轮胎胎面胶料共挤出成型仿真

摘要

现代生活中汽车已成为必备的交通工具，胎面是汽车轮胎的重要组成结构，胎面在性能上需须强度较高、弹性较好，以承受汽车在行驶途中施加的载荷以及缓冲来自外界的冲击震动。采用共挤出成型技术生产轮胎胎面成本低廉、生产效率高，应用广泛，然而，胎面胶复合制品口模设计是技术难点，生产中常运用“试差法”进行口模设计，此法设计周期长、设计成本高、需要多次反复试摸及修摸，具有很大的盲目性等缺点，故所设计的口模的质量无法保证。目前，国内外对于轮胎胎面共挤出仿真的研究较少。本文运用Polyflow软件研究了两种轮胎胶料在口模内共挤出成型工艺和挤出模具口型结构改进方法，得出的结论如下:
　　在胎面共挤出过程中仿真分析时，预口型板的结构对于挤出过程影响较大，以预口型板以及定型段口型板及自由挤出胀大区作为建模的求解域，更接近实际生产的结果。在轮胎胎面胶料挤出中，胶料从定型段口型板挤出后速度分布不断变得均匀，速度高峰区的最大速度值不断下降，剪切速率在预口型板与定型段接触的地方达到最大。
　　本文研究了壁面滑移系数、不同入口流量比对共挤出过程中的机头压力差ΔP、共挤出胀大比、共挤出界面、模具内的速度分布的影响。发现随着壁面滑移系数减小，上下流道内的机头压力差ΔP不断减小，速度分布也变得更加均匀。在实际生产中可以通过提高壁面的光滑程度来提高共挤出胎面的表面质量以及提高生产效率。上流道胶料的面积挤出胀大比随着下流道胶料入口流量的增大而减小，下流道胶料的面积挤出胀大比随着上流道胶料入口流量的增大而增大，总体的挤出胀大比基本保持不变。入口流量比的改变对共挤出界面位置影响较大，对共挤出物截面的轮廓影响不大。在生产上对共挤出物两种物料的入口流量进行合理匹配，可以在保证挤出物质量的前提下提高生产效率。在调整下流道胶料入口流量,上流道胶料入口流量保持不变的情况下，需要对上流道胶料入口压力进行微调，以保证挤出稳定进行。
　　本文应用一套定量设计流道结构的方法对预口型板结构进行了设计，运用逆向挤出设计法对定型段口模结构进行了设计，对于挤出形状复杂的产品，改善预口型板出口流动速度的均匀性，可同时使用入口扩充流道和增加阻尼块两种方法来达到最好的改善效果，但是阻尼块的高度需要与流道扩充深度合理匹配。Polyflow软件逆向求解功能有利于迅速地获得较为合理的定型段口模结构，针对具有复杂挤出断面的挤出物模具结构设计具有独有的优势，能够大幅度减少修模次数，节约了时间与金钱，提高了生产效率，具备较强的科研与应用价值。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 橡胶本构模型选取

1．2．2 滑移系数

1．2．3 挤出胀大

1．2．4 橡胶在口模中的流动

1．2．5 共挤成型

1．2．6 逆向设计

1．2．7 关于胎面胶料挤出的研究成果

1．3 研究内容

1．4 预期成果

第二章 聚合物熔体挤出成型过程的理论基础

2．1 引言

2．2 聚合物熔体流动的控制方程

2．2．1 守恒方程的基本表达式

2．2．2 守恒方程的筒化

2．3 聚合物熔体流动的本构方程

2．3．1 广义牛顿流体流动的本构方程

2．3．2 粘弹性流体流动的本构方程

2．3．3 本课题数值模拟本构方程的选择

第三章 胎面在预口型板与口型板共挤出流动数值过程

3．1 引言

3．2 考虑挤出胀大的橡胶胶料在方形口型共挤出的数值模拟

3．2．1 仿真过程

3．2．2 求解结果汇总

3．3 实际中的轮胎胎面共挤出模型数值模拟

3．4 求解结果汇总

3．4．1 共挤出压力场

3．4．2 共挤出速度场

3．4．3 共挤出剪切速率场

3．5 本章小结

第四章 胎面胶共挤出过程的影响因素分析

4．1 引言

4．2 胶料共挤出过程中壁面滑移系数影响分析

4．2．1 机头压力差ΔP

4．2．2 共挤出胀大比

4．2．3 共挤出界面

4．2．4 定型段口模出口处速度分布

4．2．5 机头内部流速

4．3 入口流量比的影响

4．3．1 共挤出胀大比

4．3．2 共挤出界面

4．3．3 定型段口模出口处速度分布

4．3．4 机头压力差ΔP

4．4 本章小结

第五章 胎面共挤出结构改进设计

5．1 引言

5．2 预口型板流道结构改进设计

5．2．1 实际生产中的预口型板流道挤出仿真

5．2．2 离散模型网格数的影响

5．2．3 扩充流道截面面积

5．2．4 增加阻尼块

5．3 定型段口型板结构改进设计

5．3．1 逆向设计的仿真过程

5．3．2 求解结果汇总

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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