎn) 實(shí)踐的需要 由于異型材幾何截面的復(fù)雜性和實(shí)際生產(chǎn)工藝條件的差異性 擠出模具的 設(shè)計(jì)只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)出口模的基本形狀 模具制造之后需要經(jīng)歷一個(gè)稱 為 t r i a la n de r r o r 的過(guò)程 該方法需要反復(fù)進(jìn)行試模和修模 這使得制造成本增 加 生產(chǎn)周期大大延長(zhǎng) 如果模具在試模過(guò)程中報(bào)廢 則需要重新設(shè)計(jì)制造模 具 這無(wú)疑造成了巨大的人力物力浪費(fèi) 也損害了制造商的信譽(yù) 擠出件截面 形狀的不規(guī)則性是擠出模具設(shè)計(jì)過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題 而聚合物復(fù)雜的流變 特性使得這個(gè)問(wèn)題更加突出 前人對(duì)此進(jìn)行了大量的研究 但是主要集中在一 些截面形狀比較規(guī)則的型材上 對(duì)于有著復(fù)雜幾何截面的異型材的擠出模具設(shè) 計(jì)的研究相對(duì)較少 本文首先對(duì)擠出模具設(shè)計(jì)影響較大的三大因素 材料物性 工藝參數(shù)以及口模構(gòu)型分別進(jìn)行了研究 然后對(duì)類u 型塑料擠出模頭設(shè)計(jì)進(jìn)行 了重點(diǎn)研究 從而為類u 型擠出模具的設(shè)計(jì)提供一些依據(jù) 1 2 文獻(xiàn)綜述 擠出脹大 e x t r u d a t es w e l l 是指聚合物熔體經(jīng)口模擠出時(shí) 擠出物的截面 面積比口模出口截面面積大的現(xiàn)象 1 8 9 3 年美國(guó)生物學(xué)家b a r u s 首先觀察到了 這一現(xiàn)象 所以又稱b a r u s 效應(yīng) 亦稱出模膨脹 d i es w e l l 引起擠出脹大的主 要原因 一是熔體在口模中的剪切變形引起的彈性恢復(fù) 二是入口收斂所引起 第1 章緒論 的拉伸變形的彈性恢復(fù) 1 9 8 8 年k a r a g i a n n i s 2 等用有限元法模擬牛頓流體通過(guò)鑰匙孔等異型口模的 脹大 計(jì)算的脹大比強(qiáng)烈依賴于1 3 模形狀 1 9 9 2 年w a m b e r s i e t 3 等用有限元的方 法模擬了冪律流體通過(guò)矩形截面口模和圓形截面口模時(shí)的三維擠出脹大 探討 了不同密度的有限元網(wǎng)格對(duì)計(jì)算收斂性的影響 1 9 9 3 年k i r i a k i d i s 4 等用數(shù)值模 擬的方法對(duì)毛細(xì)管口模和縫隙口模的擠出脹大進(jìn)行了研究 發(fā)現(xiàn)聚合物熔體流 率增加時(shí) 粘彈性效應(yīng)變得顯著 擠出脹大加強(qiáng) 相同剪切速率下 毛細(xì)管口 模擠出的彈性恢復(fù)要比縫隙口模大 并且彈性恢復(fù)隨著長(zhǎng)徑比的增大而急劇減 小 1 9 9 8 年e v a nm i t s o u l i s l 5 使用有限元方法研究了三維擠出脹大問(wèn)題 首先研 究了圓形截面口模在純粘性模型 n e w t o n i a n 粘彈性模型 b i n g h a m 和弱彈 性模型 c e f 模型 下的擠出脹大 還研究了方形和十字形截面口模的擠出脹 大問(wèn)題 2 0 0 0 年l e e 6 等對(duì)聚合物的離模膨脹和口模的形狀進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研 究 其研究的口模截面是9 0 的圓環(huán) 2 0 0 1 年英國(guó)d u n d e e 大學(xué)的g s hc h a n 和 k k bh o n 7 j 分析了塑料異型材擠出模具流道生成的兩種常規(guī)算法 圖形比例法和 射線掃描法 2 0 0 1 年g a n e i r o0 s 1 8 提出在異型材擠出模頭的壓縮段與平直段 直接加入一個(gè)預(yù)成型段 以使型材截面上的各個(gè)子區(qū)域可以具有不同的平直段 長(zhǎng)度 以達(dá)到調(diào)整流動(dòng)均勻性為目標(biāo)的擠出模流變學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 2 0 0 4 年 v a d d i r a j u 等人口1 使用p o l y f l o w 軟件對(duì)一個(gè)現(xiàn)有的擠出模具進(jìn)行了正向模擬 得到的擠出件外形和實(shí)驗(yàn)擠出的相差不大 同時(shí)為了進(jìn)一步提高擠出件的尺寸 精度 他們使用了反向擠出對(duì)模具進(jìn)行了重設(shè)計(jì) 