恰当的gydF4y2Ba 聚合物技术的进步gydF4y2Ba 1098 - 2329gydF4y2Ba 0730 - 6679gydF4y2Ba HindawigydF4y2Ba 10.1155 / 2020/6861216gydF4y2Ba 6861216gydF4y2Ba 研究文章gydF4y2Ba 数值模拟在弹丸的渗透行为的注水阶段Water-Projectile-Assisted注塑过程gydF4y2Ba https://orcid.org/0000 - 0003 - 1184 - 659 xgydF4y2Ba 旷gydF4y2Ba TangqinggydF4y2Ba 1gydF4y2Ba https://orcid.org/0000 - 0002 - 9052 - 3862gydF4y2Ba 冯gydF4y2Ba 羌族gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba 田gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 钟gydF4y2Ba LuohaogydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 王gydF4y2Ba 延庆gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba https://orcid.org/0000 - 0003 - 4900 - 0039gydF4y2Ba 刘gydF4y2Ba 合盛gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 张gydF4y2Ba 云gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 华东交通大学gydF4y2Ba 南昌330013年gydF4y2Ba 江西gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba ecjtu.jx.cngydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 华东理工大学gydF4y2Ba 南昌330013年gydF4y2Ba 江西gydF4y2Ba 中国gydF4y2Ba ecit.edu.cngydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 28gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba 05年gydF4y2Ba 2019年gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba 07年gydF4y2Ba 2019年gydF4y2Ba 04gydF4y2Ba 09年gydF4y2Ba 2019年gydF4y2Ba 28gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 2020年gydF4y2Ba 版权©2020旷Tangqing et al。gydF4y2Ba 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。gydF4y2Ba

Water-projectile-assisted注塑(W-PAIM)是一种新型塑料管材成型过程复杂的形状。它利用高压水作为动力推动固体弹丸穿透融化形成一个中空的空间。为了研究弹丸的渗透行为在W-PAIM的注水阶段过程中,数值模拟的注水阶段W-PAIM管直线和曲线段进行。开车的紊流水被认为是运动方程,和动态网格技术用于处理固体弹。仿真结果,包括RWT和流动领域,比较与水辅助注塑(WAIM)管外尺寸相同。发现剩余壁厚(RWT) W-PAIM管比WAIM管的更薄。弹丸RWT有至关重要的影响。压力W-PAIM和WAIM直线和曲线段非常相似。速度场、应变速率场附近的渗透在W-PAIM十分不同于那些WAIM由于拖动流引起的弹渗透。gydF4y2Ba

 中国国家自然科学基金gydF4y2Ba 51563010gydF4y2Ba 21664002gydF4y2Ba 江西省自然科学基金gydF4y2Ba 20181 bab206014gydF4y2Ba 1。介绍gydF4y2Ba

塑料制品的处理当前制造行业占据了很大一部分。(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba水辅助注塑(WAIM)是一种创新的塑料注塑过程(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba]。在德国的塑料加工协会(gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba),WAIM开发生产中空或部分空心部分在1998年。在这个过程中,压水融化后注入步骤是注入的核心融化形成中空产品。这种成型技术的发展是作为一个著名的气辅注射成型过程的变异(GAIM)的气体用于核心产品。GAIM和WAIM技术可能产生复杂的管道产品用薄的和厚的部分,它们存在于各个部门的行业。同时,与传统注塑工艺相比,它们的主要优势提高产品特点和降低生产成本在空心产品偏心。用水代替气体导致进一步增强的产品特点和降低过程成本,这主要是与水的物理性质有关。更多细节的具体优点和缺点这两种技术已经广泛地记录在早期研究[gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Fluid-projectile-assisted注塑(FPAIM坑在德国)的过程,这是一个进程的变体fluid-assisted注塑(饿了,包括WAIM GAIM),可以克服的局限性饿了等厚剩余壁厚(RWT) RWT的波动,和材料的选择。这是第一次有记录在日本专利(gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba]。在这个过程中,空心通道部分是由一个弹丸推动核心出聚合物熔体的加压流体。与GAIM或WAIM相比,更薄和更均匀的壁厚与光滑表面可以实现(gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba]。此外,FPAIM过程具有更广泛的材料适用性因为熔火之心是流离失所的刚性弹体和液体只RWT后形成的。FPAIM有两个方法:短球方法和完整的拍摄方法。它们之间的主要区别是腔是否部分或全部充满了注水前树脂融化。类似于“反过程,FPAIM过程可分为water-projectile-assisted注塑(W-PAIM)和gas-projectile-assisted注塑(G-PAIM)。液态水的冷却效率高,可以缩短周期时间W-PAIM过程。许多研究人员研究了水的渗透行为,RWT的分布(gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba)和工艺参数的优化WAIM通过实验(gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba]。然而,作者最好的知识,只有一些塑料加工(IKV)研究所的研究人员在亚琛工业大学研究了FPAIM通过实验过程。他们表现出的潜力和限制新工艺(gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba]。据作者所知,弹丸的渗透行为W-PAIM的注水阶段过程中没有理论上的研究。gydF4y2Ba

