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橡胶密封条挤出机头模腔流道的计算机模拟优化设计
橡胶密封条挤出机头模腔流道的计算机模拟优化设计
戴元坎(1)(2 ) 郭营(1) 周持兴 (1) 俞炜(1)
1 上海交通大学高分子科学与工程系,上海 200240
2 上海申雅密封件有限公司,上海 201172
关键词:橡胶密封条 挤出流道 储料模腔结构 CAE(CFD)优化分析
汽车橡胶密封条是汽车的重要零配件组成部分,生产过程主要是挤出成
型。挤出成型工艺中最关键的是挤出流道及口型。挤出流道的设计制造传
统上主要是通过“Try and Error”的试制法经过反复调试而成,周期长且
成本高。利用 CAE 模拟的方法来优化设计挤出流道是密封条领域技术发展
的一个重要方向,本文介绍的就是作者初步应用 CAE 技术模拟优化某新型
挤出机头纯胶挤出部分的模腔流道结构方面的情况,计算采用的是
POLYFLOW 软件。
如图 1 所示为分析的挤出机头纯胶
密封条挤出流道剖面图,整个流道共分
为三个部分:机头内流道、储料模腔流
道及成型口模流道。储料模腔在机头与
口模之间,是导向并分配从挤出机头出
来的胶料熔体至口模中挤出,其结构影
响着挤出流量平衡及速度的分布,而流
量平衡和速度分布是影响挤出密封条
产品形状质量的重要因素。本次分析的
目的就是优化储料模腔的结构,使得从
口模中挤出胶料熔体的流量、速度平
衡。
在分析过程中,共设计了 4 种储料模腔结构,如图 2 所示。为了比较
这些模腔结构的优劣,用一片均匀分布着许多等直径圆柱孔的口模来代替
产品口模,检验圆柱孔出口的流量(速度)分布,若分布均匀,则表示中
间储料模腔的形状合理。本文中采用的等直径圆柱孔数目分别为9 个、25
个、63 个(见图 3)。
图2 储料模腔的四种不同设计结构形式
图3 等直径圆柱口模三种形式(9 孔、25 孔、63 孔)
图4 为挤出机头、储料模腔、挤出验证口模
流道的计算模型示意图。密封条挤出所用的材料
是 EPDM 混炼胶,计算中所采用的是非牛顿本构
n−1
( )
模型(幂率模型 Power Law):η K λγ 。由于
橡胶熔体在挤出过程中,在高剪切速率下可能会
产生滑移现象,所以在分析过程中,采用了璧面
滑移边界条件(广义纳威尔滑移准则
Generalized Navier’s Law):
F (v) −k (V −V )eslip 。 图4 挤出流道计算模型
wall
分析过程中,对上述几种储料模腔及验证口模进行匹配计算,根据计
算结果所显示的口模出口速度分布及机头出口处的压力分布大小可以比较
出几种储料模腔结构的优劣,从而优化出所需要的储料模腔结构。下面以
25 个 4mm 等直径出口圆柱口模检验的计算结果为例加以介绍。
1) 圆柱口模出口速度分布图
图 4、5 为采用 4 种储料模腔结构时的圆柱口模出口速度分布,从图
示结果可看出,速度分部均匀度从好到差依次为结构 4、结构3、结构2、
结构 1。
图4 圆柱口模出口速度分布图 图5 圆柱口模出口速度分布图
2) 机头出口处(机头出口与储料模腔交界处)的压力分布
图6 表示的是在挤出机头出口处 (机头
出口与储料模腔交界处)的压力分布云图及
其数据大小比较结果。从结果比较来看,挤
出机头压力最小的是结构2,其次为结构 3、
结构 4、结构 1。
从 25 孔出口圆柱口模的验证结果来看,
储料模腔结构 4 最合理,其次依次为结构 3、
结构 2 及结构 1。另外 9 孔、63 孔出口圆柱
口模的计算结果类似。 图6 机头出口处压力分布图
综上所述,总体比较结果是储料模腔结构 4 最合理,其次为结构 3、
结构 2,最不合理的是结构 1。
Simulation and Optimization of the Flow Cha
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