國(guó)外還有很多學(xué)者對(duì)擠出脹 大和擠出過(guò)程模擬進(jìn)行了深入的研剄1 眥1 1 1 9 9 6 年郁文娟 2 2 研究了p v c 材料通過(guò)矩形口模擠出時(shí) 口模的幾何參數(shù)如 長(zhǎng)高比 入口角度 定型段長(zhǎng)度等 及剪切速率對(duì)擠出脹大的影響 并以理論 分析了其特征規(guī)律 1 9 9 6 年申長(zhǎng)雨 2 3 等人對(duì)i 1 模內(nèi)的流動(dòng)行為進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化 和假定 建立了擠出口模內(nèi)流動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型 并采用橫截面 假想?yún)^(qū)域法 實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜異型材擠出 2 0 0 1 年彭炯 2 4 等在口模的流動(dòng)分析和設(shè)計(jì)方面也進(jìn)行 了研究 應(yīng)用p o l y f l o w 軟件包分別以牛頓模型和c a r r e a u 模型計(jì)算了擠出物 通過(guò)矩形口模的離模膨脹 并根據(jù)給定的擠出物尺寸進(jìn)行了口模的設(shè)計(jì) 2 0 0 1 年熊洪槐 l 等用有限元方法和m a t l a b 軟件對(duì)口模內(nèi)熔體的二維非牛頓等溫流動(dòng) 采用冪律模型進(jìn)行數(shù)值模擬 在基于流率平衡原則的基礎(chǔ)上提出了異型材口模 成型段的有限元設(shè)計(jì)方法 介紹了矩形和圓環(huán)型組合的異型材口模的設(shè)計(jì)方法 2 第1 章緒論 指出其設(shè)計(jì)原則可以應(yīng)用于其他的各種類型的異型材口模 2 0 0 3 年黃樹(shù)新乜副研 究粘彈流體擠出脹大的機(jī)理 其中分析了滑動(dòng)邊界與擠出脹大關(guān)系 著重研究 了出口處局部滑動(dòng)邊界的變化對(duì)擠出脹人的影響 2 0 0 4 年趙建才 2 6 對(duì)聚合物擠 出成型模擬技術(shù)進(jìn)行了研究 首先以圓形口模和矩形口模等簡(jiǎn)單口模為研究對(duì) 象 對(duì)e p d m 6 0 橡膠在口模中的流動(dòng)特性和擠出脹大現(xiàn)象進(jìn)行研究 隨后又系 統(tǒng)地對(duì)熔體在復(fù)雜口模擠出過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬研究 研究了熔體在復(fù)雜口模的 流動(dòng)特點(diǎn)和擠出物的變形規(guī)律 2 0 0 7 年郭吉林 2 6 j 等人通過(guò)有限元數(shù)值模擬 系 統(tǒng)研究了黏彈流變性能參數(shù)和工藝參數(shù)對(duì)異型材擠出脹大的影響規(guī)律 并通過(guò) 理論分析 揭示了t 形異型材擠出脹大機(jī)理 2 0 0 7 年戴元坎 2 7 2 8 等人采用 p o l y f l o w 軟件 b i r d c a r r e a u 純黏性模型對(duì)三元乙丙橡膠 e p d m 在簡(jiǎn)單口型 正 三角形 矩形 及其流道中進(jìn)行了正向擠出過(guò)程模擬和逆向口型設(shè)計(jì)分析 并加 工了相應(yīng)的口模 通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行了擠出試驗(yàn) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬預(yù)測(cè)結(jié)果比較接 近 逆向計(jì)算所得到的口型比較合理 2 0 0 7 年趙丹陽(yáng)啪1 在擠出流動(dòng)分析的基礎(chǔ) 上 結(jié)合聚合物流變學(xué)理論和最優(yōu)化方法 提出一種基于流動(dòng)平衡的塑料異型 材擠出模頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法 2 0 0 8 年張振啪1 以有限元軟件a n s y s 為平臺(tái) 采 用數(shù)值模擬方法對(duì)于異型材的功能塊 拐角等復(fù)雜部位的擠出模頭流道結(jié)構(gòu)進(jìn) 行了全面的研究 2 0 0 8 年麻向軍 3 l 等人針對(duì)一種異型材擠出口模 對(duì)其流道進(jìn) 行參數(shù)化建模 利用數(shù)值模擬計(jì)算熔體在口模中的流場(chǎng) 以熔體在口模出口處的 速度均勻性為優(yōu)化目標(biāo) 對(duì)口模壓縮段入口截面形狀和尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì) 