(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111676270.0 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 麻向军　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 代理人 付茵茵 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/22(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 变半径直歧管衣架式模具及其平衡流道的 流变学设计方法 (57)摘要 本发明公开一种变半径直歧管衣架式模具 及其平衡流道的设计方法， 在不改变衣架式模具 流道中入口区、 松弛 区和成型区截面形状的情况 下， 将歧管设计为截面尺寸 沿流道宽度方向向两 侧减小的直歧管， 将阻流区沿流道长度方向设计 为厚度不同的阻流I区和阻流II区。 通过对变半 径直歧管衣架式模具流道中的熔体流动进行分 析， 基于满足熔体出口流率 沿流道宽度方向均匀 的条件， 利用流变学理论推演出阻流I区和阻流 II区分界曲线的微分方程。 结合加工条件 给定边 界条件， 采用数值方法求解分界曲线微分方程并 拟合得到阻流I区和阻流II区的分界曲线， 建立 流道几何模 型。 该流道具有沿流道宽度方向熔体 出口流率均匀、 阻流区长度小及熔体停留时间短 的优点。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 114254462 A 2022.03.29 CN 114254462 A 1.一种变半径直歧管衣架式模具， 其特征在于， 所述变半径直歧管衣架式模具的流道 包括沿沿流向依次设置的入口区、 歧管、 阻流区、 松弛区和成型区， 所述歧管为截面尺寸沿 流道宽度方向向两侧减小的直歧管， 所述阻流区包括沿流道长度方向设计的厚度不等的阻 流I区和阻流 II区。 2.根据权利要求1所述一种变半径直歧管衣架式模具， 其特征在于， 与歧管相邻的区域 为阻流I区， 与 松弛区相邻的区域为阻流II区， 阻流II区的出口截面与挤出方向垂 直， 阻流I 区的厚度和阻流II区的厚度沿流道宽度方向不变； 歧管截面采用圆形， 歧管半径沿流道宽 度方向向两侧减小。 3.一种变半径直歧管衣架式模具平衡流道的流变学设计方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 构建物理模型： 假设a.熔体为不可压缩流体； b.熔体流动为稳态层流流动， 忽略惯性力 和体积力； c.熔体在歧管中仅沿歧管轴向流动， 在阻流I区、 阻流II区、 松弛区和成型区中仅 沿挤出方向流动， 且熔体在歧管中的流动和在阻流I区中的流动互不干涉； d.忽略歧管中由 于歧管半径变化引起的拉伸对熔体流动的影响； e.忽略流道末端两侧壁面对熔体流动的影 响； f.熔体在流动过程中温度不变； 构建流道几何模型： 模具流道包括沿流向依次设置的入口区、 歧管、 阻流区、 松弛区和 成型区； 将歧管设计为截面尺寸沿流道宽度方向向两侧减小的直歧管； 将阻流区沿流道长 度方向设计为厚度不 等的阻流 I区和阻流 II区； 推演阻流I区和阻流II区分界曲线的微分方程： 构建坐标系， 基于熔体沿流道宽度 方向 的出口流率均匀， 计算歧管中熔体沿流道宽度方向的压力梯度， 计算熔体沿挤出方向流动 时由阻流I区入口到阻流II区出口之 间的压力降； 根据阻流I区入口处的熔体压力与歧管中 的熔体压力相等以及阻流II区出口处的熔体压力沿流道宽度方向不变， 得到阻流I区和阻 流II区的分界曲线在所述 坐标系中的微分方程。 4.根据权利要求3所述一种变半径直歧管衣架式模具平衡流道的流变学设计方法， 其 特征在于， 与歧管相邻的区域为阻流I区， 与松弛区相邻的区域为阻流II区， 阻流II区的出 口截面与挤出 方向垂直， 阻流 I区的厚度和阻流 II区的厚度沿流道宽度方向不变。 5.根据权利要求3所述一种变半径直歧管衣架式模具平衡流道的流变学设计方法， 其 特征在于， 所述阻流I区在流道对称面位置和流道末端与歧管之间设有间距， 所述阻流II区 在流道对称面 位置和流道末端与松弛区之间设有间距。 6.根据权利要求3所述一种变半径直歧管衣架式模具平衡流道的流变学设计方法， 其 特征在于， 构建流道几何模 型中， 松弛区和成型区的厚度和长度沿流道宽度方向不变， 松弛 区和成型区的入口截面和出口截面与挤出 方向垂直。 7.根据权利要求3所述一种变半径直歧管衣架式模具平衡流道的流变学设计方法， 其 特征在于， 沿流道宽度方向任一位置， 阻流I区入口处的熔体压力和歧管中的熔体压力相 等， 阻流II区出 口处的熔体压力沿流道宽度方向不变； 熔体由歧管入口沿任一路径流经歧 管和阻流区的压力降相等； 流道宽度方向任一位置， 歧管中的熔体沿流道宽度方向的压力 梯度与阻流区中熔体沿挤出 方向流动时的压力降沿流道宽度方向的梯度相等。 8.根据权利要求3所述一种直歧管衣架式模具平衡流道的流变学设计方法， 其特征在 于， 流变学理论的推演过程 为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114254462 A 2根据流道在宽度方向的对称性， 取流道的一半进行分析， 忽略入口区的影响， 歧管截面 选取圆形， 歧管半径沿流道宽度方向向两侧减小， 其他形状可通过形状因子进 行换算； 以流 道宽度方向为x轴， 流道长度方向为y轴， 歧管与阻流 I区的交界线为z轴构建坐标系， 熔体沿歧管流动的压力梯度为 式中， p(z)为歧管中熔体在z处的压力； Q(z)为歧管中熔体在z处的体积流率； r(z)为z 处的歧管半径； 假定熔体在流道入口处的体积流率为2Q0， 要求熔体出口流率沿流道宽度方向均匀， 则 歧管中熔体沿歧管 方向的体积流 率为 Q(z)＝Q0(1‑zsinθ /W)                          (3) 式中， W为流道宽度的一半； θ 为阻流区扩张角的一半； 根据所述 坐标系， 有 x＝zsinθ                                (4) dx＝sinθ dz                               (5) p(x)＝p(z)                        (6) r(x)＝r(z)                        (7) 式中， p(x)为歧管中熔体在x处的压力； r(x)为x处的歧管半径； 另一方面， 歧管中熔体沿歧管 方向的压力梯度与沿流道宽度方向的压力梯度之间满足 将式(3)～(8)代入式(2)， 有 由于松弛区和成型区的厚度和长度沿流道宽度方向不变， 要求熔体出口流率沿流道宽 度方向均匀时， 阻流II区出 口处熔体的压力沿流道宽度方向不变； 取阻流区在流道对称面 处的长度为L， 阻流II区出口处y＝L时的熔体压力为pL， 在流道宽度方向任一位置x处， 熔体 在阻流区中沿挤出 方向流动时， 阻流 I区入口到阻流 II区出口之间的压力降为 式中， h1和h2分别为阻流I区和阻流II区 的厚度； y为阻流I区和阻流II区 的分界曲线， 是 坐标x的函数； 式(10)对 x求导， 有 由式(9)和式(1 1)得权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114254462 A 3