塑料翹曲變形分析及解決方案-wenkub
2022-11-05 16:40:31 本頁面
【正文】 型復(fù)合材料薄板，在成型過程中會發(fā)生翹曲變形，在使用過程中隨著環(huán)境溫度變化，將會繼續(xù)變形 。 , , 研究了塑料冷卻、分子取向松弛和結(jié)晶性能 (對結(jié)晶材料 )所造 成 的 收 縮 ， 將 收 縮 /翹 曲 特 性 與 材 料 熱 膨 脹 系 數(shù) 聯(lián) 系 起 來 ， 并 認(rèn) 為 收 縮 /翹曲結(jié)果依賴于分子和纖維取向、壓力和溫度分布、殘余應(yīng)力等的正確預(yù)測。在 此 基 礎(chǔ) 上 ， , 和 突破了傳統(tǒng)設(shè)計方法中先給定產(chǎn)品幾何形狀，通過反復(fù)試 差 ，在 一 定 范 圍 內(nèi) 選 擇 變 量 的 定 性思 維 。在流動過程中 ，平 行 于 流 動 方 向 取 向 比 垂 直 于 流動 方 向 的 取 向 要 大 ，從 而 導(dǎo) 致 各 向 異 性收縮和翹曲變形，并根據(jù)這些原則對塑料進(jìn)行改性，以減少翹曲變形程度。他指出，不正確的產(chǎn)品設(shè)計所導(dǎo)致的翹曲是最 嚴(yán) 重 的，幾 乎 不 可 能 通 過 成 型 工 藝 條 件 來 修 正，不 均 勻 壁 厚 、筋板 、浮 雕等都能引起不均勻收縮，從而導(dǎo)致制品翹曲 。 (3)從理論上 對 翹 曲 變 形 進(jìn) 行 定 性 和 定量 的 研 究 。 (3)翹曲變形數(shù)值模擬必須與精確的試驗(yàn)測試手段相結(jié)合，在這方 面 存 在著 較 大 的 難 度 。相比之下，翹曲變形的研究工作遠(yuǎn)不及流動、保壓、冷卻、應(yīng)力 等 模 擬研 究 那 么 早 ， 而 且 進(jìn) 展 較 慢 。對 于 這 些 影響 因 素 ，設(shè) 計 人 員 很 難 予 以 全面 考 慮 ，因 此 ，有 必 要 對 翹 曲 變 形 進(jìn) 行 數(shù) 值 模擬，預(yù)測制 件 變 形大 小 ， 以 指 導(dǎo) 實(shí) 際 生 產(chǎn) 過 程 。另外，模具結(jié)構(gòu)對翹曲 變形很有影響。首 先 是 塑 料材 料 及 添 加 劑 。塑 料 取 向 能 力 和 結(jié) 晶性 能 顯 著 影 響 翹 曲 變 形 ，取 向 材 料 比 未取向材料更容易翹曲，結(jié)晶型聚合物翹曲變形傾向比無定型聚合物的要大，如果聚合物中有添加劑 (如色料 )，則會加大注塑制品翹曲變形程度。澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)設(shè)置、排氣性能好壞、模具頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計等都能影響制品 取 向 與 收 縮 ，從 而 顯 著 影 響 制 品 出模 后 的 翹 曲 變 形 。 自 20 世 紀(jì) 中 葉以 來 ， 塑 料 流 變 學(xué) 、 材 料 學(xué) 、 數(shù) 值 計 算方 法 和 計 算 機(jī) 技術(shù)的突飛猛進(jìn)為塑料模 CAE 技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造了有力條件。 導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因有很多方面 :(1)翹曲變形模擬與注塑流動、保壓、冷卻等階段的研究發(fā)展?fàn)顩r有關(guān)。 縱觀整個注塑成型研究歷程，翹曲變形的研究己成為了注塑成型 CAE 技術(shù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。 翹曲變形的產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)研究 翹曲變形的產(chǎn)品設(shè)計方法學(xué)研究，最開始是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，從定性角度分析影響注塑制品翹曲變形的因素，探討減少翹曲變形的方法。在模具設(shè)計中，無論是對何種材 料 ，最 重 要 的影 響 因 素 是 模 具 澆 口 大 小 和 位 置 。