國(guó) 內(nèi)一些其他學(xué)者對(duì)塑料異型材擠出模的設(shè)計(jì) 制造等方面作了大量的理論研究 和工程應(yīng)用工作 對(duì)我國(guó)擠出模行業(yè)發(fā)展起到了一定的推動(dòng)作用 27 3 2 渤 國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些擠出模c a e 軟件 典型的有c o m p u p l a s 國(guó)際公司專 為塑料擠出工業(yè)開(kāi)發(fā)的工業(yè)應(yīng)用軟件的f l o w 2 0 0 0 和美國(guó)f l u e n t 公司開(kāi)發(fā)的基 于有限元法的專用c f d 求解器p o l y f l o w 專用于粘彈性材料的流動(dòng)仿真 它適 用于塑料 樹(shù)脂等高分子材料的擠出成型 國(guó)內(nèi)鄭州大學(xué)開(kāi)發(fā)了z s w e l l 主要 進(jìn)行模坯離模膨脹的數(shù)值模擬 在模擬簡(jiǎn)單口模形狀的擠出時(shí) 這些軟件均可 以得到比較精確的解 但一旦口模形狀較為復(fù)雜 這些軟件或者求解不出來(lái) 或者所得解不準(zhǔn)確 但是如果將數(shù)值模擬和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)法則有機(jī)的結(jié)合起來(lái) 將 得到比僅采用數(shù)值設(shè)計(jì)或經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的更好的設(shè)計(jì)方案 也可以降低復(fù)雜擠出模 具設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜度 3 第1 章緒論 1 3c f d 軟件p oiy fio w 簡(jiǎn)介 p o l y f l o w 是基于有限元法的c f d 軟件 主要用于粘彈性材料的流動(dòng)模 擬 它適用于塑料 橡膠等高分子材料的擠出成型 吹塑成型 拉絲 層流混 合 涂層過(guò)程中的流動(dòng)及傳熱和化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題 在模擬聚合物問(wèn)題的流動(dòng)方面 始終領(lǐng)先于其他軟件口7 3 8 1 p o l y f l o w 軟件包括6 個(gè)主要模塊 g a m b i t p o l y d a t a p o l y m a t p o l y f l o w p o l y s t a t f l u e n t p o s t 它們由一個(gè)主控程序p o l y m a n 來(lái) 執(zhí)行 如圖1 1 所示 g a m b i t 是前處理模塊 本身具備幾何建模功能 也支 持從其他c a d 軟件中導(dǎo)入幾何模型 支持的網(wǎng)格單元有一維單元 四邊形和三 角形等面單元以及六面體 四面體 楔形體 金字塔等體單元 p o l y d a t a 主 要用于產(chǎn)生分析所需的數(shù)據(jù)文件 工程模型性質(zhì)的確定 計(jì)算區(qū)域的劃分 網(wǎng) 格重置技術(shù)的選擇 流變參數(shù) 邊界條件的設(shè)定 數(shù)據(jù)的保存和輸出都是在 p o l y d a t a 中完成的 p o l y m a t 模塊則根據(jù)輸入的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和選定的材料模 型進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合 得到相應(yīng)的材料參數(shù) 并可以導(dǎo)出為材料數(shù)據(jù)文件 p o l y s t a t 模塊用于分析加工流場(chǎng)的共混效果 f l u e n t p o s t 是后處理模塊 用于查看分 析結(jié)果 但是由于其功能不夠完善 f l u e n t 公司目前已經(jīng)停止更新 轉(zhuǎn)而支 持f i e l d v i e w 等第三方軟件 圖1 1p o l y f l o w 軟件結(jié)構(gòu)圖 4 第1 章緒論 p o l y f l o w 軟件具有以下特點(diǎn) 大量的流體材料數(shù)據(jù)庫(kù) 適用于廣義牛頓流體及粘彈性流體 其數(shù)學(xué)模型 包括廣義牛頓模型 屈服應(yīng)力模型 除了經(jīng)典的模型外 用戶還可以添加自己 建立的模型 與g a m b i t i d e a e p a t p a n 都具有數(shù)據(jù)接口 支持多種類型的網(wǎng)格 如四面體 五面體 六面體 三角形 四邊形 組合網(wǎng)格等 能夠應(yīng)用于較為復(fù)雜的計(jì)算模擬 