充填过程结束时,塑料熔体已基本充满型腔。但是,由于塑料从熔融态变为固态时的体积收缩很大,还需要在喷嘴处保持一定的压力进行补料以弥补由于温度、压力等场量变化所引起的体积收缩,这个过程称为保压过程。在保压阶段,由于型腔已基本充满,熔体的流动主要是为了补偿因温度降低而引起的熔体收缩。保压阶段对于提高制品的密度、减少收缩和克服制品表面缺陷具有重要作用。因此,在充填分析的基础上,有必要建立注塑过程的保压分析模型,以预测保压过程中型腔内压力场、温度场以及密度场的分布。在充填阶段,熔体在压力的驱动下逐渐充满模具型腔。在这一过程中,熔体的密度变化不大,可将其视为不可压缩的流体。与充填阶段不同,保压过程中熔体密度的变化较大,熔体的可压缩性不可忽视。因此,保压过程的数值模拟涉及可压缩流动问题[277,278]。
Chung[279]利用Spencer-Gilmore状态方程建立了牛顿流体等温保压过程的数学模型。Chiang和Hieber等[280,281]基于广义Hele-Shaw流动假设,建立了非牛顿流体在薄壁型腔内非等温充填保压过程的统一模型。Tanguy和Grygiel[282]提出了可轻度压缩的二维有限元模型。Chen和Liu[283]针对保压冷却分析提出了一个两相模型,采用Cross型黏度模型描述非等温条件下的熔体黏度变化,基于单域Spencer-Gilmore状态方程或双域Tait状态方程来描述熔体的可压缩性,并考虑了保压过程中相变潜热对熔体温度场的影响。Han等[284]基于广义Hele-Shaw模型建立了塑料熔体的可压缩流动模型,采用双域Tait方程来描述熔体密度随压力和温度的变化,考虑了相变潜热对凝固层以及熔体温度场的影响。Zhou等[285]基于双面流技术建立了保压过程的表面流分析模型,从而避免了中面流技术中抽取模型中面的难题。Tutar等[286]考虑了相变、密度和黏度变化对熔体流动的影响,采用任意网格可压缩界面捕捉方法(Compressive Interface Capturing Scheme for Arbitrary Meshes,简称CICSAM)追踪熔体的流动前沿,建立了注塑过程中的三维可压缩流动分析模型。(www.daowen.com)
同充填分析一样,在快速热循环注塑保压过程中,模具温度也是瞬态变化的,有必要同时进行熔体的保压流动模拟以及模具内的传热分析。山东大学刘继涛[274]建立了耦合模具传热的快速热循环注塑保压分析模型,实现了蒸汽加热和电加热式快速热循环注塑保压过程的数值模拟,研究获得了保压过程中熔体流场、温度场以及模具温度场的分布规律。
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