对于塑料型材模型流向的辅助预设

　　1有关挤出模内筋流道设计的论文都侧重于对各种内筋流道结构实用情况的介绍，没有涉及流道尺寸的合理设计和作业稳定性问题。现采用计算流体动力学putationalfluiddynamics)理论和有限元方法，并联系挤出模头设计实践，在这方面作一些分析。

　　2模型建立

　　2.1数学模型

　　由于塑料熔体的复杂性，对其在模头中的流动作一系列的简化和假设：熔体为不可压缩的幂律流体;熔体作稳态层流流动;熔体的流动为全展流;恒温流动，绝热;流体惯性力和重力忽略不计;熔体没有壁滑移。

　　连续性方程：=0(1)动量方程：-P=0(2)本构方程：(3)幂律方程：=0n-1(4)式中：速度矢量，m/s;P压力，Pa;应力张量，Pa;流体表观黏度，Pas;0流体零剪切速率黏度，Pas;n幂律指数;剪切速率，s-1。

　　2.2材料的物性参数

　　材料密度1420kg/m3，流变特性采用幂律模型，在190时熔体的零剪切速率黏度0=40000Pas，幂律指数n为0.3.

　　2.3边界条件

　　3外壁流道分析

　　3.1外壁流道几何模型

　　模头平直段占模头总压力降的70，对模头出口流动状态的影响 大，为计算方便只针对模头平直段进行研究，模头平直段L取70mm，异型材内筋和功能块采用单独供料的方式形成独立的流道。

　　3.2外壁流道平均流速计算

　　针对口模平直段流道，运用Ansys建立流道有限元模型所示。将第2节各参数和条件代入计算，可得外壁流道出口平均速度V=42.779mm/s.

　　4内筋流道结构设计

　　模头中异型材内筋流道有2种结构：内供料，即从模头的机颈开始就采用与外壁分开的独立流道对内筋进行单独供料;外供料，即在模头平直段适当位置，通过外壁流道对内筋进行供料。由于外供料方式存在外壁和内筋互相干扰，更易造成挤出模头作业不稳定。目前在挤出模头设计中，除很短的内筋外，外供料已很少使用，仅对内筋流道内供料结构进行研究所示。从机颈开始，内筋料流经供料区C，收缩区A和成型区B， 从口模挤出。

　　由于内筋比外壁薄，其流道出口流速一般比外壁慢。内筋流道结构设计要求是根据外壁流道的平均出口速度，调整内筋流道的供料区C横截面积和成型区B的长度，使其出口平均流速与外壁达到一致。

　　考虑线

　　分别对3种内筋流道设计方案用Ansys建立有限元模型，将第2节各参数和边界条件代入分析计算，以内筋流道出口平均流速与外壁之差小于0.1为目标，调整成型区B的长度所示。

　　5内筋流道稳定性分析

　　可以看出，3种流道设计方案满足了内筋流道出口料流平均速度与外壁一致的要求。然而，在实际的挤出生产中，一些工艺的波动是无法避免的，模头流道的设计还必须考虑工艺波动对均匀挤出的影响，即稳定性问题。

　　工艺波动对流道流速的影响主要反映在熔体黏度或模头压力降P的变化上，分别将料流的黏度0=40kPas和模头压力降P=21MPa在10范围内10等分取值，在其他参数和边界条件不变的情况下，反复对3种流道设计方案进行有限元运算，计算结果所示。

　　6分析结果

　　在黏度0=40kPas和压力降P=20MPa工况下，获得模头内筋和外壁出口平均流速一致的流动平衡状态，会由于黏度和压力降P波动而发生改变，造成内筋和外壁流道出料快慢不一，其出口平均流速差值的 值是随黏度和压力降P波动幅度的增加而单调增加的。

　　分别取每一种设计方案中内筋与外壁流道出口平均流速差 值的平均值所示。

　　7结束语

　　实践证明，通过计算机数值模拟所选择的流道结构参数是比较合理的，通过这样的选择可以大大缩短挤出模的调试时间，节省人力和物力。