李高強(qiáng)，楊燕紅，韋順達(dá)，王勇

基于CFD流場(chǎng)分析的點(diǎn)膠均質(zhì)化研究*

李高強(qiáng)，楊燕紅*，韋順達(dá)，王勇

（西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，四川 成都 610039）

傳統(tǒng)頂針式點(diǎn)膠閥在小流量的工況下易出現(xiàn)氣泡或真空包及斷膠的現(xiàn)象，導(dǎo)致點(diǎn)膠閥出膠均質(zhì)性差。針對(duì)此問題，文章提出改進(jìn)點(diǎn)膠閥的進(jìn)膠方式變?yōu)樾滦碗p側(cè)進(jìn)膠。通過CFD流體仿真軟件對(duì)傳統(tǒng)和改進(jìn)后的點(diǎn)膠閥在小流量的工況下，進(jìn)行出膠均勻性研究。仿真結(jié)果表明，雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥出口壓力比單側(cè)的壓力高，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到改進(jìn)后的均質(zhì)化好，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

頂針式點(diǎn)膠閥；CFD；均質(zhì)性

引言

點(diǎn)膠技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車等行業(yè)。據(jù)智妍咨詢統(tǒng)計(jì)，近幾年點(diǎn)膠機(jī)需求量每年增長(zhǎng)超過10%[1]。相應(yīng)的市場(chǎng)需求前景十分廣闊，而點(diǎn)膠閥作為點(diǎn)膠機(jī)重要執(zhí)行部件，點(diǎn)膠閥的出膠均勻性直接決定點(diǎn)膠機(jī)的使用性能。因此對(duì)點(diǎn)膠閥的均質(zhì)化研究具有實(shí)際意義。

目前市場(chǎng)上常用的點(diǎn)膠閥為接觸式的頂針單側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥。傳統(tǒng)頂針點(diǎn)膠閥在小流量工況下，由粘性流體伯努利方程得知，點(diǎn)膠閥在出口處產(chǎn)生低壓會(huì)造成膠體易出現(xiàn)氣泡、真空包[2-3]，產(chǎn)生負(fù)壓造成斷膠，這種點(diǎn)膠不均的現(xiàn)象使點(diǎn)膠閥出膠質(zhì)量差，使要保護(hù)的元器件保護(hù)性差甚至起不到對(duì)元器件保護(hù)作用，將影響元器件質(zhì)量和使用壽命。針對(duì)這些問題，本文提出把傳統(tǒng)的單側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥改為雙側(cè)進(jìn)膠。通過CFD[4-5]對(duì)這兩種點(diǎn)膠閥在小流量的工況下的出口壓力分析，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 數(shù)值分析模型建立及邊界條件設(shè)置

點(diǎn)膠閥的工作原理是通過壓縮氣體和閥體內(nèi)的回位彈簧相互作用在活塞上，并帶動(dòng)閥針上下運(yùn)動(dòng)使點(diǎn)膠閥出膠或停止出膠。閥針的運(yùn)動(dòng)使腔內(nèi)流體粘度、氣體壓力、腔體體積變化，無(wú)法通過建立數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)準(zhǔn)確描述這個(gè)現(xiàn)象[6]。本文采用CFD][軟件利用有限體積法以數(shù)值計(jì)算求解未知參數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)選用的膠液為水性金屬防銹漆，其參數(shù)及實(shí)驗(yàn)的針頭和點(diǎn)膠相關(guān)相關(guān)參數(shù)如表1。

表1 點(diǎn)膠相關(guān)參數(shù)

根據(jù)實(shí)物及上述參數(shù)在solidworkes中建立單側(cè)進(jìn)膠和雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥的流體仿真模型如1和圖2所示。然后將建立的幾何模型導(dǎo)入Workbench 19.0在Mesh中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在CFD流體仿真中壁面邊界設(shè)置為No-Slip，初始化進(jìn)口（Inlet）和出口（Outlet）壓力如表1所示。

圖2 雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥三維流體模型

2 CFD模擬結(jié)果及分析

圖3 單側(cè)進(jìn)膠出口最大總壓圖

CFD模擬仿真中膠液選用水性金屬防銹漆，分析△（針頭與閥體之間距離）不同時(shí)點(diǎn)膠閥出口壓力情況。僅改變點(diǎn)膠閥針頭與閥體之間距離的不同，求得單側(cè)和雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥在各個(gè)情況下出口壓力如圖3、圖4所示并整理成表2。圖5和圖6為針頭與閥體之間的距離同出口壓力關(guān)系圖。