例如多區(qū)域模擬 逆向設(shè)計(jì) 共擠出 帶自由邊界的3 d 擠出 具有時(shí)間依賴的過(guò)程等問(wèn)題 基于上述特點(diǎn) p o l y f l o w 軟件非常適用于塑料成型加工 在本文中它主 要應(yīng)用于擠出成型模擬 1 4 課題來(lái)源 研究意義及內(nèi)容 本課題來(lái)源于上海薩格汽車(chē)零部件有限公司的企業(yè)博士后研究項(xiàng)目 基于 三維數(shù)值模擬的汽車(chē)內(nèi)飾件擠出模優(yōu)化 塑料異型材擠出加工由于其連續(xù)且穩(wěn)定的生產(chǎn)方式而在汽車(chē)內(nèi)飾件生產(chǎn)中 得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 但是國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究還比較薄弱 科學(xué)研究和生產(chǎn) 實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié) 塑料異型材的擠出成型過(guò)程涉及到流變學(xué) 流體動(dòng)力學(xué) 熱力學(xué) 摩擦學(xué) 傳熱學(xué)等多學(xué)科 同時(shí)由于異型材的幾何形狀較為復(fù)雜 更增加了擠出模的設(shè) 計(jì)難度 研究類u 型塑料擠出模頭設(shè)計(jì)就是為了使模具的設(shè)計(jì)制造更加有章可 循 而不是憑經(jīng)驗(yàn)或者采用試錯(cuò)法盲目的進(jìn)行修模 從而最大程度的節(jié)約人力 物力財(cái)力 取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 因此 本文首先對(duì)傳統(tǒng)的模流平衡系數(shù)進(jìn)行了修正 提出了更有利于數(shù)值 計(jì)算和理論研究的修正的模流平衡系數(shù) 然后對(duì)擠出成型的主要影響因素t 材 料物性 工藝參數(shù)以及口模構(gòu)型分別進(jìn)行了研究 著重研究了塑料異型材口模 構(gòu)型對(duì)擠出工藝的影響 其中影響較大的有截面厚度差異 形狀組合 圓角分 布等 最后對(duì)類u 型塑料擠出模頭的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究 分析了傳統(tǒng)的擠出模具 設(shè)計(jì)存在的主要問(wèn)題 比較了基于i s i g h t 的擠出模頭優(yōu)化設(shè)計(jì)和基于p o l y f l o w 的反向模頭設(shè)計(jì)的差異 應(yīng)用研究的結(jié)論進(jìn)行模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 5 第2 章塑料異型材擠山的基礎(chǔ)理論 第2 章塑料異型材擠出的基礎(chǔ)理論 本章敘述了數(shù)值分析中應(yīng)遵循的基本原則 模具內(nèi)熔體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)的仿 真需要為一系列邊界條件求解連續(xù)性 運(yùn)動(dòng)和能量方程 以及與剪切粘度和熱 物理性能相關(guān)的本構(gòu)方程 2 1 塑料流動(dòng)分析基本方程 聚合物熔體在擠出模具中流動(dòng)通常應(yīng)遵循如下基本方程 質(zhì)量守恒方程 動(dòng)量守恒方程以及能量守恒方程 1 質(zhì)量守恒方程 質(zhì)量守恒方程 也稱為連續(xù)性方程 只是質(zhì)量守恒原則的公式化的表述 這表明在一個(gè)控制容積里的質(zhì)量累積率等于進(jìn)入控制容積的質(zhì)量流率減去離開(kāi) 控制容積的質(zhì)量流率 在笛卡兒坐標(biāo)系中 x y z 一個(gè)純流體的質(zhì)量平衡方程 可以寫(xiě)作 害 一 曇 p o x 殺 p q 瓦c 3 p 屹 2 1 其中p 是流體密度 t 是時(shí)間 吱 u 是熔體在x y z 方向上的速 度矢量 在擠出成型過(guò)程中 熔體在模頭內(nèi)的流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)流動(dòng) 則密度與時(shí)間無(wú)關(guān) 芻一 即u p 0 且熔體在模頭內(nèi)流動(dòng)時(shí)認(rèn)為是不可壓縮的 即體積單元內(nèi)的密度不隨 刁f 時(shí)間產(chǎn)生局部變化 則流體的連續(xù)性方程可以簡(jiǎn)化為 2 動(dòng)量守恒方程 出v 6 去 曇 曇 也 2 2 動(dòng)量的定義是質(zhì)量和速度的乘積 故而其在三個(gè)空間方向上獨(dú)立的守恒 因?yàn)樗俣仁鞘噶?