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C-P-012 精密注射成型若干关键问题的研究 谢鹏程 杨卫民 丁玉梅 北京化工大学机电工程学院，北京 100029 关键词：精密注射成型，超高速，可视化，流动不平衡，超磁致伸缩材料 1．注射充模可视化实验平台的研制及应用 可视化技术因其能直观地反映成型过程而成为高分子材料加工成型过程研究 的主要手段。本文在总结和继承前人研究成果的基础上，改进传统装置中存在的 不足之处，研制了一套新型可视化实验装置。利用该可视化装置得到了不同注射 速度与熔体流动行为的关系，发现注射速度过大会造成熔体由浇口进入型腔出现 喷射现象；研究发现熔体受重力作用的影响，在对称型腔中首先充满下部型腔， 造成制品密度分布不均。利用可视化装置还得到注射成型过程中的一些典型成型 缺陷产生过程，包括：喷射与蛇形流动、缩痕、气泡等，同时提出了解决这些成 型缺陷的方法。可视化实验平台的建立为开展注射成型相关成型规律的研究提供 了设备保障。 2 ．利用可视化技术和 CAE 模拟技术直观而全面地揭示了一模多腔精密注射 成型中不平衡充填现象的产生机理 一模多腔是高效注塑成型中广泛采用的方法，但充模平衡问题始终未得到很 好的解决。本文以一模多腔中“H ”型几何平衡的流道系统为研究对象，通过对熔 体流变行为的理论分析，提出了“H ”型流道中由于熔体截面温度分布不均而造成 不平衡流动的熔体流动模型，指出剪切生热对于流道中熔体截面温度分布的影响 明显，不均衡的温度分布结果是造成不平衡充填的最终原因。低速注射情况下熔 体高温部分位于流道芯部位置，通过流道第一分岔口之后，高温熔体偏离流道中 心线靠近流道壁上部型腔位置分布，最终先充满上部型腔外侧部分；随着注射速 度的提高，剪切生热对熔体温度分布的影响显著，靠近流道壁面位置的熔体温度 不断升高，通过流道第一分岔口之后，高温熔体偏离流道中心线靠近流道壁下部 型腔位置分布，最终先充满下部型腔内侧部分。 以粘度不同的两种通用聚苯乙烯（GPPS ）作为研究对象，区分高速和低速两 种充填情况，得到了熔体充填过程的静态和动态可视化实验结果以及熔体温度变 化的测量结果。静态可视化结构中发现，温度较高的熔体在流道中出现偏向一侧 的现象。动态可视化结果表明熔体流动前锋在进入型腔之前存在着明显差别。温 度测量结果表明，模具上下型腔的熔体温差值随注射速度的提高而不断增大，粘 度大材料其剪切生热效果更为明显。可视化实验结果与温度测量结果一起直观而 全面揭示了充填不平衡现象的产生机理。现行的CAE软件不能很好的模拟不平衡 充填现象，可视化研究结果可为完善注射成型模拟技术提供了依据。根据不平衡 充填过程产生机理，通过选择适当的成型工艺条件，提出的一种不修改模具流道 结构的“两步注射法”可得到明显改善的流动平衡结果。“H”型流道系统中熔融树 脂流动充填规律的研究结果将为高效精密注射成型模具及工艺的优化设计提供指 南。 3 ．提出一种基于超磁致伸缩材料的超高速注射成型新方法 为解决现行注射成型中通过控制螺杆（柱塞）运动推动熔体实现超高速注射成 型的方法（末端控制）存在一些自身难以克服的原理缺陷：螺杆作为执行元件的 高应答性和控制精度上的局限，本文利用超磁致伸缩材料的频响高、输出力和输 出位移大的特点，从原理上改变提出一种在注射螺杆前端控制实现超高速注塑成 型的新方法（前端控制）。实现超高速注射的新方法的原理在于：通过在注射螺杆 前端设置一个具有高响应速度、可灵敏控制的喷嘴，在注射之前关闭喷嘴，螺杆 前进高度压缩熔体储存能量，压力达到设定值（100-200Mpa）时，配合蓄能器的 支持通过控制喷嘴开关状态和开启量来释放熔体实现超高速注射。本研究中引入 新型功能材料-稀土超磁致伸缩材料来制作具有高响应速度、可灵敏控制的电磁阀， 用于控制喷嘴的开关状态和开启量大小。 4 ．前端控制式超高速注射成型关键部件的研制及相关实验研究 本文系统地阐述了可控喷嘴用超磁致伸缩微位移驱动器的设计理论和方法，通 过理论分析计算优化了驱动器内驱动线圈和控制电路的设计。为解决超磁致伸缩 材料输出位移小的不足，独创性地设计了一种基于杠杆原理将多级杠杆叠加的位 移传递和放大机构，制造了超磁致伸缩位移驱动器实验样机，其工作性能可满足 工作要求。 分别采用 LDPE 、ABS 两种不同材料，对前端控制式超高速注射成型中喷嘴开 启量、注射压力、注射速度之间的关系进行研究