本研究致力于研究流的特点,提出和的渗透行为W-PAIM的注水阶段过程中弹丸。W-PAIM管道与直线和曲线段作为一个测试用例,以及数值模拟的注水阶段进行。本研究包括以下:(1)弹丸的影响渗透部分的大小和RWT的分布;(2)的特征速度场、压力场,和应变率场当弹丸穿透通过直线段;和(3)流场通过弯曲段当弹丸穿透。研究结果有助于了解弹丸在融化的渗透机制,并提供一个理论依据W-PAIM W-PAIM过程控制和质量改进的部分。gydF4y2Ba

 2。模型和方法gydF4y2Ba 2.1。数学模型gydF4y2Ba

广义Hele-Shaw模型广泛用于传统的注射成型的数值模拟。但这仅限于薄壁腔和薄板状的流。W-PAIM的注水阶段是一个多相分层涉及固耦合的非定常流,其中包括熔体的非牛顿层流雷诺数较低,注水与高雷诺数的湍流,和之间的交互融化,水,弹丸。因此,有必要改进的数学模型。简化模型和便于仿真,基于CFD的简化假设如下方法:水和融化是不可压缩;熔体流动满足无滑动边界;身体力量和忽略表面张力;熔体填充模具型腔均匀初始状态,和熔体注射过程不影响弹丸穿透;具有高熔点和塑料弹被认为是一个移动的固体边界没有热性能。gydF4y2Ba

控制方程包括连续性方程、运动方程、能量方程、本构方程、粘度模型,和体积分数方程。gydF4y2Ba

基于水和融化是不可压缩的简化,由连续性方程gydF4y2Ba (1)gydF4y2Ba dgydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba dgydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 是流体的速度。gydF4y2Ba

在弹体的渗透,推动水高雷诺数湍流。因此,必须考虑湍流的随机性质的运动方程。雷诺时均运动方程给出的gydF4y2Ba (2)gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ρgydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba ρgydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ugydF4y2Ba jgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba μgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ugydF4y2Ba jgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba δgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba jgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ugydF4y2Ba lgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba lgydF4y2Ba −gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba pgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba −gydF4y2Ba ρgydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ugydF4y2Ba jgydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ¯gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

方程不关闭,无法解决的介绍最后一项的雷诺应力方程(gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba)。处理雷诺应力,使方程,雷诺应力和平均速度梯度之间的关系建立了基于跋扈涡粘性假设:gydF4y2Ba (3)gydF4y2Ba −gydF4y2Ba ρgydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ugydF4y2Ba jgydF4y2Ba ′gydF4y2Ba ¯gydF4y2Ba =gydF4y2Ba μgydF4y2Ba tgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ugydF4y2Ba jgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba ρgydF4y2Ba kgydF4y2Ba +gydF4y2Ba μgydF4y2Ba tgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba δgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba jgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba μgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 湍流粘性和吗gydF4y2Ba kgydF4y2Ba 是湍流动能。gydF4y2Ba

