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LDPE双腔微管模具优化设计及实验验证
| 论文题名： | LDPE双腔微管模具优化设计及实验验证 |
| 关键词： | 双腔微管;模具结构;优化设计;数值模拟 |
| 摘要： | 随着市场需求的不断发展，双腔微管的应用越来越广泛。目前常规采用的经验设计试模无法高效地获得精密度较高的制品，如何设计合理的模具结构来获得高精度双腔微管是目前国内精密微管发展面临的主要问题，也是国内外双腔微管存在差距的主要原因。因此，双腔微管模具设计研究具有非常重要的理论和实用价值。 本文在简要回顾聚合物挤出胀大理论、挤出成型模具、挤出成型数值模拟以及聚合物流动基本方程的基础上，系统阐述了基于流动平衡及基于挤出物变形预补偿两种模具设计方法的相关研究进展，进而提出了本论文工作的基本思路。 首先进行了LDPE单腔微管模具设计及数值模拟研究。根据LDPE材料特性及管材特征尺寸，结合常规微管模具设计方法，确定了LDPE单腔微管模具结构。进行LDPE材料流变学性能测试，拟合得到Power-law模型的特征参数。对所设计结构进行挤出流动数值模拟，结果表明在入口流量为3.985×107mm3/s时，模具出口处压力为4.283×105Pa，中心流线速度为2.16m/s，边界剪切速率较小为727s-1，挤出胀大比为1.18。 其次，进行LDPE双腔微管模具数值模拟优化研究。进行双腔微管挤出流动数值模拟正向求解，发现模具定型段速度重排程度较高，挤出物变形严重，且出口处速度分布不均，流动平衡性差；局部剪切速率高，不利于挤出成型，制品表面质量差；在挤出胀大效应与注气变形的共同影响下，挤出物变形程度大，形状不规则。进行模拟逆向求解，根据逆向求解结果对双腔微管定型段截面形状进行优化设计，得到优化后模具结构。分析熔体模内流动行为发现，优化后定型段速度重排程度下降，挤出物变形减小，模具出口压力降减小；出口截面速度梯度减小，各子区域平均速度接近，流动平衡性大幅度提高。 最后，进行微管挤出成型工艺探究及模具设计验证。进行单腔微管挤出成型试验，结果表明单腔微管外径及随挤出速度的增大而增大；随牵引速度的增大而减小；随模具温度的升高无明显变化。进行双腔微管挤出成型实验，结果表明适宜双腔微管成型的最佳注气流量为8mm3/s；测定不同成型速度及模具温度下双腔微管外径椭圆度及偏差值，发现模具温度为170℃，挤出速度为6.0R/min，牵引速度为8.2m/min时，双腔微管尺寸精密度最高。对双腔微管模具设计进行实验验证，证明经数值模拟逆向求解方法优化后模具成型出的双腔微管截面形状更加接近产品设计图且尺寸精密度更高。 |
| 作者： | 方坤 |
| 专业： | 化学 |
| 导师： | 戴文利 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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