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基于数值模拟气辅注射成型穿透行为及发泡研究

作　者: 蒋志辉
导　师: 李倩；申长雨
学　校: 郑州大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 气体辅助注射成型 Taguchi技术 BP神经网络气体穿透行为气泡形成
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文基于数值模拟技术对气体辅助注射成型（GAIM）制品穿透行为影响因素进行了较系统和深入的研究。研究了材料及工艺条件对GAIM制品穿透行为的影响;采用Taguchi方法与BP神经网络相结合手段对GAIM制品穿透行为工艺影响因素进行全面优化,得出所选工艺范围内质量最佳的工艺参数组合;以不同截面形状和尺寸的气道全面考察了气道构型对GAIM制品气体薄壁穿透的影响;通过改变制品结构研究了气体薄壁穿透与高聚物熔体流动平衡的关系;最后通过实验研究了GAIM工艺参数对气道内壁发泡影响规律。论文主要研究结果如下:1、选用三种典型高聚物材料（ABS、HDPE、PP）在不同GAIM工艺条件下,分别研究了熔体预注射量、熔体温度、模具温度、延迟时间、气体注射时间和气体压力对GAIM气体穿透行为影响规律,表明在相同工艺条件下不同高聚物材料对气体穿透行为影响不同,ABS材料更容易产生“吹穿”和“短射”现象,而PP和HDPE材料产生“薄壁气指”程度相比更严重。三种典型高聚物材料随工艺条件变化对气体穿透影响趋势基本一致,提高熔体预注射量、延长延迟时间、缩短气体注射时间、减小气体注射压力、降低熔体温度和模具温度均能减小“薄壁气指”发生程度。2、基于Taguchi技术和BP神经网络结合运用,GAIM气体薄壁穿透影响工艺参数综合优化结果表明:Taguchi方法可以确定各实验工艺因素对GAIM气体穿透质量显著性程度,并获取最佳的水平组合,但不具有广泛性。采用Taguchi方法和BP神经网络相结合,可在实验因素值允许的范围内求取相对更合理准确的水平组合,达到GAIM制品质量控制目的。3、考察气道构型及制品结构对GAIM气体穿透的影响,结果表明:在熔体预注射量一定情况下,气道等效半径越大,“薄壁气指”程度越小,而发生“吹穿”和“短射”现象可能性越大;相同工艺条件下,气道形状因子越大,“薄壁气指”程度越严重;平板类制品气道两侧厚度和宽度的变化与气道两侧熔体压力梯度变化有一定关系,壁厚和宽度相差越大,两侧熔体压力梯度相差越大,气体薄壁穿透程度相差越大。4、实验研究GAIM工艺参数与气道内壁气泡形成关系,表明气道内壁气泡形成主要机理为在GAIM过程中,高压N₂达到了超临界状态,导致N₂流体向熔融的聚合物熔体内部扩散溶解,保压冷却后熔体中的N₂处于过饱和状态,在聚合物熔体内部靠近气道内壁处形成蜂窝状气泡。降低气体保压压力和熔体温度,缩短气体保压时间均可以减少气道内壁气泡的形成。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-22
  1.1 气体辅助注射成型概述  9-10
  1.2 CAE技术在气体辅助注射成型技术中应用  10-11
  1.3 气辅注射成型国内外研究现状  11-13
    1.3.1 气辅注射成型CAE技术研究  11-12
    1.3.2 气辅注射成型工艺参数与制品质量研究  12-13
  1.4 气辅成型气体穿透行为影响因素  13-16
    1.4.1 工艺参数  13-14
    1.4.2 气道结构  14-16
  1.5 气辅成型制品缺陷分析  16-20
    1.5.1 第一类缺陷  16-18
    1.5.2 第二类缺陷  18-20
  1.6 本论文研究意义及主要内容  20-22
第二章气辅成型工艺参数对穿透行为影响  22-40
  2.1 实验方法  22-24
  2.2 结果与讨论  24-39
    2.2.1 熔体预注射量对气体穿透行为影响  24-27
    2.2.2 熔体温度对气体穿透行为影响  27-29
    2.2.3 模具温度对气体穿透行为影响  29-31
    2.2.4 延迟时间对气体穿透行为影响  31-33
    2.2.5 气体注射时间对气体穿透行为影响  33-35
    2.2.6 气体压力对气体穿透行为影响  35-39
  2.3 本章小结  39-40
第三章基于Taguchi和BP神经网络气体穿透行为工艺优化  40-63
  3.1 Taguchi实验方法  41-44
    3.1.1 正交试验法  41-42
    3.1.2 信噪比(S/N)  42-43
    3.1.3 试验设计步骤  43-44
  3.2 基于Taguchi技术气辅成型穿透行为工艺优化  44-51
    3.2.1 实验方法  44-45
    3.2.2 结果与讨论  45-51
  3.3 BP人工神经网络  51-56
    3.3.1 BP网络结构  51-53
    3.3.2 BP网络的学习规则  53-55
    3.3.3 BP网络学习算法的改进  55-56
  3.4 基于BP人工神经网络气辅成型穿透行为工艺优化  56-62
    3.4.1 基于BP神经网络气辅工艺参数建模  57-60
    3.4.2 基于BP神经网络气辅工艺优化与结果预测  60-62
  3.5 本章小结  62-63
第四章气道构型及制品结构对气辅成型气体穿透行为影响  63-77
  4.1 实验方法  63-64
  4.2 结果与讨论  64-76
    4.2.1 气道尺寸对气体穿透行为影响  64-71
    4.2.2 气道形状对制品气体穿透行为影响  71-73
    4.2.3 制品结构对气体穿透行为影响  73-76
  4.3 本章小结  76-77
第五章气体辅助注射成型制品气道内壁发泡研究  77-88
  5.1 概述  77
  5.2 气辅成型制品气泡形成基本理论  77-82
    5.2.1 气辅成型过程中气体扩散  77-80
    5.2.2 气辅成型气道内壁气泡形核机理  80-82
  5.3 气辅成型制品气泡形成实验研究  82-87
    5.3.1 实验方法  82
    5.3.2 结果与讨论  82-87
  5.4 本章小结  87-88
第六章总结与展望  88-89
  6.1 总结  88
  6.2 展望  88-89
参考文献  89-94
附录  94-95
致谢  95

基于数值模拟气辅注射成型穿透行为及发泡研究

内容摘要

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