为了计算湍流粘度gydF4y2Ba μgydF4y2Ba tgydF4y2Ba ,一个标准gydF4y2Ba kgydF4y2Ba −gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 采用湍流模型,gydF4y2Ba kgydF4y2Ba 湍流动能和吗gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 是特定的耗散率。动荡的粘度,gydF4y2Ba μgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 计算相结合gydF4y2Ba kgydF4y2Ba 和gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 如下:gydF4y2Ba (4)gydF4y2Ba μgydF4y2Ba tgydF4y2Ba =gydF4y2Ba αgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba ρgydF4y2Ba kgydF4y2Ba ωgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba αgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba 修改后的系数低雷诺数。gydF4y2Ba

kgydF4y2Ba 和gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 两个基本未知变量获得以下运输方程:gydF4y2Ba (5)gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ρgydF4y2Ba kgydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ρgydF4y2Ba kgydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba μgydF4y2Ba +gydF4y2Ba μgydF4y2Ba tgydF4y2Ba σgydF4y2Ba kgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba kgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba +gydF4y2Ba GgydF4y2Ba kgydF4y2Ba −gydF4y2Ba YgydF4y2Ba kgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ρgydF4y2Ba ωgydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ρgydF4y2Ba ωgydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba μgydF4y2Ba +gydF4y2Ba μgydF4y2Ba tgydF4y2Ba σgydF4y2Ba kgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ωgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba jgydF4y2Ba +gydF4y2Ba GgydF4y2Ba ωgydF4y2Ba −gydF4y2Ba YgydF4y2Ba ωgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

由水和聚合物熔体的冷却模具墙被认为是在弹丸的渗透,并给出能量方程gydF4y2Ba (6)gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ρgydF4y2Ba EgydF4y2Ba +gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ρgydF4y2Ba EgydF4y2Ba +gydF4y2Ba pgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba λgydF4y2Ba effgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba τgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba jgydF4y2Ba effgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba EgydF4y2Ba表示液体的总能量,gydF4y2Ba λgydF4y2Ba effgydF4y2Ba 表示有效传热系数,gydF4y2Ba τgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba jgydF4y2Ba effgydF4y2Ba 表示偏应力张量。gydF4y2Ba

融化在W-PAIM被视为广义牛顿流体,因为它主要是受到剪切应力的影响。因此,忽略熔体弹性行为,本构方程是由融化gydF4y2Ba (7)gydF4y2Ba τgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba jgydF4y2Ba effgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ηgydF4y2Ba pgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba γgydF4y2Ba ˙gydF4y2Ba γgydF4y2Ba ˙gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba TgydF4y2Ba是温度和gydF4y2Ba γgydF4y2Ba ˙gydF4y2Ba 变形速度是张量。gydF4y2Ba

由于直接冷却融化的水,Cross-WLF粘度与七参数模型是用来描述熔体的粘度在宽的温度范围内。Cross-WLF粘度模型与七参数的表达式如下:gydF4y2Ba (8)gydF4y2Ba ηgydF4y2Ba γgydF4y2Ba ˙gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba pgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ηgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba pgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ηgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba γgydF4y2Ba ˙gydF4y2Ba /gydF4y2Ba τgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba −gydF4y2Ba ngydF4y2Ba ,gydF4y2Ba ηgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba pgydF4y2Ba =gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 经验值gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba TgydF4y2Ba −gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba TgydF4y2Ba −gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba pgydF4y2Ba =gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba pgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ¯gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba pgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba ηgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 是零剪切粘度;gydF4y2Ba τgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba 是材料常数与剪切应力水平从牛顿幂律粘度粘度;gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 非牛顿指数在高剪切率政权;和gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba 玻璃化转变温度。gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ¯gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 是材料常数。gydF4y2Ba

为了使比较WAIM W-PAIM,聚丙烯(PP)被选中作为其良好的成型聚合物成型WAIM的属性。Cross-WLF PP模型的参数从模塑仿真分析获得材料数据库和表所示gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

Cross-WLF粘度模型参数的页。gydF4y2Ba

ngydF4y2Ba τgydF4y2Ba ∗gydF4y2Ba (Pa)gydF4y2Ba TgydF4y2Ba ggydF4y2Ba (K)gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba (Pa·s)gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba
0.3083gydF4y2Ba 16834.4gydF4y2Ba 263.15gydF4y2Ba 6.7266gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba13gydF4y2Ba 30.441gydF4y2Ba 51.6gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba

随着水和熔体自由表面流没有两个阶段之间的相互渗透,在volume-of-fluid(受到)方法可以用来追踪自由界面的水/融化两相流。体积分数是由连续性方程gydF4y2Ba (9)gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba αgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba tgydF4y2Ba +gydF4y2Ba ugydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba αgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ∂gydF4y2Ba xgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba αgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 的体积分数是gydF4y2Ba 我gydF4y2Bath阶段,这在0和1之间变化。gydF4y2Ba αgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 将大于0小于1的值称为gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba前阶段。gydF4y2Ba

