薄壁注塑成型模擬技術(shù)的關(guān)鍵問題及發(fā)展方向

常規(guī)注塑的填充過程和冷卻過程是交織在一起的，當(dāng)聚合物熔體流動(dòng)時(shí)，熔體前沿遇到相對(duì)溫度較低的型芯表面或型腔壁，就會(huì)在其表面形成一層冷凝層，熔體在冷凝層內(nèi)繼續(xù)向前流動(dòng)，冷凝層厚度對(duì)聚合物的流動(dòng)有著顯著地影響。因?yàn)槌Ｒ?guī)注塑成型時(shí)塑件的厚度較厚，所以此時(shí)冷凝層對(duì)注塑的影響還不是很大。但在薄壁注塑成型中，由于冷凝層的厚度與塑件厚度之比隨著塑件厚度的變薄逐漸增加，所以此時(shí)這個(gè)影響就很大，特別是二者的尺寸可以相互比較時(shí)。研究表明當(dāng)塑件的厚度減小時(shí)，冷凝層對(duì)流動(dòng)的影響將會(huì)以指數(shù)形式增加，這也更說(shuō)明了冷凝層在薄壁注塑成型中的影響之大，所以需要對(duì)薄壁注塑成型中的冷凝層的性質(zhì)進(jìn)行更深入、更全面的研究。因此有關(guān)薄壁注塑成型的數(shù)值模擬還需在以下幾方面做很多工作。

（1）深入全面研究薄壁注塑成型理論，尤其是冷凝層的性質(zhì)，以便提出更加合理的假設(shè)條件和邊界條件。由上述分析可知，在薄壁注塑成型過程中，其很多條件和常規(guī)注塑成型有很大不同。模擬時(shí)，熔體流動(dòng)數(shù)學(xué)模型的許多假設(shè)和邊界條件在薄壁注塑成型中需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（2）確定在薄壁注塑成型中增加的因素，并正確地考慮這些因素。一些在常規(guī)注塑中可以忽略的因素，往往會(huì)對(duì)薄壁成型熔體流動(dòng)產(chǎn)生較大的影響。比如，在薄壁注塑中粘度對(duì)壓力有明顯的依賴性，而在常規(guī)注塑成型中卻沒有；熔接線強(qiáng)度對(duì)塑件性能影響很大，尤其是薄壁塑件，熔接線強(qiáng)度與溫度和壓力有關(guān)，但常規(guī)數(shù)值模擬時(shí)沒有考慮壓力的影響；材料的比熱、傳熱系數(shù)和壓力損失等?，F(xiàn)有的商品化數(shù)值模擬軟件由于忽略了這些影響因素，因而在預(yù)測(cè)薄壁注塑成型填充時(shí)會(huì)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。

（3）應(yīng)用真正的三維數(shù)值模擬?，F(xiàn)有商品化的數(shù)值模擬軟件都是使用二維、二維半要素代表三維幾何圖形的簡(jiǎn)化模型，沒有考慮物理量在厚度方向上的變化。三維流動(dòng)區(qū)域即拐角處流動(dòng)、厚度變化區(qū)域、熔體前端噴泉效應(yīng)在現(xiàn)有的數(shù)值模擬軟件中還不能表示，而它們?cè)诒”谧⑺艹尚椭衅鹬匾饔谩?

（4）注塑成型全過程模擬。目前的模擬軟件主要包括填充、流動(dòng)、保壓、冷卻、和翹曲分析等模塊，各模塊的開發(fā)是基于各自獨(dú)立的數(shù)學(xué)模型，忽略了相互之間的影響。但是，從注塑成型工藝過程來(lái)看，塑料熔體的充模流動(dòng)、保壓和冷卻等是交織在一起并相互影響的，這在薄壁注塑成型中尤為明顯。因此，充模流動(dòng)、保壓與冷卻分析和翹曲模塊必須有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行耦合分析，才能綜合反映實(shí)際的注塑成型。