气体-水-辅助注塑成型充填过程的数值模拟研究

刘 天，匡唐清，赖家美，柳和生，王彦卿

（1. 华东交通大学机电与车辆工程学院，江西 南昌 330013；2. 南昌大学机电工程学院，江西 南昌 330031）

流体辅助注塑成型（fluid-assisted injection mo lding，FAIM）主要用于生产复杂结构的中空管件。根据使用的流体介质不同，可以分为气体辅助注塑成型（gas-assisted injection molding，GAIM）和水辅助注塑成型（water-assisted injection molding，WAIM）[1]。熊爱华等[2]采用Moldflow 软件分别对传统注塑成型和气体辅助注塑成型进行三维的仿真模拟对比，得出了气体辅助注塑成型能有效地降低注射压力和锁模力等优点。 周华等[3]应用仿真结果与试验结果对比的方法对水辅制件残余壁厚进行数值模拟研究，分析了工艺参数对残余壁厚的影响机理。 与WAIM 工艺相比，GAIM 工艺具有选择的注塑材料更多、气体穿透过程稳定等特点[4-7]。但是WAIM 工艺对制件有更好的冷却效果、制件成型周期更短、壁厚更薄更均匀、成型后制件的内壁更光滑等特点[8-12]。 此外，对于WAIM 工艺所不适用的材料， 通过传统的FAIM 工艺得到的中空管件要实现具有成型周期短且内壁光滑等特点是很难的。

为此提出新型工艺 “气体-水-辅助注塑成型（gas-water-assisted injection molding，GWAIM）工艺”。 溢流法GWAIM 工艺过程如图1 所示。 向型腔内部注入过量的高温熔体，向流体射嘴中注入高压气体， 高温熔体在高压气体的推动作用下向前运动，直至完成整个气体充填过程。 随后从流体射嘴中注入高压水，高压水在高压气体所形成的中空通道中流动。 经过一段时间的冷却保压，排水得到中空制件。

图1 纯树脂材料的GWAIM 工艺过程Fig.1 GWAIM process of pure resin materials

1 模型和控制方程

1.1 简化假设

GWAIM 工艺过程为一瞬态、非等温过程，涉及气体-水-聚合物熔体的多相分层流动。……