 2.2。测试用例模型和边界条件gydF4y2Ba

与直线和曲线段管道建模为一个测试用例来调查的渗透行为W-PAIM的注水阶段过程中弹丸。截面直径16毫米,60°的偏转角,和20毫米的弯曲半径,如图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba。空心弹一个圆柱体和一个圆头,如图gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

管直线和曲线段的CFD模型的模拟。所有尺寸都在毫米(没弹WAIM过程)。gydF4y2Ba

抛射体的模拟中使用W-PAIM过程(所有尺寸在毫米)。gydF4y2Ba

为了解决数学模型、边界和初始条件必须被指定。边界条件包括入口、出口和墙边界,如图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba和指定如下。gydF4y2Ba

入口是一个圆,直径6毫米。压力入口边界条件指定,在进口压力注水压力。出口的压力被指定为大气压力。入口的温度等于注水温度:gydF4y2Ba (10)gydF4y2Ba pgydF4y2Ba 入口gydF4y2Ba =gydF4y2Ba pgydF4y2Ba 水gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba pgydF4y2Ba 出口gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 入口gydF4y2Ba =gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 水gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

墙满足无滑动边界条件,指定固定的温度边界条件,gydF4y2Ba (11)gydF4y2Ba UgydF4y2Ba 墙gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 墙gydF4y2Ba =gydF4y2Ba TgydF4y2Ba 模具gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

移动边界条件的抛物被指定为墙没有热性能。gydF4y2Ba

的成型过程模拟全景W-PAIM方法,这意味着完全充满模具型腔熔体在注水。因此,整个流场可以初始化如下:融化的体积分数是1,融化的速度是0,而融化的温度是熔体注射温度。gydF4y2Ba

加工参数的值如表所示gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

在模拟工艺参数。gydF4y2Ba

熔体温度(K)gydF4y2Ba 水压力(MPa)gydF4y2Ba 熔体注射压力(MPa)gydF4y2Ba 保持时间(s)gydF4y2Ba 水延迟时间(年代)gydF4y2Ba 模具温度(K)gydF4y2Ba
483年gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 300年gydF4y2Ba

PP和水的物理性质表所示gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba治疗是常数。gydF4y2Ba

融化,水的物理特性模拟。gydF4y2Ba

材料gydF4y2Ba 密度(公斤·mgydF4y2Ba−3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba Cp (J·公斤gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba·KgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 导热系数(W·mgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba·KgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 粘度(公斤·mgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba·年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 标准状态焓(J·公斤gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba·摩尔gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba 参考温度(K)gydF4y2Ba
页gydF4y2Ba 775年gydF4y2Ba 3450年gydF4y2Ba 0.1875gydF4y2Ba 387940年gydF4y2Ba 483年gydF4y2Ba
水gydF4y2Ba 998.2gydF4y2Ba 4182年gydF4y2Ba 0.6gydF4y2Ba 1.003gydF4y2Ba −2.858gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba8gydF4y2Ba 298年gydF4y2Ba
2.3。数值计算过程gydF4y2Ba

策略的软件应用建模和测试模型的啮合。16.0数值模拟进行流利的,一个非常著名的流体场模拟平台。一个用户定义的函数编码计算熔体粘度。gydF4y2Ba

为了处理刚性弹体的运动,动态网格在六个自由度的模型中,春天平滑方法,当地再啮合的方法应用于仿真。gydF4y2Ba

受到模型采用跟踪自由界面的水/融化两相流。分裂的pressure-implicit运营商(庇索)算法用于解决压力速度耦合方程的高精度和能力来处理非定常流。体积分数离散项压力离散项“快,很快!”,另一项“一阶逆风”。收敛性和平滑度的解决方案,低松弛因子都设置为0.3和时间步大小是固定的,1 e-5 s。gydF4y2Ba

