工型材气辅挤出成型数值模拟研究

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1、g女自．#I《#≮镕#女日$＆*#m*R工型材气辅挤出成型数值模拟研究马文琦孙红镱李萍摘要mI型口《∞Ⅷ，月基f有m￡*日计算‰‰镕自女擘(CFD)#件POLYFLOW*Ⅲ对iⅢ材∞*‰挤m十气#持女t#进日7敷*模¨，“完女滑磅∞4界夺#R替气垫M§∞作目，目￡7传‰挤女#≈辅挤＆"口#^外∞《t*、剪切速率#Ⅱ女*分布，通t对E》析T挤＆胀^现季自口#Ⅱ∞。#}袁q，气#挤女n《十泉自*镕#各^的速度pⅡ力迪f一#，№有*残十挤女t《十∞许＆№±，有“十#Ⅷ产；∞Ⅳ#$R十，提自产；精度。关键词气辅挤女挤m成型POLYⅡ0W数值模拟i型口模材料是工

2、业发展的基础．是现代社会经济的先导。高分子材料是材料领域之中的后起之秀，它的出现，带来材料领域的重大变革，其中40％以上的塑料制品是用挤出法加工成型的“。它具有生产连续化、生产效率高，应用范匍广等特点，用这种方法生产的制品广泛应用于农业、建筑业、石油化工、机械制造、医疗器械、汽车、电子、航空航天等领域，与人们的El常生活密切相关。研究表明，气辅挤出成型技术能够在保证制品质量的前提下，太大提高挤出速度，近而提高生产效率、缩短成型周期。此外，气辅挤出成型可以降低挤出压力30％-40％，挤出胀大率南10％一28％降到1％以下，明显节省能耗，基本消除离模膨胀，

3、提高制品精度，减少材料浪费。笔者对三维结构的工型截面制品的传统口模和气辅口模挤出进行了数值模拟研究。1几何模型的建立口模尺寸如图I所示。口模截面尺寸的长宽均为10mm．厚度为2mm。熔体从A—A面进^口模，A—B为无气辅段，长度为20mm。B—B为气体人口位置，B—c段为气辅段，长度为15mm。c—c为熔体出13，c—D为自由表面部分，长度为30mm。在传统挤出中，A—c为传统挤出13模殷”1。其三维结构示意图见图2。日1I女口摸平Ⅲ目目2I目日模=镕％掏i意目2材辩和工艺参数的选择聚合物熔体选择高密度聚乙烯(HDPE)，材料密度P=950k昏／m3，

4、^El流量Q=500岫3／s，零剪切粘度’7=12kPa·s，松弛时间^=O2s，非牛顿指数tl=04。3边界条件的设定⋯(1)口模人口边界条件口模入13处选取流量^口，人口速度为充分发展流，体积流量口=500111I口3／s。(2)无气辅段口模内壁上无气辅口模段为无滑移壁面，法向速度和切向速度均为零。即：y。=0，n=0(3)有气辅段El模内壁上在气辅段时．口模内壁和熔体之问形成气垫膜层，熔体和口模内壁产生完全滑移。边界条件为祛向速度和切向力均为零。即：P。=0，Z=0(4)自由表面法向速度、法向力和切向力为零。即：h=O，五=o，正=o(5)自由表

5、面末端法向力和切向力均为零。即：^=0，上=04模拟结果囊分析41速度场分析图3为传统挤出口模内外速度矢量图，从图3可以看出，在传统挤出中．工型材口模内水平部分的速度分布是沿z轴正向分布的抛物线，熔体速度的最大值出现在中间，两边的速度最小，而工型材竖直部分的速度最大值出现在上、下两端，中间处的速度最小。不过熔体在离开口模后速度逐渐趋于一致。鞘乒201D{十目Iim#￡☆#H拉}**§E￡●ifE蚕I三。目～传**mW#Ⅲ±k∞#$熔体在口模内速度保持不变直至出口趾产生垂直挤出方向上的速度。图4为工型口模对称面上的K分布图，由图4可知，水平部分和竖直部分

6、的相交截面处速度最大，壁面上的熔体速度为零，离开口模后，速度趋于一致。图5为气辅挤出时速度矢量图。由腰5可知，无气辅段内的速度分布和^口处的分布保持一致．直到气体进入时，速度发生变化，当气体进^一段时间后，在气辅段内的速度逐渐相同，在口模出口处巳经达到一致，说明熔体按柱塞状挤出。在气体人口处．在*、y方向产生速度变化，其中*方向上的速度变化较大，气体进^一段时间后．x,y方向上的速度逐渐趋于零。图6为气辅挤出时对称面上的分布图。由图6可知，在无气辅段，速度分布保持不变．壁面上熔体速度为零，与传统挤出口模内分布相类似。在有气辅段，气体入口处，速度发生了明

7、显的变化，但是在气体进人一段后，速度莲渐趋于一致，速度梯度就逐渐消失了。F：=k图7为传统挤出时口模不同截面上速度M的分布。由图7可知，在口模内部=方向速度的分布基车保持不变，和熔体人口时速度分布基本相同，速度最大值出现在竖直部分和水平部分的两截面的相室处．壁面上的速度为零，在熔体离开口模后壁面处的速度才增加．两截面相交处的速度有所硪小，速度最终趋于一致。薹}}重d1．_·口#I^121“=0)lb'-13模t殷0=10)c一Ⅱ摸m口n(z=∞)；d---II攥出口后扛-∞)日7传＆镕mf同蕾Ⅲn葺鏖‰分布u．u．J’⋯I⋯0J，’j目，㈣目9传槐挤m

8、中攮面t{霸点镕并出方向∞k遗庄分布由图8可知，进^口模时．水平部分和竖直部分相交处速度最大，