所以動(dòng)量也是矢量 動(dòng)量守恒方程 也被稱為運(yùn)動(dòng)方程 或 6 第2 章塑料異型材擠出的基礎(chǔ)理論 n a v i e r s t o k e s 方程 根據(jù)牛頓第二定律 單元流體動(dòng)量增加的速率等于作用在單 元流體上力的總和 在流體流動(dòng)時(shí) 作用在流體上的力有重力 壓力和內(nèi)摩擦 力 流體流動(dòng)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力 如果列出單元體 i x l y l z 的動(dòng)量平衡關(guān) 系 則有 單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化 單位時(shí)間內(nèi)輸入動(dòng)量一單位時(shí)間輸出動(dòng)量 作用 在系統(tǒng)上的力 用方程式表示就是 p 蘭等 一v 尸 v r p g 2 3 式中 p 掣一單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化 d f v 尸一基本流動(dòng)方向上的壓力梯度 該項(xiàng)反映的是靜壓力對(duì)動(dòng)量的影響 v f 一應(yīng)力張量散度 該項(xiàng)反映的是粘性對(duì)動(dòng)量的影響 p g 重力 該項(xiàng)反映的是重力對(duì)動(dòng)量的影響 上式就是流體流動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程 對(duì)于聚合物流動(dòng)來(lái)說(shuō) 重力和慣性力與作 用在流體上的其他力 粘滯力等 相比小得多 可以忽略 且假定熔體不可壓 縮 在直角坐標(biāo)系下上式展開(kāi)為 p 竽d x 孕o v 叩警 一娑o x 等 孥o y 孕o z 2 4 c2c p c 等 等叩警 一等 c 誓 孕o y 爭(zhēng) 仁5 蹴 鯽 宓 鯽 縱c z p 孕o x 等叩警喲 一箬 莘o x 等 爭(zhēng) 2 6 0 v a zo zo v a z 式中q d 也是熔體在x y z 方向上的速度矢量 t r a 是剪切應(yīng)力 其 下標(biāo)分別代表剪切應(yīng)力的所處的坐標(biāo)面和剪切應(yīng)力的方向 p 是壓力 在等溫過(guò)程的分析中 只需要兩個(gè)守恒方程 質(zhì)量和動(dòng)量守恒 而在非等 溫過(guò)程的分析中 能量守恒方程也需要 用于求解溫度場(chǎng) 3 能量守恒方程 根據(jù)能量守恒定律 控制容積內(nèi)的比內(nèi) 熱 容的增率等于傳導(dǎo)的能量增 7 第2 章塑料異型材擠出的基礎(chǔ)理論 率加上能量耗散率 如果假定密度恒定 能量方程可以寫(xiě)成 e 4 c c e c o n v e c i d e d 的4cc w口 意 p c 咒 瓦 p g 吱面o t 哆 o t o y 也罷 o x o z 2 7 2 8 2 9 曇 尼冬 i 0 七i o t i 0 庀i o t 2 1 0 u 嘎u 磊 u yu y 乙2 u z 氏 氣警 勃等也警十 c 等 等 乜喏 k c 警 2 毫 是累積項(xiàng) 丘 是對(duì)流項(xiàng) 瓦耐是傳導(dǎo)項(xiàng) 瓦是耗散項(xiàng) p 是密度 c 是定壓比熱容 t 是溫度 t 是時(shí)間 u d u 是熔體在x y g 方向上的速度矢量 k 是熱傳導(dǎo)系數(shù) 乙 是剪切應(yīng)力 其下標(biāo)分別代表剪 切應(yīng)力的所處的坐標(biāo)面和剪切應(yīng)力的方向 忘 反映了單位時(shí)間內(nèi)流動(dòng)場(chǎng)某一點(diǎn)因溫度變化而引起的熱量變化量 忘 是由于溫度變化而引起的膨脹或壓縮能量的變化 如 表示隨空間位置變化而 引起的溫度變化及其相應(yīng)能量的變化 或 表示機(jī)械應(yīng)力作用于流體時(shí)溫度的變 化及相應(yīng)的摩擦粘性熱效應(yīng) 在聚合物加工的實(shí)際問(wèn)題中 使用簡(jiǎn)單的解析算法不能得到上述公式的解 在很多例子中 只能使用數(shù)值方法來(lái)獲得問(wèn)題的解 2 2 擠出流動(dòng)的基本假設(shè) 由守恒方程的基本形式求解很難甚至于不可能 因此必須針對(duì)工程的實(shí)際 情況對(duì)問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)募僭O(shè)和近似 以降低問(wèn)題的復(fù)雜度 如果作出的假設(shè)和 近似是合理的 則能夠簡(jiǎn)化計(jì)算 并得到工程上有著足夠精度的解 由高分子聚合物的特性和穩(wěn)定擠出時(shí)的工藝條件 可以假設(shè)如下 1 