 3所示。结果与讨论gydF4y2Ba 3.1。RWTgydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba 3(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 3 (b)gydF4y2Ba分别显示的渗透接口WAIM和W-PAIM。我们可以看到,穿透水和弹都成功地完成了。图gydF4y2Ba 3 (c)gydF4y2Ba显示的定量比较RWTs在指定的位置。直段,WAIM RWT的管约2.1毫米,而W-PAIM管大约是1.4毫米。弯曲段,RWTs WAIM管的内凹侧1.2毫米和2.8毫米的外凸,而RWTs W-PAIM管的内凹侧0.8毫米和2.0毫米的外凸边。的RWTs W-PAIM管薄得多比WAIM管道。此外,在弯曲段,RWTs更薄的内凹边和厚外凸边。这意味着水的渗透WAIM和弹丸W-PAIM相对稳定的直线段和总是接近内凹。仿真结果与实验结果吻合较好,得到Hopmann和BehmenburggydF4y2Ba 17gydF4y2Ba),我们的前期工作gydF4y2Ba 19gydF4y2Ba]。显然,弹丸在RWT有至关重要的影响。此外,它可以看到两个管道的RWTs连续第二段出口附近沿着流动方向表现出降低的趋势。这是因为在模拟出口边界设置为大气压力和进气压力注水压力。渗透收益,压力梯度在前面的融化渗透方面逐渐增加,渗透截面相应增长。均匀渗透截面可以通过设计一个细长而不是笨重的溢出腔。gydF4y2Ba

比较渗透之间的接口和RWTs WAIM W-PAIM管:(a)渗透WAIM管接口,(b)渗透W-PAIM管接口,和(c) RWTs。gydF4y2Ba

为了研究不同弹体直径对RWT的影响,不同直径的弹丸的设计,如0毫米(0毫米代表了水辅助注射成型实验没有弹),6毫米,8毫米,10毫米,12毫米,与WAIM进行了探讨和比较。gydF4y2Ba

如图gydF4y2Ba 4gydF4y2BaRWT测量方案,每组六管是采集样本进行实验,每个管需要四节位置(P1, P2, P3, P4)沿着流动方向。每个部分需要4个相等的点(P5、P6 P7, P8)测量壁厚。算术平均壁厚所有数据都被记录下来,然后被用来获得平均RWT。表达式说明解决RWT算术平均方法如下:gydF4y2Ba (12)gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba =gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 5gydF4y2Ba +gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 6gydF4y2Ba +gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 7gydF4y2Ba +gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 8gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba =gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba +gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba +gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba +gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba +gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba +gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 4gydF4y2Ba +gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 5gydF4y2Ba +gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba tgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 平均RWT吗gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba th横断面位置在同一管,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 平均RWT吗gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba th管,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 平均RWT吗gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 类型的管。gydF4y2Ba

RWT测量方案。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba显示了测试样品的横截面的比较由不同弹丸直径成型,包括横断面(图gydF4y2Ba 5(一个)gydF4y2Ba(图)和纵向部分gydF4y2Ba 5 (b)gydF4y2Ba)。也许是看到RWT管道的形状和横截面直径6毫米很大。管子的壁厚分布是不均匀的。当弹丸的直径小于10毫米,有一定偏差的现象在弹丸通过融化,使管子的壁厚分布不均匀。因此,RWT管道的主要受挤压的弹体和水将融化。同时,获得平均RWT,足够的测量数据点的将每个测试样本。更多的样品测量。如图gydF4y2Ba 5 (c)gydF4y2Ba,可以发现,当弹丸的直径是6毫米,RWT的管是2.78毫米。当弹丸的直径8毫米,RWT的管是2.39毫米。根据误差棒的结果,图中显示,当弹丸的直径小于10毫米,RWT波动较大。然而,当弹丸的直径大于10毫米,RWT的管道主要是受弹丸大小的影响。比WAIM RWT更薄的过程。根据图表的趋势,它可以得出结论,RWT的管道由W-PAIM过程随抛射体的直径增加。gydF4y2Ba

比较RWTs WAIM之间和不同直径弹W-PAIM管:(a)横切面WIAM W-PAIM管道,(b)纵切面WIAM W-PAIM管道,和(c) RWTs误差棒。gydF4y2Ba

