外文翻譯--熱塑性塑料注射模中焊縫形成的流體分析-13頁(yè)[英文為PDF]【中英文文獻(xiàn)譯文】,英文為PDF,中英文文獻(xiàn)譯文,外文,翻譯,塑性,塑料,注射,焊縫,形成,構(gòu)成,流體,分析,13,英文,pdf,中英文,文獻(xiàn),譯文 中南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 附錄二 相關(guān)英文資料翻譯 熱塑性塑料注射模中焊縫形成的流體分析 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// T. Nguyen-Chung 開(kāi)姆尼斯科技大學(xué), 09107 開(kāi)姆尼斯,德國(guó) 電子郵件:tham.nguyen.chung@mb.tu-chemnitz.de //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 摘要：模擬鑄型型腔的填充，可以研究流體正面沖突時(shí)焊縫的形成。用熱流變學(xué)結(jié)論來(lái)研究焊縫缺陷形成原因。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，相互擴(kuò)散不足的臨界面和不恰當(dāng)?shù)姆肿尤∠虬l(fā)生在已完成部分表面附近。焊縫缺陷的主要成因是由于V形槽口的存在。槽口是填充結(jié)束時(shí)高分子取向造成極大壓縮，造成與之相關(guān)的表面接觸不良。經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，與全局工藝過(guò)程條件相比，焊縫對(duì)局部流動(dòng)狀況更為敏感。熔化溫度和注模溫度被認(rèn)為是影響焊縫強(qiáng)度的最大的兩個(gè)因素。 關(guān)鍵詞：聚合體 注塑模 熱塑性塑料 焊縫 模擬 緒論：在鑄型填充的過(guò)程中，兩股單獨(dú)的熔化流重新結(jié)合而形成焊縫。這是由于通過(guò)多重閥門(mén)的注射流或者由于障礙周?chē)牧黧w影響而產(chǎn)生的。這兩種主要的焊縫通常有很大的區(qū)別。低溫或淤塞型焊縫是由不包括額外流程的兩片熔化區(qū)域正面沖擊后產(chǎn)生的。高溫或流動(dòng)型焊縫于兩股熔流橫向相融后繼續(xù)流動(dòng)的過(guò)程中。由于焊縫經(jīng)常導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度的下降和（或）注模部分劣質(zhì)的光學(xué)表面的出現(xiàn)。現(xiàn)在有許多的調(diào)查研究旨在找出鑄造過(guò)程條件對(duì)焊縫的影響：首先，Malguarnera和Manisal（1981）測(cè)量了幾種類(lèi)型聚合物的焊縫強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)熔化溫度和鑄模溫度對(duì)焊縫強(qiáng)度有驚人的影響。Criens和Mosle （1983）用一個(gè)有孔的機(jī)械制盤(pán)研究了鑄摸設(shè)計(jì)和處理參量的影響。他們發(fā)現(xiàn)溫度影響因聚合體不同而有所改變。Kim和Suh（1986年）證明不斷上升的溫度可導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度的退化。同時(shí)他們也研究注射壓力，注射速度，持續(xù)時(shí)間和持續(xù)壓力，但這些因素影響并不大。最近，Liu et al.(2000)依據(jù)Taguch的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，再次顯示熔化溫度和鑄造溫度是影響鑄造熱塑性塑料中焊縫的主要因素。同時(shí)也應(yīng)該注意到焊縫的敏感度不僅取決于材料屬性和處理?xiàng)l件，同時(shí)也與應(yīng)用的測(cè)驗(yàn)方法有關(guān)。 盡管在文獻(xiàn)材料上，焊縫的機(jī)械缺陷可以通過(guò)以下內(nèi)容來(lái)說(shuō)明：（1）聚合分子漫射不足（2）接口處不適宜分子定向（3）鑄模注射部分V形槽口的形成。而這些因素相互關(guān)系卻知之甚少。Kim和Suh（1986年）分別分析了第一和第二因素，并綜合預(yù)測(cè)了焊縫強(qiáng)度。在他們對(duì)漫射過(guò)程的研究方法中，忽略了穿越厚度部分的溫度梯度。并弄清楚了V形槽口的結(jié)構(gòu)及它對(duì)注射鑄模聚苯乙烯強(qiáng)度的影響。他們測(cè)量表面被磨的狗骨頭實(shí)驗(yàn)樣品的張力強(qiáng)度。