二次成型熔體注射溫度對模內組裝成型流固耦合變形的影響

摘 要：聚合物質的模內組裝成型的小規模設備的精確性關鍵是受到二次成型熔體充填流動與一次成型固體微型零件之間的流固耦合作用，文章具體的分析了相關的事項。

關鍵詞：模內組裝成型；微型機械；流固耦合；數值模擬

1 關于模擬狀態

文章將軸類小型機械為前提分析了成型氣溫對于流固耦合的意義。軸類微型機械如圖1所示，微型軸的半徑為0.6mm，長度為8mm，而矩形塊為2mm×4mm×8mm。矩形塊左右兩側中間為注射的進、出口。設備的成型步驟如下。先設置小型的軸，當其凝固之后，進而設置矩形塊，確保兩者能夠在模內組裝好。確保裝配的精確性優秀，是保證小規模的設備的運動性的關鍵點。在熔體的前方和設備接觸的時候，其流動會和設備的表層之間生成耦合效應，而且會它的表層生成流固耦合力，而且確保氣溫不一致，進而導致其發生變形。

先分析熔體的填充時期的流場，然后分析它的耦合意義。進而將耦合活動的壓力場以及總的氣溫場的信息放到相關的模型之中分析，論述它的變形現象。為了分析變形的發生原理，就要對變形以等去耦。為了得知純壓力場之中的變形，就要事先把小規模的軸當成是非等溫的變形活動，而且將其熱膨脹指數設置為零，這樣的話就可以降低氣溫場不均勻而導致的變形干擾。不分析其表層的壓力場，只是分析它的不均衡性，可以分析它的熱變形意義。這個去耦探索措施為變形的生成機理創造了優秀的條件。

2 二次成型熔體注射溫度對模內組裝成型流固耦合變形的影響

2.1 關于模擬活動

二次成型熔體注射溫度是影響聚合物微型機械模內組裝成型裝配界面成型精度與質量的關鍵工藝參數之一，其經由流動性來干擾成型時期的流場，所以對組裝成型時期的耦合活動帶來很多的影響，而且其氣溫太高的話會使得機械的表層被熔化，進而干擾到成型的品質，最終干擾到它的精確性。所以，經由變革其注射氣溫，探索它對于耦合活動的干擾。

當進行成型活動的時候，如果填充熔體和設備的表層聯系比較的緊密的話，會在其表層生成耦合效應，而且在它的表層生成一種力。當其表層的耦合活動變強的時候，它的沖擊力就相應的要高很多，此時就使得其變形更為厲害，所以就越容易干擾到成型的精確性。為了探索氣溫對于作用的干擾規律，先是分析二次數成型熔體注射溫度對于一次生成的設備的耦合壓力場的干擾。通過實驗實驗驗證得知，小規模的設備的表層的耦合力的最高的壓力差就隨著氣溫的變高而降低。二次成型熔體注射溫度對一次成型微型軸沿其中心軸線溫度場分布規律的影響。通過實驗驗證我們可知，由于注射氣溫變高，設備的高溫區的氣溫變高，導致它的溫度場不均勻。降低氣溫能夠確保溫度場均勻。

2.2 流固耦合綜合變形的模擬

流固耦合綜合變形的有限元力學分析模型如圖1所示。通過ANSYS軟件的SOLIDE186單元將微型軸進行有限元離散，將計算流體動力學模擬分析得到的流固耦合壓力場P和溫度場T導入微型軸有限元模型中。將有限元模擬視為非等溫過程，以考慮溫度對微型軸用ABS彈性模量的影響，微型軸用ABS的力學性能參數見表1。

二次成型熔體注射溫度對微型軸流固耦合綜合變形的影響。通過實驗驗證可知，其耦合的變形總數會伴隨氣溫的變高而降低，增加注射氣溫，對于降低變形現象，提升制作的精確性來講有著非常積極的意義。不過，其氣溫變高，又容易使得一次成型的表層融化，干擾到最終的成型品質。所以，要積極的優化注射氣溫。

將表1中ABS的熱膨脹系數設定為零，并將CFD模擬得到的流固耦合壓力場P和溫度場T導入ANSYS有限元模型中，就能得知壓力場導致的變形事項。二次成型熔體注射溫度對微型軸純壓力場彎曲變形的影響經驗證得知，該變形會由于注射氣溫的變高而降低。

二次成型熔體注射溫度對微型軸流固耦合熱變形的影響經驗證得知，其純熱變形會伴隨注射氣溫的變高而變高。通過分析得知，一次成型微型軸的熱變形比壓力變形小1～2個數量級。進而我們可知，其變形關鍵是由耦合相關的壓力彎曲變形來掌控的。

2.3 模擬結果實驗驗證

圖2為二次成型熔體充填流動對一次成型微型軸流固耦合作用綜合變形的影響。

二次成型熔體充填流動與一次成型微型軸流固耦合壓力場和綜合變形的模擬結果如圖3所示。

2.4 關于形成的機理

通過分析我們得知，在熔體的填充成型時期，其流動性和表層的耦合意義會伴隨著注射氣溫的變高而降低。通過分析流動變知識可知，導致這種變動性的關鍵緣由是在別的數值特定的背景之下，由于其注射氣溫的變高，導致它的流動不具有黏度，進而殺跌流動的阻力變弱了，此時就使得充填流動力變低，導致表層的壓力變弱，進而使得彎曲力以及相關的變形降低。除此之外，氣溫的變高會使得高溫區的氣溫增加，導致它的溫度場不均勻，進而使得熱應力等增加，使得變形嚴重。因為耦合變形會受到設備的表層壓力場的變動而導致的變形等的干擾，熱變形比流固耦合壓力變形小1～2個數量級，因為熱變形導致的作用力不大，會使得耦合變形伴隨氣溫的升高而降低。

3 結束語

3.1 通過分析我們得知，二次生成的熔體的氣溫的變高會導致一次設備的耦合性變低，使得氣溫場不均勻，耦合力的降低會導致壓力變小，進而使得設備的彎曲變形力變低。對于小軸來講，它的氣溫場如果不均勻的話，就會使得熱應力以及變形等變高。

3.2 一次成型微型軸流固耦合綜合變形受控于其表面壓力場產生的彎曲變形與溫度場不均勻產生的熱變形的耦合作用，它的變形會伴隨注射氣溫的變高而降低。提升其注射氣溫能夠降低耦合變形力，不過氣溫的增加會使得一次設備表層被融化，進而干擾到最終的成型品質。

參考文獻

[1]段瑞玲，李玉和，李慶祥.國內微型器件裝配技術的現狀與應用[J].光機電信息，2005，22（7）：20-25.

[2]單德彬，袁林，郭斌.精密微塑性成形技術的現狀和發展趨勢[J].塑性工程學報，2008，15（2）：52-59.

[3]周國發，蘇婷，閆麗.聚合物水輔共注成型過程數值模擬研究[J].中國塑料，2008，22（1）：80-84.