喷头流道结构参数对高黏度含能材料直写成型3D打印挤出过程稳定性影响

为了研究直写成型技术(DIW)中挤出系统的喷头流道结构参数(锥角角度、出口直径、成型段长度)对含能材料挤出过程的流体流动影响,研究建立了基于Polyfow Extrusion模块的高黏度含能材料挤出模型,并采用直写成型3D打印工况的挤出实验对其进行了验证。研究通过所建立的模型分析了锥角角度范围90°~130°,出口直径0.75~2 mm以及成型段长度5~20 mm对高黏度含能材料挤出过程的影响。结果表明:采用Polyflow Extrusion模块可以较准确地模拟复合含能材料的流动行为,同时发现锥角为100°、喷头出口直径为1.5~1.75 mm时挤出成型过程相对稳定、挤出膨胀较小,且成型段的增长会在增大所需入口压强的同时减小出口膨胀效应。

双基发射药螺杆挤压成型过程的模拟分析

通过CFD仿真技术,应用MRF和滑移网格模型对双基发射药螺杆挤压成型过程进行数值模拟。由于塑化后的发射药属于假塑性流体,模拟中通过UDF引入发射药表观黏度系数的实验数据,采用层流模型模拟得到了发射药在螺杆挤压装置内瞬态和时均的流场信息。模拟结果分析显示,采用文中设计的螺杆结构,在设计工况下挤压孔口流速分布均匀,其值随时间变化幅度较小,可以保证双基发射药稳定地挤压成型,成型截面较为规则。运行中螺杆根部存在负压区对螺杆的功耗和振动都会有一定影响,可以通过调整料斗位置和料斗内螺旋导板的旋向加以改善。螺杆表面受力以压力为主,静压强的最大值比表面切应力大了2个数量级。