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原文传递汽车橡胶密封条挤出成型过程的计算机模拟研究

论文题名：	汽车橡胶密封条挤出成型过程的计算机模拟研究
关键词：	汽车密封条;橡胶材料;挤出成型;口模设计
摘要：	汽车橡胶密封条由EPDM橡胶复合材料通过挤出加工成型。由于橡胶材料的挤出胀大特性，挤出体与挤出口型形状不一致，所以挤出口模设计需要根据所需产品断面修正。目前在生产中口模的设计主要是通过“试差法”不断调试修正来完成，效率低、成本高。如果能够通过计算机模拟橡胶挤出流动状态、预测挤出产品形状并优化设计口模结构，则可以大量节约产品调试成本和时间，这将对汽车橡胶密封件产业的发展具有重要意义。当前在橡胶产品挤出加工计算机模拟领域，公开发表的文献不多，而且多局限于简单形状产品流动状态的局部分析。即使在我公司所接触的世界知名汽车密封条企业，利用计算机模拟方法设计挤出口模也是一大难点，还未完全应用于生产中，出于保密原因，更是没有相关公开文献发表。本文结合企业需求，对汽车橡胶密封条挤出成型过程的计算机模拟进行了研究。应用POLYFLOW软件对EPDM橡胶密封条的挤出成型及口模设计进行分析，建立从材料流变性能测试、流变模型选择到挤出过程模拟分析和口型流道设计的方法，通过实际挤出验证，指导生产中口模设计与工艺优化。主要研究内容如下： ⑴采用RH7-2双筒毛细管流变仪和Gemini200平板旋转流变仪测试研究了EPDM混炼胶的流变性能。实验表明，在小振幅的动态剪切流场下，EPDM材料的储能模量远大于其损耗模量，说明材料以弹性响应为主，表现为类固体行为。在稳态流动条件下，材料弹性很弱，可以忽略。采用Bird-Carreau粘性模型可很好拟合EPDM60橡胶熔体的稳态剪切流场中得到的流变曲线。 ⑵通过不同结构橡胶密封条的挤出模拟详细地分析了壁面滑移、牵引速度、流量对挤出状态的影响。分析结果表明：壁面滑移对挤出状态影响很大，口模内壁表面越光洁，就越容易发生壁面滑移；牵引速度越大，挤出断面越小；流量越大，挤出断面越大。若要挤出得到相同大小的断面，流量和牵引速度的调整符合正比的线性关系，这点对实际生产调试具有重要指导意义。虽然PTT粘弹性模型比Bird-Carreau纯粘性模型更符合实际，但弹性引起的变化所占比例较小，所以在实际应用中，针对复杂的计算模型，由于计算方法、软硬件、时间与成本的限制，采用粘性模型更有实际意义。 ⑶结合流量平衡原理及正向模拟分析，提出了一套可以定量计算口模流道大小、形状及深度的设计方法。根据速度重分布原则，结合正向模拟和逆向模拟，提出了一套可以定量计算挤出口模口型形状和大小的设计方法。上述设计方法在实际操作中应用都很方便。此外，通过分析，发现变截面流道结构比单一截面流道结构好，挤出口模的压力小、能耗少。 ⑷将上述模拟方法用于解决企业的实际问题，取得了重要成果。如在小机头优化设计过程中，得到了速度、压力和流量更为平衡的流道结构；在解决机头焦烧问题过程中，找到了焦烧产生的位置和原因，提出了新的套筒结构；运用逆向设计方法设计的某头道密封条口模成功用于生产中；又如通过流量平衡准则，重新设计了一种新式结构的挤出机头，解决了机头焦烧、压力大、温度分布不均、挤出效率不高等问题，并应用在申雅公司的六号生产线上。
作者：	戴元坎
专业：	材料学
导师：	周持兴;俞炜
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文