擠出模頭內(nèi)的熔體流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)層流 譬蘭0 且不可壓縮 v d o 或 p c o n s t a n t 8 第2 章塑料異型材擠出的基礎(chǔ)理論 2 與粘滯力和壓力相比 熔體的重力和慣性力的影響可以忽略不記 3 熔體的定壓比熱容c 和熱傳導(dǎo)系數(shù)k 恒定 式2 2 就是式2 1 基于假設(shè)1 的簡(jiǎn)化 式2 4 2 6 是式2 3 基于假設(shè)1 2 的簡(jiǎn)化 假設(shè)3 則有利于能量守恒方程的求解 此外在某些情況下可能需要等溫流動(dòng)假設(shè)和壁面無(wú)滑移假設(shè) a 當(dāng)流體作等溫流動(dòng)時(shí) 熔體溫度與模頭壁溫相同 與外界之間沒(méi)有熱交 換 則在模頭擠出過(guò)程中 能量是不變的 此時(shí)能量方程可以不考慮 b 熔體的流動(dòng)沒(méi)有壁面滑移現(xiàn)象 為管壁粘附 即管壁處各個(gè)速度分量為 零 2 3 本構(gòu)方程的選擇及其參數(shù)的確定 在塑料異型材擠出模頭設(shè)計(jì)中 對(duì)被加工對(duì)象的性能參數(shù)和流動(dòng)特性的了 解是至關(guān)重要的 聚合物在流道中流動(dòng)時(shí) 由于受到各種因素的影響 不同聚 合物的流變特性 表現(xiàn)在流變行為上差別很大 聚合物的流變特性 決定了加 工方法和加工設(shè)備的選擇 所以了解聚合物的流變特性及各種因素對(duì)聚合物流 動(dòng)的影響 對(duì)于指導(dǎo)塑料異型材擠出模頭的設(shè)計(jì)具有重要的意義 牛頓流體和非牛頓流體 流體的粘度被定義為對(duì)剪切或流動(dòng)的抵抗 在牛頓流體中用u 代表 在非 牛頓流體中用n 代表 科學(xué)生產(chǎn)中許多有著重要作用的流體 包括水和空氣 遵循牛頓內(nèi)摩擦定律 即剪切應(yīng)力和剪切速率成正比 因而稱為牛頓流體 換 言之 牛頓流體的粘度是恒定的 剪切應(yīng)力和剪切速率之間的關(guān)系不能由牛頓內(nèi)摩擦定律描述的流體 被認(rèn) 為是非牛頓流體 包括諸如聚合物溶液或熔體 藥物 塑料 泥漿 油漆 橡 膠等流體 確切的說(shuō) 非牛頓流體可以被定義為 粘度隨剪切速率變化且不能 用基本的n a v i e r s t o k e s 方程來(lái)預(yù)測(cè)其行為 非牛頓流體可能表現(xiàn)出剪切變稀或 剪切增稠行為 也有可能表現(xiàn)出粘彈性行為 根據(jù)非牛頓型流體的剪切應(yīng)力與剪切速率之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系的不同特 征 非牛頓型流體又可分為粘性系統(tǒng) 有時(shí)間依賴性系統(tǒng)和粘彈性系統(tǒng)三大類 其中與模具設(shè)計(jì)密切相關(guān)的主要是粘性系統(tǒng) 它在流動(dòng)時(shí) 其剪切速率只依賴 9 第2 章塑料異型材擠出的基礎(chǔ)理論 于剪切應(yīng)力 而與剪切應(yīng)力施加時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān) 根據(jù)剪切應(yīng)力與剪切速率函數(shù) 關(guān)系的不同 又可分為 賓哈流體 假塑性流體和膨脹性流體等 如圖所示2 1 假塑性流體是非牛頓流體中最普遍的一種 它不存在屈服極限 幾乎絕大多數(shù) 聚合物熔體和聚合物溶液 其流動(dòng)行為都接近假塑性流體 流變本構(gòu)方程 圖2 1 非牛頓流體的流變曲線 嗡漉髂 拶縫瀛體l 鼴黧魄侮 頒黧漉體 塑像流體2 裔漉侮 y 軾 為了描述粘性流體的非牛頓行為 研究者建立了多種類型的本構(gòu)方程 f 7 7 尹 t p 尹 在聚合物加工成型中 常用的模型如圖2 2 所示 冪律模型是最簡(jiǎn)單的解析模型 7 7 k 戶 1 其剪應(yīng)力與剪切速率是非線性 相關(guān)的 這是最廣泛使用的模型之一 適用于一個(gè)相對(duì)較窄的剪切率范圍 不 適用于低剪切率 剪切速率降為零時(shí) 粘度趨于無(wú)窮大 故而不能用于與剪 切速率無(wú)關(guān)的牛頓區(qū) 非牛頓指數(shù) 粘度指數(shù) n 指出了非牛頓行為的程度 當(dāng)n l 時(shí) 就是牛頓流體 如果n l 流體被認(rèn)為膨脹性或剪切增稠 如果非牛頓指數(shù)從o 8 到1 0 變化 可以 視為牛頓流體 但對(duì)于值小于o 5 肯定是非牛頓流體 對(duì)于絕大多數(shù)聚合物 在一個(gè)較寬的剪切速率范圍內(nèi) c a n e a u 模型最適合 用來(lái)描述聚合物熔體的流變特性 c a r r e a u 模型中常數(shù)項(xiàng)的取值需要一個(gè)較寬剪 