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分网格方式。本文经多次试算，直到计算结果基本上不随网格数变化而变化，此时流体网格 总数为91233。如图6 所示为划分网格后的1/12 模型。 140 图5 内循环油缸流体部分的模型 1-与拉杆的接触面 2-与缸筒的接触面 3-与滑阀的接触面 4-活塞孔中的流体 145 图6 划分网格后的1/12模型 动网格更新方法采用动态网格层变方法。这种层变模型可以指定一个理想的网格高度， 运动边界的网格单元层更具其高度来分裂出新的单元层或与邻近的层合并成一个新层。 3 仿真结果及讨论 如前所述，在移模过程中内循环油缸中液压油压力和速度直接作用于活塞，会对移模过 150 程中模板的运动产生影响。本课题研究了不同移模速度时，移模过程中锁模油缸内压力和速 度分布，以及对模板运动的影响情况，并对模拟结果做了深入分析。 3.1 压力场的分布及比较 如图7 所示为移模速度为0.3m/s 时，内循环油缸对称面(油缸中心线与活塞孔中心线所 在平面)压力分布云图。在活塞移动方向前方，液压油压力较大，在移动过程中这种压力表 155 现为对内循环油缸活塞移动的阻力；在活塞移动方向后方，液压油压力较低，而且呈现一定 程度的负压，这是因为在内循环油缸中液压油的体积不变，在移动方向前端液压油被高压压 缩导致的，负压程度随内循环油缸活塞移动速度的增加而明显（图8）。随着活塞的移动， 移动方向前端被活塞压缩的液压油越来越少，油缸中的负压会逐渐减弱，如图9 所示。从图 10 可以看出，内循环油缸活塞在移动时所受阻力与移动速度相关，移动速度越大，阻力越 160 大，移动阻力的增量随移动速度的增大而增大。活塞移动速度越快，活塞前方液压油体积变 化越发剧烈，压力越来不及从连通通道中释放而导致前端压力越高。 图7 移模过程中内循环油缸内总压力分布 （v=0.3m/s，t=0.3s） 图8 不同移模速度时内循环油缸负压比较 图9 内循环油170 缸内负压随油缸行程分布（v=0.3m/s，t=0.3s） 图10 不同移模速度时内循环油缸最高压力比较 175 图11 为移模速度为0.3m/s 时，内循环油缸中最大压力随移动行程的变化曲线。移动开 始时，液压油对内循环油缸活塞呈现较大的移动阻力，随后移动阻力急剧下降，而后又有一 个小的上升，最后趋于平稳。这是由于移动开始时，移动的活塞使活塞前方液压油的由静止 变为运动，使液压油状态发生变化，此时移动阻力会比较大；当液压油运动平稳后，粘性液 体对活塞的阻力就会变小、变平稳。 图11 内循环油缸内最高压力随油缸行程分布（v=0.3m/s，t=0.3s） 3.2 负压的处理 如前所述，内循环油缸活塞在运动过程中，油缸内会出现一定程度的负压，负压的出现 185 会导致油缸发生气蚀现象。气蚀会使运动过程产生振动和噪声，会对油缸内壁产生破坏，因 此一定要避免气蚀现象产生。 在本研究中，由于内循环油缸为封闭体系，在移动过程中活塞后方压力下降且不能及时 补充油液而导致压力持续下降，产生负压。因此，在进行内循环油缸及其液压系统设计时， 也必须使锁模油缸回油口(如图4 所示)与油箱连通，但由于其所通过油量很小，连通管路直 190 径可以设计得很细。 3.3 速度场的分布及比较 图12 移模过程中内循环油缸内沿活塞运动方向液压油速度云图 （v=0.3m/s，t=0.3s） 图13 不同移模速度时油缸内流体的最高速度 图12 是移模速度为0.3m/s，t=0.3s 时内循环油缸内沿活塞运动方向液压油速度云图。 200 从图中可以看出，在活塞附近速度场明显，而远离活塞的区域液压油几乎没有速度。液压油 最大的速度出现在锁模油缸的活塞孔里，速度的方向与移模速度相反，这可以用连续性方程 得到合理解释。与此同时，当活塞距油缸后盖较近时，高速的液压流体从活塞孔里流出后喷 射到油缸后盖上，流体遇到油缸后盖后向周围扩散反方向流动，产生极大的湍流和较大的液 动力。湍流的产生有利于锁模油缸内部液压油的热交换，保证系统稳定运行，这也进一步证 205 实本研究采用等温流动的合理性。 图14 不同移模速度时内循环油缸湍流强度 图13 是不同移模速度时内循环油缸内最高流速随油缸行程位移曲线。从图中可以看出， 210 当模板高速移动时（500mm/s 和600mm/s），油缸内流体最高速度的波动性较大，这与图 14 所示的湍流强度曲线相对应。较大的速度波动是由于活塞高速移动时油缸内湍流流动剧 烈而导致的。 4 结论 基于FLUENT 软件的CFD 计算模拟，可以得到内循环油缸内部液压油接近于真实情况 215 的压力场、速度场变化结果，可为新型内循环合模机构的结构及性能优化提供必要的理论依 据。 (1) 在内循环油缸活塞运动时，其前方液压油压力较大，这对活塞运动表现为阻力，其 随活塞运动速度的增加而增大；在后方压力较低，甚至形成负压，容易产生气蚀现象，这需 要使后方液压油与油箱相通，以维持压力恒定。 220 (2) 在内循环油缸活塞附近速度场明显，最高速度出现在活塞孔内，活塞后方湍流运动 明显，这有利于内循环油缸内部液压油与外界的热交换。液压油的湍流运动随活塞运动速度 的提高而增强。 (3) 在进行内循环合模机构设计时，不仅要考虑模板移动过程中的机械摩擦阻力，而且 要考虑移动过程中液压油对活塞的移动阻力及液动力等。 225 [参考文献] (References) [1] 杨卫民,丁玉梅,谢鹏程.注射成型新技术[M].北京:化学工业出版社.2008. [2] 黄灿军.注塑机合模装置的技术及研究进展[J].广东塑料,2006,1、2:46-48. [3] 黄步明.二板式注塑机的技术与发展[J].工程塑料应用,2000,28(6):32-35. 230 [4] Walter Wohlrab, Weissenburg. Mold-closing apparatus for injection-molding machine: US,5336462[P]. 1994-08 -09. [5] 王兴天.直压式锁模油缸合模机构:中国, 200520145200.2 [P].2007-03-21. [6] 江帆,黄鹏.Fluent 高级应用及实例分析[M].北京:清华大学出版社,2008. [7] 黄卫星,李建明,肖泽仪.工程流体力学[M].北京:化学工业出版社,2008. 235 [8] Fluent Inc. GAMBIT Modeling Guide[M].Shang Hal:Fluent Inc.,2003. [9] 王福军.计算流体力学分析-CFD 软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004. 学术论文网Tag：代写论文 代写代发论文 代写职称论文 职称论文发表 |