 3.2。在直线段抛射体的渗透行为gydF4y2Ba

为了调查的渗透行为弹直段,速度,压力,应变率附近的渗透与WAIM进行了探讨和比较。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba显示附近的速度分布的对比渗透在前面中间位置的直线段WAIM和W-PAIM之间。为方便观察,渗透接口overlay-displayed速度大小轮廓,如图gydF4y2Ba 6(一)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 6 (b)gydF4y2Ba。它可以看到两个过程的横截面速度场附近的渗透速度场前增加显著,前面的渗透方面非常均匀。速度的定量比较在三个位置的0.04,0.05,和0.06毫米的入口,以x - 0.04 x - 0.05 x - 0.06,如图gydF4y2Ba 6 (c)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 6 (e)gydF4y2Ba,分别。WAIM的速度剖面和W-PAIM x - 0.04,渗透,背后的位置大约抛物型,这是一个压力的牛顿流体流动的特征。墙附近的速度,或者说RWT区,几乎是零。这意味着RWTs渗透后几乎不变。WAIM的速度剖面相比,速度剖面的W-PAIM有更广泛的辐射范围和一个较小的值的中心腔较大的渗透部分和刚性弹体的块。速度在WAIM中心达到12米/秒,在W-PAIM大约10 m / s。速度都远远超过0.34 m / s,临界速度的层流和湍流的水。因此,水流动处于湍流状态。它显示了使用湍流模型的合理性对水的模拟。当前位置的渗透方面,也就是说,x - 0.05的速度剖面W-PAIM显示等腰梯形的形状没有速度段的接近于零。 The horizontal segment at the middle represented the velocity of the water trapped by the projectile. The linear segments on both sides were the velocity of the melt at the outside of the projectile, which implied that the melt flow at the outside of the projectile is drag flow. Moreover, the velocity of the drag flow at the outside of the projectile is faster than that of the subsequent pressure flow near the wall. Consequently, the water followed the projectile is partially supplemented to the drag flow area. Therefore, the simulated RWT is thinner than the radius difference between the part cavity and the projectile. Compared with the velocity field at x-0.04, the cross sections of the velocity field at x-0.05 increase remarkably and the velocity profile has relatively flat middle segments, which indicates the flow there is a plunger flow. The velocity at the center in WAIM is decreased and close to 9 m/s and that in W-PAIM is about 8 m/s. The velocity profile of WAIM at x-0.06, the position in front of the penetration front, is similar to that of W-PAIM. Both of them have flat middle segments, which indicate the flow before the penetration front is a typical plunger flow of pseudoplastic flow of the melt with a non-Newtonian index of 0.3. The highest velocity in WAIM is further reduced to near 8.3 m/s and that in W-PAIM basically keeps constant of about 8 m/s.

附近的速度分布比较直段的渗透在前面中间位置之间WAIM W-PAIM: (a)速度级WAIM轮廓,(b)速度级W-PAIM轮廓,(c)速度概要文件位置,(d)速度概要文件位置二世(e)速度概要文件位置III(我表示0.04毫米的位置,二是0.05毫米,第三是0.06毫米)。gydF4y2Ba

压力WAIM和W-PAIM过程当渗透方面达到直的中间部分也比较,如图gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba。对于这两个过程,背后的压力渗透前注射压力是由于在水中几乎没有压力损失。一小段距离后轮廓的压力渗透在W-PAIM WAIM类似。所不同的是,前面的压力轮廓W-PAIM弹是直线存在的刚性弹丸,在压力面前的轮廓WAIM渗透曲线的形状像前面渗透。gydF4y2Ba

比较的压力渗透在前面中间位置附近的轮廓直线段之间WAIM W-PAIM: WAIM (a)和(b) W-PAIM。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba显示附近的应变率分布的对比渗透在前面中间位置的直线段WAIM和W-PAIM之间。为了方便观察,应变速率级上的渗透接口overlay-displayed轮廓,如图gydF4y2Ba 8(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 8 (b)gydF4y2Ba。可以看出两个过程,渗透背后的应变率峰值位于前面插入接口,而在渗透前定位附近的墙上。速度的定量比较在三个位置的0.04,0.05,0.06毫米的入口数据所示gydF4y2Ba 8 (c)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 8 (e)gydF4y2Ba,分别。在x - 0.04,应变速率的峰值W-PAIM 5500 1 / s,位于0.0065毫米的半径范围,而WAIM 5100 1 / s,位于0.006毫米的径向位置。此外,在WAIM,应变率接近的中心腔较低,而W-PAIM相对统一的应变率接近的中心腔块弹丸。x - 0.05时,当前位置的渗透方面,应变率资料WAIM和W-PAIM之间有很大不同。在WAIM,应变率峰值位于附近的墙上,和应变率相对统一的半径范围0.004。在应变率峰值W-PAIM位于抛射体的表面,靠近墙,应变速率较低。在x - 0.06的位置,应变率的W-PAIM WAIM的相似。应变率峰值位于靠近墙和大约是4500年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。应变率几乎为零的0.004的半径范围。gydF4y2Ba