結(jié)果表明：V形槽口是由于表面附近接觸不良引起的，而非表面上細(xì)微壁槽。同樣也應(yīng)注意到V形槽口也可歸結(jié)于冷卻期間在接口和流體正面間體積收縮的空氣。到目前為止，焊縫模型實(shí)驗(yàn)主要集中在預(yù)測(cè)焊縫位置和研究熱流變力學(xué)對(duì)已測(cè)焊縫的影響，決大部分的模擬都只是基于壓力下降公式，而不能給出流體的前沿信息。關(guān)于整個(gè)流體研究的歷史至今也只有為數(shù)不多的文獻(xiàn)是關(guān)于焊縫形成的。Wei et al，假設(shè)這種運(yùn)動(dòng)是接近與類(lèi)似Carreau的稀釋流體，計(jì)算出這種壓力是由一種黏彈性熔化物在流過(guò)障礙物時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的。這種計(jì)算表明這種高度方形的焊接口圍繞是順流的定向分子值。這是用熱力變力學(xué)觀察方法得到證實(shí)了的。Mavidis et al(1981年)依據(jù)牛頓流體理論，模擬了流體撞擊情況，指出處于“停滯”聚合體方向主要由相撞前的流體決定。最近，Nguyen-Chung et.al(1998年)研究了障礙物后的流體的機(jī)械性，弄清了熔化體的熱流時(shí)間對(duì)焊縫的影響。本篇論文旨在說(shuō)明兩流體正面撞擊形成焊縫等溫的模擬。用這種方法，依據(jù)流體歷史和熱流變學(xué)有關(guān)的焊縫缺陷及相互關(guān)系，整體上有助于我們對(duì)焊縫形成有一個(gè)更好的理解。 模擬仿真：模擬實(shí)驗(yàn)是用粘滯流體從兩端充滿矩形母模來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1。為考慮對(duì)稱性，空洞容器的1/4制成二維幾何體形，忽略重力和表面壓力，即假定自由表面是平的。流體處于靜止?fàn)顟B(tài)。質(zhì)量，沖量和能量守恒在一個(gè)不可壓縮的流體中可表示如下： （1） （2） （3） 此處t，υ，T，p，τ，γ，ρ，cp ，λ表示時(shí)間，速度向量，溫度，流水靜力壓，偏壓力張量，張量變形率，密度，比和熱傳導(dǎo)性。 作為廣義牛頓流體理論中的基本量，張量密度彈性率可用于： （4） 考慮到Bird-Carreau模式中的粘滯率，有 （5） Arrhenius模式中溫度作為一個(gè)相關(guān)溫度T0 （6） 圖1：矩形母模填充模擬中，原態(tài)（頂部）和邊界條件（底部） 表一： 參數(shù) 值 融化溫度TF 503 °K 鑄溫TW 333 °K 進(jìn)口速度V0 0.1m/s 下面的限制條件完善了問(wèn)題的結(jié)論：在入口處，熔液速率和溫暖度是恒定的。矩形壁上滑度為零且鑄模溫度恒定（表格1）。在對(duì)稱線上，采用相應(yīng)的條件在液面上，牽引力為零且穿過(guò)液面熱量忽略不計(jì)。 運(yùn)用FIDAP編碼（Flent 1998年），Galerkin有限元方法可以解釋連貫性，動(dòng)力，能量守恒，而這些是被標(biāo)準(zhǔn)程序所離散的，即用一種固定公式，在這公式中，壓力內(nèi)插在比速率和溫度更弱的次序。這些自由表面可用VOF方法跟蹤固定網(wǎng)孔。（Hirt and Hichols 1981年）。另外一個(gè)方程式可以用這個(gè)控制流動(dòng)的方程式解釋。 （7） 由此，F(xiàn)是確定物質(zhì)密度的函數(shù)。在流體領(lǐng)域的加載部位F有單一值，流體外面為0。在自由表面本身這個(gè)函數(shù)值介于0和1之間。聚苯乙烯165H（由BASF提供，德國(guó)路德維希港）作為原料被使用，熱變流物性和粘性模型系數(shù)如表格2所示： 表2，聚苯乙烯的物性： 物性 值 熔點(diǎn) 503 °K 熱量 1968 J/kgK 導(dǎo)熱性系數(shù) 0.14 W/mK 零切口速率 3760 Pas 時(shí)間常量 0.15 s 能量定律系數(shù) 0.23 圖2：流體正面情況 如圖2所示，不同時(shí)候的流體正面情況表明焊縫是產(chǎn)生在與壁相連的空穴中，而這種結(jié)果與料想的相同。在圖3中，可以觀察到特殊物質(zhì)所決定的軌跡處于流體的正面。最初的流動(dòng)面和焊縫位置之間的距離足夠大以至流體正面在焊縫形成之前已充分形成和發(fā)展?？梢?jiàn)，焊縫是由來(lái)自空穴中央的物質(zhì)成分構(gòu)成的。在空穴中央，這些物質(zhì)最初沒(méi)有形成大的變形。只有在平流變成流體面的過(guò)程中，變形才產(chǎn)生，然而那時(shí)一個(gè)特例?？偟膩?lái)說(shuō)，焊縫變形主要?dú)w因于局部流體的狀態(tài)。 