[发明专利]一种基于超声振动的微观黏度模型建立方法及预测方法

说明书

本发明提供了一种基于超声振动的微观黏度模型建立方法及预测方法，基于宏观黏度模型，引入超声能量和微观因子对宏观黏度进行修正；建立超声能量与稠度系数的关系式和超声能量与非牛顿指数的关系式，并利用线性拟合出其参数值；将聚合物分子链段长度和微型零件特征尺寸的比值设为相对特征尺寸；建立微观因子与相对特征尺寸之间的关系式，并利用线性拟合出其参数值；将超声能量与稠度系数、超声能量与非牛顿指数的关系式和微观因子与相对特征尺寸之间的关系式代入宏观黏度模型，获得超声波微观黏度模型。本发明建立方法考虑影响流体黏度的超声能量和微型零件特征尺寸因素，显著提高对聚合物熔体流动特性预测的准确性。

技术领域

本发明涉及精密制造技术领域，尤其涉及的是一种基于超声振动的微观黏度模型建立方法及预测方法。

背景技术

由于现有技术中的微注塑成型的零件特征尺寸已达到微米级，因此受微尺寸效应的影响，粗糙度、湿润度等微观因素对填充行为的影响程度相应变大。超声加工技术作为一种新型成型加工技术，近年来普遍用于聚合物注塑成型，发现超声振动能改变微结构填充能力、材料性能等。当注塑件特征尺寸减小到某一临界值时，熔体微尺度下的流变特征与宏观尺度时不同，不能简单采用宏观黏度模型描述微流动行为。

现有微观黏度模型主要有以下四种：第一种是一般用于宏观变形的反映剪切速率的Cross_Law黏度模型或幂律黏度模型，未考虑微注塑零件尺寸细小引起的尺寸效应；第二种是基于Kelvin-Voigt本构方程的微观黏度模型，但由于假设壁面滑移速度为0，与实际微注塑情况不一致，未考虑超声能量作用。第三种是引入微特征尺寸和分子链的微观黏度模型，也未考虑超声能量作用；第四种是基于超声振动能量建立的微观黏度模型，未考虑微特征尺寸作用。上述四种微观黏度模型的压力差模拟误差值和填充率模拟误差值比较大，不能精确模拟超声微注塑成型中聚合物材料流动特性的数值，因此现有技术中的微观黏度模型无法满足准确的对聚合物材料流动特性进行预测。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于超声振动的微观黏度模型建立方法及预测方法，克服现有技术缺陷。

第一方面，本实施例公开了一种基于超声振动的微观黏度模型建立方法，其中，包括：

基于宏观黏度模型、超声能量、分子链段长度和微型零件特征尺寸，确定基于超声振动的毛细管流变实验方案，获得一组不同超声能量、不同剪切速率下的微型零件注塑实际黏度值，其中，在所述宏观黏度模型的关系式中，所述宏观黏度与稠度系数、剪切速率和非牛顿指数相关；

建立超声频率、超声振幅、超声波在材料中传播速度、超声能量作用到材料上的面积、材料密度和材料声吸收系数之间的超声波能量关系式：

E_U＝2π²ρuf²A²Sα；

其中，Eu为超声能量，f为超声频率、A为超声振幅、u为超声波在材料中传播速度、S为超声能量作用到材料上的面积，ρ为材料密度、α为材料声吸收系数；

建立超声能量与稠度系数的关系式，并线性拟合出模型参数a₁和b₁；

lnK＝a₁+b₁×E_u；

建立超声能量与非牛顿指数的关系式，并线性拟合出模型参数a₂和b₂；

将所述超声能量与稠度系数的关系式和所述超声能量与非牛顿指数的关系式代入所述宏观黏度模型的关系式，得到超声黏度模型关系式；