附近的应变率分布比较直段的渗透在前面中间位置之间WAIM W-PAIM: (a)应变率大小WAIM轮廓,(b)应变率大小W-PAIM轮廓,(c)应变率概要文件在位置我,(d)应变率概要文件在位置2,和(e)应变率配置文件在位置III(我表示0.04毫米的位置,二是0.05毫米,和III是0.06毫米)。gydF4y2Ba

 3.3。渗透行为的抛物曲线段gydF4y2Ba

弯曲段的抛射体的渗透行为观察,探讨了速度、压力,和应变率附近渗透并与WAIM的前面。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba显示附近的速度分布的对比渗透WAIM之间的弯曲段和W-PAIM前面。为方便调查,渗透接口overlay-displayed速度大小轮廓,如图gydF4y2Ba 9(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 9 (b)gydF4y2Ba。它可以看到两个过程的横截面速度场附近的渗透面前增加显著,前面的速度场附近的渗透方面的中心腔非常均匀。速度的定量比较位置4,位置5,和位置6,IV, V, VI,如图gydF4y2Ba 9 (c)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 9 (e)gydF4y2Ba,分别。左边的零位是外凸的曲线部分,右边是内凹的一面。gydF4y2Ba

附近的速度分布比较弯曲段的渗透在前面中间位置之间WAIM W-PAIM: (a)速度级WAIM轮廓,(b)速度级W-PAIM轮廓,(c)速度概要文件位置IV, V (d)速度概要文件位置,在第六的位置和速度(e)配置文件(IV, V和VI表示一开始,中间和结束段,弯曲的分别。负径向位置靠近外凸的曲线段,而积极的径向位置附近的内凹侧)。gydF4y2Ba

在弯曲段的起始位置,从图可以看出gydF4y2Ba 9 (c)gydF4y2BaWAIM的速度剖面和W-PAIM就像抛物线,略向右倾斜,这是内凹的弧形部分。表明渗透往往是接近内凹侧弯曲段的开始位置。WAIM的速度剖面相比,速度剖面W-PAIM有更广泛和更小的值附近的空腔的中心。速度在WAIM中心达到16 m / s, W-PAIM约12米/秒。gydF4y2Ba

当前位置的渗透方面,因为它可以看到从图gydF4y2Ba 9 (d)gydF4y2Ba弹丸速度接近外凸侧W-PAIM高于12.5 m / s,高于接近内凹,约为8.5 m / s。因此,相应的弹丸转。然而,WAIM仍略微倾斜的速度剖面内凹侧最大约13米/秒。的速度剖面WAIM VI,前面的位置渗透方面,类似于W-PAIM。都倾斜到左边,这是外凸的弯曲部分。从数据可以看出gydF4y2Ba 9(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 9 (b)gydF4y2Ba的速度轮廓弯曲段后的高价值WAIM和W-PAIM流程转移从外凸腔的中心,往往是对称的。gydF4y2Ba

压力WAIM和W-PAIM过程当普及率达到弯曲的中间部分也相比,如图gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba。渗透在附近的压力轮廓W-PAIM WAIM类似。gydF4y2Ba

比较的压力渗透在前面中间位置附近的轮廓曲线段之间WAIM W-PAIM: WAIM (a)和(b) W-PAIM。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba显示附近的应变率分布的对比渗透WAIM之间的弯曲段和W-PAIM前面。为了方便观察,应变速率级上的渗透接口overlay-displayed轮廓,如图gydF4y2Ba (11日)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba 11 (b)gydF4y2Ba。可以看出两个过程,渗透背后的最大应变率位于前面插入接口,而在渗透前定位附近的墙上。速度的定量比较三个第四的位置,V和VI数据所示gydF4y2Ba 11 (c)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 11 (e)gydF4y2Ba,分别。在第四的位置,应变率峰值附近的W-PAIM外凸边约5600 1 / s和位于0.0055毫米的半径,它大约是9500 1 / s附近内凹,位于0.0065毫米的半径。也就是说,外部的应变率高于在内部。然而,应变率峰值附近的WAIM外凸边约10000 1 / s和位于0.006毫米的半径,它大约是6000 1 / s附近内凹,位于0.0065毫米的半径。起始位置的弯曲部分,外面的应变率峰值约为4000 1 / s高于W-PAIM在里面,虽然它是WAIM相反。在位置V,当前位置的渗透方面,在WAIM应变率峰值和W-PAIM附近内凹侧靠近墙。应变率峰值附近的W-PAIM外凸边是靠近弹,而在WAIM制服。在第六的位置,应变率的W-PAIM WAIM的方法,峰值靠近墙。应变率峰值附近的W-PAIM外凸边约5500 1 / s,它大约是6700 1 / s内凹侧附近。应变率峰值附近的WAIM外凸边约7100 1 / s,它大约是5500 1 / s内凹侧附近。 In other words, at the end position of curved section, the strain rate peak on the outside is about 1000 1/s less than that on the inside in W-PAIM, while it is opposite in WAIM.

