基于CFD流場分析的點膠均質化研究*

李高強，楊燕紅，韋順達，王勇

基于CFD流場分析的點膠均質化研究*

李高強，楊燕紅*，韋順達，王勇

（西華大學汽車與交通學院，四川 成都 610039）

傳統頂針式點膠閥在小流量的工況下易出現氣泡或真空包及斷膠的現象，導致點膠閥出膠均質性差。針對此問題，文章提出改進點膠閥的進膠方式變為新型雙側進膠。通過CFD流體仿真軟件對傳統和改進后的點膠閥在小流量的工況下，進行出膠均勻性研究。仿真結果表明，雙側進膠點膠閥出口壓力比單側的壓力高，并進行了實驗驗證，得到改進后的均質化好，具有推廣應用價值。

頂針式點膠閥；CFD；均質性

引言

點膠技術廣泛應用于機械、汽車等行業。據智妍咨詢統計，近幾年點膠機需求量每年增長超過10%[1]。相應的市場需求前景十分廣闊，而點膠閥作為點膠機重要執行部件，點膠閥的出膠均勻性直接決定點膠機的使用性能。因此對點膠閥的均質化研究具有實際意義。

目前市場上常用的點膠閥為接觸式的頂針單側進膠點膠閥。傳統頂針點膠閥在小流量工況下，由粘性流體伯努利方程得知，點膠閥在出口處產生低壓會造成膠體易出現氣泡、真空包[2-3]，產生負壓造成斷膠，這種點膠不均的現象使點膠閥出膠質量差，使要保護的元器件保護性差甚至起不到對元器件保護作用，將影響元器件質量和使用壽命。針對這些問題，本文提出把傳統的單側進膠點膠閥改為雙側進膠。通過CFD[4-5]對這兩種點膠閥在小流量的工況下的出口壓力分析，并進行實驗驗證。

1 數值分析模型建立及邊界條件設置

點膠閥的工作原理是通過壓縮氣體和閥體內的回位彈簧相互作用在活塞上，并帶動閥針上下運動使點膠閥出膠或停止出膠。閥針的運動使腔內流體粘度、氣體壓力、腔體體積變化，無法通過建立數學表達式來準確描述這個現象[6]。本文采用CFD][軟件利用有限體積法以數值計算求解未知參數。

本實驗選用的膠液為水性金屬防銹漆，其參數及實驗的針頭和點膠相關相關參數如表1。

表1 點膠相關參數

根據實物及上述參數在solidworkes中建立單側進膠和雙側進膠點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入Workbench 19.0在Mesh中進行網格劃分，在CFD流體仿真中壁面邊界設置為No-Slip，初始化進口（Inlet）和出口（Outlet）壓力如表1所示。

圖2 雙側進膠點膠閥三維流體模型

2 CFD模擬結果及分析

圖3 單側進膠出口最大總壓圖

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）不同時點膠閥出口壓力情況。僅改變點膠閥針頭與閥體之間距離的不同，求得單側和雙側進膠點膠閥在各個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系圖。

圖4 雙側進膠出口最大總壓圖

表2 閥針位置不同時的出口壓力

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進膠閥在△=0.1 mm和△=0.2mm時出口靜壓力為負壓，從△=0.3mm開始靜壓值才為0，而雙側進膠閥從△=0.2mm開始出口靜壓都為0?？梢缘玫叫×髁抗r下單側進膠點膠閥容易出現斷膠，雙側進膠點膠閥對斷膠現象有所改善。進而推出當△=0.5mm即點膠工況為大流量時，單側與雙側進膠點膠閥都出膠正常沒有斷膠的現象。

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相比單側進膠點膠閥出口處的最大總壓值大，相應的降低了氣泡產生。再根據公式：

3 點膠閥實驗結果對比

圖7 實驗臺

圖8 點膠效果圖

將單側進膠與雙側進膠點膠閥分別裝在同一種自動點膠設備上如圖7所示，按表1在相同的實驗條件進行出膠情況比較。圖8為點膠閥出口不產生負壓情況下的出膠情況，A為單側進膠點膠閥出膠情況，B為雙側進膠點膠閥出膠情況。從圖8中紅色部分可以看出單側進膠點膠閥在工作過程中含有少量的氣泡，出膠不均勻；而雙側進膠點膠閥出膠均勻性比單側進膠閥有很好的改善。

4 結論

通過CFD分析比較單側與雙側進膠點膠閥出口處壓力及點膠閥出膠效果實驗對比可以得到如下結論：（1）新型雙側進膠點膠閥提高了進膠速度，可及時填充閥門運動造成的閥室增大的容積減少膠體產生真空包的問題；（2）新型雙側進膠點膠閥兩端對稱進膠的方式提高了進膠壓力不僅減少點膠閥產生氣泡的問題，而且改善斷膠的現象。

[1] 智妍咨詢.中國點膠機行業市場規模及需求量情況[EB/OL].(2018 -10)http://www.chyxx.com/industry/201810/687186.html.

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

[3] 林和德,董楸煌,溫明生.新型“負壓反饋”回吸頂針式點膠閥的設計[J].制造業自動化,2016,38(9):126-130.

[4] 胡坤,胡婷婷,馬海峰等.ANSYS Fluent實例詳解[M].北京:機械工業出版社,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:電子工業出版社,2018.

[6] 邱中全,郭常寧.電子組裝噴射點膠過程流體特性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

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1671-7988(2021)02-132-03

李高強，碩士，就讀于西華大學汽車與交通學院，研究方向為新能源汽車整車熱管理。

楊燕紅（1970-），女，碩士，高級工程師，碩士研究生導師，就職于西華大學汽車與交通學院，主要研究方向為新能源汽車、汽車電控技術、自動化技術。

四川省科技計劃項目（18CGSF0120，2019YFG0297）;四川省重大科技專項項目（2019ZDZX0002）。