圖3：特殊物質(zhì)所決定的軌跡處于流體的正面 在接口處，物質(zhì)成分改變了流向，同時(shí)朝著厚度方向移動(dòng)。此時(shí)，內(nèi)部彌漫產(chǎn)生。在凸模中，凝固溫度以上的接觸時(shí)間比外部區(qū)域時(shí)間要長(zhǎng)，以致更長(zhǎng)的內(nèi)部彌散可以發(fā)生。相比之下，在靠近壁的流體層上接觸時(shí)間很短。因?yàn)槲镔|(zhì)成分一到壁面就被凝固而沒(méi)有與其配對(duì)物接觸的機(jī)會(huì)。這些由于焊接不良導(dǎo)致的結(jié)果是Tomari et al 于1990年發(fā)現(xiàn)的。 圖4：圓形體積元素的毀壞 人們通常用跟蹤很多物質(zhì)（均被置于同一直線）的方法來(lái)研究分子取向(Coyle et al. 1987)。然而，這種方法并不能區(qū)分取決于觀察時(shí)間的絕對(duì)變形和作為分子取向測(cè)量手段的相對(duì)變形。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，要跟蹤幾組物質(zhì)要素，每組形成一個(gè)環(huán)流并最初位于平流前面，如圖4。通過(guò)比較不同時(shí)候的環(huán)流的變形和熔體的相對(duì)變形，可以看到因分子取向而形成流體變化的發(fā)展。這又一次表明焊縫的方向性是沿著接口處的局部變形，而不是流體前部的整體變形。以前，Mavridis et al(1988年)也認(rèn)識(shí)到在流體前端表面有極為明顯的張力變形。而這種變形會(huì)導(dǎo)致對(duì)壁的流體垂直。作者們也依此類(lèi)推出撞擊流至平面停滯流（即被成為“流體”）。然而，在同一文獻(xiàn)中，Mavridis et al(1988年)比較了流體前頭物質(zhì)束的張力和焊縫中的張力，并且認(rèn)識(shí)到這是大的流體而導(dǎo)致了擊流。而這很大程度上形成了焊縫注射模部分的方向異性。這個(gè)假定是不正確的。由于不同跟蹤時(shí)間是相對(duì)性的，也即物質(zhì)要求相對(duì)流中被跟蹤的時(shí)間要長(zhǎng)。事實(shí)表明，如圖4中表明的，在鑄壁中高度變形產(chǎn)生了明顯偏離焊縫的分子取向。當(dāng)這兩股流相遇時(shí)，沿著焊縫的張力被認(rèn)為是引起沿壁分子垂直取向的主要原因。而且，最大的張伸率發(fā)生在靠近母模表面的地方，就在型腔被完全填滿前，如圖5；在凸模上張伸率一直都處于較低的水平，象一個(gè)穩(wěn)定的平面張伸流體。 圖5 型腔充滿前最大張伸率沿焊縫方向 朝向壁面形成的不斷增加的張伸率是由于不斷增加的速率，這是由于當(dāng)初均量流速恒定時(shí)，小的有效空穴仍是最后被填充的部分，如圖6。由于局部的流體狀態(tài)，在空穴表面附件可形成高度垂直面的分子取向，而這空穴表面因此成為了焊縫區(qū)最敏感部位 圖6小的有效空穴仍是最后被填充的部分 ………… 結(jié)論：關(guān)于焊縫缺陷的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)被模擬結(jié)果證實(shí)?？梢?jiàn)，焊縫接口的臨界面存在于表面附近的完成部分。焊縫缺陷來(lái)源似乎是由于V形槽口的存在。首先，這是接觸不良的結(jié)果，因?yàn)闆](méi)有足夠的時(shí)間使聚合體憤怒子擴(kuò)散。其次，高分子定向在槽壁周?chē)a(chǎn)生極大收縮，大部分在焊縫處排列成線。這也是產(chǎn)生V形槽口的另一個(gè)因素。總之，焊縫缺陷的產(chǎn)生，與整體條件相比，對(duì)局部條件更為敏感。因此，正如所預(yù)料的，熔化和鑄造溫度可視為影響焊縫強(qiáng)度的兩個(gè)重要因素。而且，象局部加熱諸如“推—拉”的插切口的機(jī)械技術(shù)，這兩種可能性也直接影響局部狀況，而這對(duì)焊縫強(qiáng)度的增加是有效的。 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 致謝： 研究過(guò)程中得到DFG(Deutsche Forschungsgemeinschaft)的大力經(jīng)濟(jì)援助，作者對(duì)此深表感謝。 //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 參考文獻(xiàn) Bird RB, Armstrong RC, Hassager O (1977) Dynamics of polymeric liquids,vol 1. 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