比较直接的速度渗透在前面中间位置附近的分布曲线段之间WAIM W-PAIM: (a)直WAIM率大小轮廓,(b)直W-PAIM率大小轮廓,(c)速度概要文件位置IV, V (d)连续利率概要文件在位置,和(e)直接配置文件位置VI (IV, V和VI表示一开始,中间和结束的弯曲段,分别。负径向位置靠近外凸的曲线段,而积极的径向位置附近的内凹侧)。gydF4y2Ba

 4所示。结论gydF4y2Ba

根据仿真结果的注水阶段W-PAIM管与直线和曲线段与WAIM管比较,可以得出以下结论:gydF4y2Ba

当弹丸的直径是12毫米,W-PAIM管的RWTs薄得多比WAIM管的案例研究。此外,在弯曲段,RWTs更薄的内凹边和厚外凸边。弹丸RWT有至关重要的影响。的弹丸穿透W-PAIM相对稳定的直线段和总是接近内凹的一面。此外,统一RWT接近尾声部分的空腔可以通过设计一个细长而不是笨重的溢出腔一个恒定的压力梯度。当弹丸的直径小于10毫米,有一定偏差的现象在弹丸通过融化和RWT波动很大。RWT的管道由W-PAIM过程随抛射体的直径的增加。gydF4y2Ba

在直段,速度概要WAIM和W-PAIM渗透背后的位置前面大约抛物线牛顿流体的压力流。RWT带的速度几乎是零。WAIM的速度剖面相比,W-PAIM有广泛的径向速度分布的范围更大的渗透部分和一个较小的值腔的中心块的刚性弹。在渗透前面的位置,速度剖面的W-PAIM显示等腰梯形的形状,这意味着熔体流动的外部的弹丸阻力流动。W-PAIM的速度剖面的位置在前面渗透方法WAIM的前面。都有一个典型的柱塞流的特点的假塑性流动熔体的非牛顿指数为0.3。gydF4y2Ba

弯曲段,WAIM的速度剖面和W-PAIM渗透前就像抛物线和背后的位置稍微偏向内凹的一面。表明渗透往往是接近内凹的一面。在渗透前面的位置,外凸侧的弹丸速度接近W-PAIM高于接近内凹侧,和弹体的实现。虽然WAIM仍略微倾斜的速度剖面内凹的一面。W-PAIM的速度剖面的位置在前面插入前面WAIM相似,两者都是偏向外凸边和更高的一边。弯曲后的速度轮廓直线段段WAIM和W-PAIM过程转移从外凸腔的中心,又往往是对称的。gydF4y2Ba

压力W-PAIM和WAIM直线和曲线段非常相似。抛射体的存在只会影响周围的压力场在一个很小的地区它的位置。gydF4y2Ba

W-PAIM和WAIM,渗透背后的应变率峰值位于前面插入接口,而前面的渗透前定位附近的墙上。渗透在直段,应变速率的峰值WAIM位于附近的墙上,而W-PAIM抛物外表面附近的定位。在弯曲段的渗透方面,内凹侧附近的应变率峰值WAIM和W-PAIM位于附近的墙上,虽然这附近的外凸在W-PAIM定位穿透界面附近。gydF4y2Ba

数据可用性gydF4y2Ba

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。gydF4y2Ba

 的利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba

 确认gydF4y2Ba

这项研究是由中国国家自然科学基金资助(国家自然科学基金委)(51563010和21664002号)的作者非常感激。这工作也由自然科学基金财务支持中国江西省(没有。20181 bab206014)作者的感激。gydF4y2Ba

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