切率范圍的剪切速率一粘度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 而通常在剪切率非常低和非常高時(shí)很難 進(jìn)行測(cè)量 c a r r e a u y a s u d a 模型是一個(gè)c a r r e a u 模型的修正 包括了過(guò)渡參數(shù) a 其 代表了在零剪切率區(qū)和冪律區(qū)之間的過(guò)渡區(qū)的寬度 由下式給出 7 7 尹 7 7 0 一 7 1 五戶 4 1 y 4 2 1 2 1 0 第2 章塑料異型材擠出的基礎(chǔ)理論 其中7 7 n 是零剪切速率粘度 鞏是無(wú)窮剪切速率粘度 九是一個(gè)時(shí)間常數(shù) n 是無(wú)量綱的冪指數(shù) a 是過(guò)渡參數(shù)的值 在本公式中 入是流體的特征時(shí)間 n 是在剪切稀薄區(qū)粘度隨剪切速率的變 化率的測(cè)量值 通常 和鞏可以通過(guò)直接測(cè)量來(lái)估計(jì) 剩下的兩個(gè)參數(shù) 即 入和n 被當(dāng)作可調(diào)參數(shù) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到其最佳匹配 較小的 a 值 1 會(huì)導(dǎo)致突變的出現(xiàn) m a r i b e lv a z q u e z 在他的實(shí)驗(yàn)中通過(guò)曲線擬合粘度模型 已經(jīng)解釋了當(dāng)剪切速率為1 0 2 s 1 時(shí)實(shí)驗(yàn) 獲得的粘度數(shù)據(jù)是零剪切率粘度的很好的估計(jì) n o m o d e lv i s c o s i t y c h a r a c t e r i s t i e t u n e le l l i s l r 1 q o i 1 r t j2 j 1 1 h ir k2 2 e y r i n 刁 j 7 黔i l l h 1 五戶 矽j 五 3 s u t t e r b y 刁 j 7 l s m h 五尹 旯戶r 五 4 p o w e l l e 妯 g 1 7 刁 的7 0 一刁 始i n h 一 五夕 夕 五 5c a r r e a t t 1 7 仉 瓴一譏瓤 嘞 二r 2 名 6c a r r e a u y a s u d a 1 7 仉 j 7 一仉垂 矽r p 五 7p o w e rl a w 1 7 足 廣1 n o n e 圖2 2 廣義牛頓流體模型 c a r r e a u 模型既能反映在高剪切速率下材料的假塑性行為 又能反映低剪切 速率下的牛頓行為 其中的b i r d c a r r e a u 模型參數(shù)較少 可以在較寬的剪切速率 范圍內(nèi)很好的擬合剪切黏度與剪切速率的關(guān)系 因此 綜合分析以上本構(gòu)方程 的優(yōu)缺點(diǎn) 本文選用更適用于分析擠出流動(dòng)過(guò)程的b i r d c a r r e a u 模型 對(duì)于非等溫?cái)D出 聚合物熔體為非等溫的廣義牛頓流體 其表觀粘度7 7 除了 與剪切速率戶有關(guān) 還與溫度t 有關(guān) 捌 通常采用a r r h e n i u s 速率方程來(lái)表示 粘度與剪切速率和溫度的關(guān)系 刁 日 r 7 7 0 尹 2 1 3 h t e x p 口 志一去 2 1 4 第2 章塑料異型材擠出的基礎(chǔ)理論 其中v o y 為瓦溫度下的粘度表達(dá)式 口是活化能 7 0 是絕對(duì)零度或是某一 指定溫度 疋是h t 1 時(shí)的參考溫度 如果考慮到溫度對(duì)剪切速率的影響 則需要采用a r r h e n i u s 應(yīng)力方程 刁 h r 7 7 0 日 丁 戶 2 1 5 由相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)a r r h e n i u s 速率方程可以很好地描述剪切粘度和溫度的關(guān) 系 故而在本文中采用的也是a r r h e n i u s 速率方程 材料參數(shù)的確定 本文中涉及的材料主要有兩種 上海敏晟塑料出品的p p p e t 2 0 以及德國(guó) 拜耳公司出品的p c 3 1 0 3 前者由上海薩格汽車(chē)零部件有限公司提供 用于制造 汽車(chē)內(nèi)飾滑道件 后者由上海寶山迦南塑料廠提供 用于制造冷柜用內(nèi)側(cè)燈罩 滑道材料的流變性能由華東理工大學(xué)的旋轉(zhuǎn)流變儀 錐板流變儀 測(cè)得 儀器型號(hào)為德國(guó)t h e r m o h a k k e 公司的r s 6 0 0 溫度范圍為低溫0 c 8 5 高 溫室溫 3 5 0 剪切速率 1 0 4 1 5 0 01 s 由測(cè)試裝置附帶的軟件按照b i r d c a r r e a u 模型進(jìn)行擬合得到 1 9 0 2 下 1 