圖4 雙側(cè)進(jìn)膠出口最大總壓圖

表2 閥針位置不同時(shí)的出口壓力

圖6 出口壓力放大圖

從圖5中的出口靜壓圖可以看出單側(cè)進(jìn)膠閥在△=0.1 mm和△=0.2mm時(shí)出口靜壓力為負(fù)壓，從△=0.3mm開始靜壓值才為0，而雙側(cè)進(jìn)膠閥從△=0.2mm開始出口靜壓都為0?？梢缘玫叫×髁抗r下單側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥容易出現(xiàn)斷膠，雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥對(duì)斷膠現(xiàn)象有所改善。進(jìn)而推出當(dāng)△=0.5mm即點(diǎn)膠工況為大流量時(shí)，單側(cè)與雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥都出膠正常沒有斷膠的現(xiàn)象。

圖6為圖5在0.3mm≦△≦0.5mm的出口最大總壓放大圖，由圖5和圖6中的出口最大總壓力圖可以看出雙側(cè)相比單側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥出口處的最大總壓值大，相應(yīng)的降低了氣泡產(chǎn)生。再根據(jù)公式：

3 點(diǎn)膠閥實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

圖7 實(shí)驗(yàn)臺(tái)

圖8 點(diǎn)膠效果圖

將單側(cè)進(jìn)膠與雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥分別裝在同一種自動(dòng)點(diǎn)膠設(shè)備上如圖7所示，按表1在相同的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行出膠情況比較。圖8為點(diǎn)膠閥出口不產(chǎn)生負(fù)壓情況下的出膠情況，A為單側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥出膠情況，B為雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥出膠情況。從圖8中紅色部分可以看出單側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥在工作過程中含有少量的氣泡，出膠不均勻；而雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥出膠均勻性比單側(cè)進(jìn)膠閥有很好的改善。

4 結(jié)論

通過CFD分析比較單側(cè)與雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥出口處壓力及點(diǎn)膠閥出膠效果實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以得到如下結(jié)論：（1）新型雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥提高了進(jìn)膠速度，可及時(shí)填充閥門運(yùn)動(dòng)造成的閥室增大的容積減少膠體產(chǎn)生真空包的問題；（2）新型雙側(cè)進(jìn)膠點(diǎn)膠閥兩端對(duì)稱進(jìn)膠的方式提高了進(jìn)膠壓力不僅減少點(diǎn)膠閥產(chǎn)生氣泡的問題，而且改善斷膠的現(xiàn)象。

[1] 智妍咨詢.中國(guó)點(diǎn)膠機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模及需求量情況[EB/OL].(2018 -10)http://www.chyxx.com/industry/201810/687186.html.

[2] 林和德,董楸煌,溫明生.新型點(diǎn)膠閥的設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2017(6): 65-69.

[3] 林和德,董楸煌,溫明生.新型“負(fù)壓反饋”回吸頂針式點(diǎn)膠閥的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2016,38(9):126-130.

[4] 胡坤,胡婷婷,馬海峰等.ANSYS Fluent實(shí)例詳解[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2018.

[5] 朱紅俊,謝龍漢,楊崇等.FLUENT流體分析工程案例精講[M].北京:電子工業(yè)出版社,2018.

[6] 邱中全,郭常寧.電子組裝噴射點(diǎn)膠過程流體特性CFD模擬分析[J].電子科技,2016,29(2):112-115.

Study on Dispensing Homogenization Based on CFD Flow Field Analysis*

Li Gaoqiang, Yang Yanhong*, Wei Shunda, Wang Yong

（School of Automobile and Transportation, Xihua University, Sichuan Chengdu 610039）

The traditional thimble dispensing valve is prone to bubble, vacuum bag and glue break under the condition of small flow rate, which leads to poor homogeneity of dispensing valve. In order to solve this problem, this paper proposes to change the feeding mode of dispensing valve into a new type of two-sided feeding. Through CFD fluid simulation software, the dispensing uniformity of traditional and improved dispensing valve was studied under the condition of small flow. The simulation results show that the pressure of the two-sided dispensing valve is higher than that of the single-sided one. The experimental results show that the improved dispensing valve has good homogenization, and has the value of popularization and application.

Thimble dispensing valve; CFD; Homogeneity

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.02.043

U466

A

1671-7988(2021)02-132-03

U466

A

1671-7988(2021)02-132-03

李高強(qiáng)，碩士，就讀于西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，研究方向?yàn)樾履茉雌囌嚐峁芾怼?/p>

楊燕紅（1970-），女，碩士，高級(jí)工程師，碩士研究生導(dǎo)師，就職于西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院，主要研究方向?yàn)樾履茉雌?、汽車電控技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)。

四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（18CGSF0120，2019YFG0297）;四川省重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目（2019ZDZX0002）。