o 2 3 8 9 e i 0 4 鞏 0 五 3 3 6 8 n 0 2 1 3 內(nèi)側(cè)燈罩的流變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由迦南塑料提供 根據(jù)其流變性能測(cè)試結(jié)果 可 以擬合得到b i r d c a r r e a u 模型參數(shù) r o 7 0 7 e 2 鞏 0 五 2 4 3 e 一3 n 0 4 2 6 0 4 由于進(jìn)行的是非等溫測(cè)量 需要三個(gè)溫度下的測(cè)量數(shù)據(jù) 然后根據(jù) 1 o a e x p e r t 其中r 為摩爾氣體常數(shù) e 為熔體活化能 a 為系數(shù) 求得 活化能e 即公式2 1 4 中的口 a r r h e n i u s 模型參數(shù) 口 5 3 7 0 9 7 e 0 3 瓦 3 0 e 0 2 r o 2 7 3 1 5 e 0 2 將上述參數(shù)代入式2 1 3 可得 r f 戶 日 d 7 0 7 e 2 1 5 9 0 4 9 e 2 0 2 8 6 9 8 側(cè)p5 3 7 0 9 7 e 3 矗殺一志 2 1 6 1 2 第2 章塑料異型材擠出的基礎(chǔ)理論 2 4 本章小結(jié) 本章概要地介紹了塑料異型材擠出的基本理論 流體力學(xué)三大基本方程 質(zhì) 量守恒方程 動(dòng)量守恒方程以及能量守恒方程 和本構(gòu)方程 通過(guò)合理假設(shè) 選擇了適合塑料異型材擠出使用的材料本構(gòu) 并確定了文中涉及的材料的具體 的參數(shù) 1 3 第3 章塑料異型材擠出影響分析 3 1 引言 第3 章塑料異型材擠出影響分析 擠出成型工藝以連續(xù)且高效的方式制造有著同一橫截面的產(chǎn)品 擠出模具 的合理設(shè)計(jì)對(duì)于獲得擠出產(chǎn)品所需的外形和精確的尺寸非常的重要 一個(gè)理想 的擠出模具應(yīng)可以 獲得有著良好的外形和較好的尺寸精度的擠出件 滿足熔體流動(dòng)平衡條件的?？诰獾臄D出速率 以最小的入口一出口壓力降獲得流動(dòng)平衡 流道呈流線型來(lái)避免因流道腔體的突變導(dǎo)致的塑料熔融物的熱降解 在理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐中為了研究和闡述的便利 針對(duì)上述擠出模的設(shè)計(jì) 準(zhǔn)則提出了一些具體的指標(biāo) 對(duì)于擠出件的尺寸精度影響較大的因素有擠出脹 大 牽引速度以及冷卻收縮率等 而擠出模具對(duì)其的影響主要體現(xiàn)在擠出脹大 上 擠出件的離模變形主要取決于模腔內(nèi)的熔體流動(dòng) 特別是模口的速度分布 壓力降的大小主要取決于模具的幾何結(jié)構(gòu) 壓力降過(guò)高則對(duì)擠出機(jī)的要求較高 同時(shí)會(huì)降低擠出機(jī)的擠出量 影響生產(chǎn)效率 壓力降過(guò)低則不利于物料的壓實(shí) 產(chǎn)品致密性不夠 流線型的流道主要為了避免停滯區(qū)的出現(xiàn) 由于在高溫下長(zhǎng) 時(shí)間的暴露 這種區(qū)域容易分解聚合物熔體 由于現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展 線切割和數(shù)控技術(shù)的日益成熟 非流線型的流道已日益減小 故而在本節(jié)不作 具體研究 下面將簡(jiǎn)要介紹擠出脹大 模流平衡和模具壓力降等擠出模具設(shè)計(jì)指標(biāo)的 基本概念 以及對(duì)這些指標(biāo)影響較大的影響因素概述 一 基本概念 1 擠出脹大 擠出脹大 e x t r u d a t es w e l l 是指聚合物熔體經(jīng)口模擠出時(shí) 擠出物的截面 面積比口模出口截面大的現(xiàn)象 也稱b a r u s 效應(yīng) 亦稱出模膨脹 d i es w e l l 聚合物熔體的擠出脹大效應(yīng) 使得擠出物截面與口模截面不一致 其直接影響 1 4 第3 章塑料異型材擠出影響分析 制品尺寸 精度與質(zhì)量 是口模設(shè)計(jì)困難的主要原因之一 對(duì)擠出脹大現(xiàn)象的解釋目前尚不統(tǒng)一 比較普遍的原因有 一是熔體在口 模中的剪切變形引起的速度松弛 二是入口收斂所引起的拉伸變形的粘彈弛豫 長(zhǎng)徑比較大時(shí) 前一種原因起主導(dǎo)作用 長(zhǎng)徑比較小時(shí) 則以后一種原因?yàn)橹?速度松弛是由于離模后 熔體不再受到來(lái)自擠出模的無(wú)滑移壁面的剪切應(yīng) 力 熔體速度大小趨于一致 從而導(dǎo)致高速區(qū)域速度下降以及先前被壁面阻礙 的區(qū)域速度增加 最終導(dǎo)致熔體離開(kāi)模具后 熔體的橫截面大小增加 脹大 牛頓和非牛頓流體表