九十年代初 ， MOLDFLOW 公司的 分析了注塑制品產(chǎn)生翹曲變形的原因，并從塑料材料選擇 (主要考慮結(jié)晶性能、取向性能、成型收縮性能 )、注塑產(chǎn)品設(shè)計 (主要指壁厚 )、注 塑 模 具 設(shè) 計 (包 括 澆 口 位置 和 流 道 尺 寸 、冷 卻 流 道 尺 寸 與 布 置 )、注塑成型工 藝 條 件選 取 等 方 面 探 討 減 少 翹 曲 變 形 的 方 法 。為 了 研 究 不 均 勻 收 縮 而 產(chǎn) 生 的 翹曲 變 形 ，他 們 將 壁 厚 、充 模 時間 、保 壓 時 間 、熔 體 溫 度 、模 具 溫 度 、保 壓 壓力作為優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計變量，采用基于優(yōu)化的基因算法和 TAGUCHI 法求解減少翹曲變形 的 優(yōu) 化問 題 ， 并 給 出 注 塑 制 品 的 理 想 厚 度 和 體積 。, , K. Sarkar 等試驗(yàn)研究了不同材料和壁厚平板的收縮和翹曲特征。并提出基于層狀薄板理論預(yù)測制品形狀變化的數(shù)學(xué)模型。(2)薄壁磁盤翹曲明顯而厚壁磁盤不易翹曲，且翹曲大小與測量翹曲時的溫度 有 關(guān) 。從 現(xiàn) 有 己 發(fā) 表 的 文 獻(xiàn) 來 看 ，比 較 成 熟 的 理 論是 :翹曲變形與不均勻的收縮有關(guān)，由于收縮的不均勻而導(dǎo)致應(yīng)力分布的不均 勻 ，從 而 導(dǎo) 致 翹 曲 的 發(fā) 生 。 和 首次對不同牌號 HDPE 在 不 同 冷 卻 時 間、 模 具 溫 度 、 熔 體 溫度 和 注 射 壓 力 下， 采 用 不 同 澆 口 尺 寸 測 試其 收 縮 情 況 ， 得 出 80%收縮與制品厚 度 和 澆 口 尺 寸 有 關(guān) ， 20%收 縮 與 成 型 條 件 有 關(guān) 的 結(jié) 論 。 , 和 通 過 大 量 試 驗(yàn)， 發(fā) 現(xiàn) 影 響 收縮大小的工藝參數(shù)依次是保壓壓力、冷卻時間、模具溫度、最大注塑壓力、熔 體 溫 度 、收 縮 與 成 型 參 數(shù) 呈線 性 關(guān) 系 ，建 立 了 磁 盤 和 平 板 的 收 縮 模 型 。 介紹了Tmconcept 公司收縮評估軟件，該軟件考慮了成型工藝條件、流動取向、模具外形等影響收縮的主要因素，并認(rèn)為僅用 PVT 數(shù) 據(jù)的 簡 化 收 縮 模 型 計 算涉 及 諸 如 取 向 、各 向 異 性 等影 響 因 素 的 復(fù) 制 品 的 收 縮 是 不 正 確 的 。該模型考慮到材料體積收縮、應(yīng)力松弛和取向，通過試驗(yàn)和線性回歸方法獲得制品收縮與這些影響因素之間的關(guān)系。 . Walsh 和 等 在收 縮 預(yù) 測 基 礎(chǔ) 上 ， 將收縮應(yīng)變輸入通用結(jié)構(gòu)分析程序，通過線性或非線性分析計算翹曲變形。 翹曲變形研究方法的比較 以上總結(jié)的三種研究翹曲變形的方法各有特點(diǎn)，各有優(yōu)劣，并可互為補(bǔ)充 ，產(chǎn) 品 設(shè) 計 方 法 學(xué) 將 工 程 優(yōu) 化 思 想用 于 產(chǎn) 品 設(shè) 計 、模 具 設(shè) 計 和 成 型 工 藝 參數(shù) 選 擇 上 ，以 減 少 翹 曲 變 形 。但 是 試 驗(yàn) 方 法 能 研 究翹 曲 變 形 的 成 型 機(jī) 理 ，以 指 導(dǎo) 實(shí) 際 生 產(chǎn) ，并 且是驗(yàn)證數(shù)值模擬軟件可靠性的重要手段，以幫助提高模擬軟件的分析精度。因此完整、嚴(yán)格的翹曲分析軟件必須綜合考慮上述各種因素及影響。 正 因 如 此 ，對 成型 塑 件 翹 曲 變 形 及 應(yīng) 力 的 分 析 已 在 CAE領(lǐng)域引起了廣泛的重視和研究熱情。 對熱傳導(dǎo)方程， 采用每個結(jié)點(diǎn)六個自由度的三角形板單元的有限元分析方 法 ，在 己 知 塑 件 上 、下 表 面 的 溫 度 差 及 塑件 的 溫 度 場 分 析 ，以 及 各 向 異 性的材料的力學(xué)性能，塑件的收縮率及由剪應(yīng)力引起的初始應(yīng)力的條件下，可通過求解上 述 方 程來 實(shí) 現(xiàn) 翹 曲 的 預(yù) 測 和 模 擬 。這一階段分析常采用不可壓縮的非等溫牛頓流體流動的 He 1 eShaw 模型，其控制方程為 : ③ 對 注 射 成 型 的 壓 實(shí) 過 程 進(jìn) 行 分 析 ， 計 算 出 型 腔 內(nèi) 的 壓 力 和 溫 度 的 分布，以及塑件熔體的密度、流動速率、壁剪切應(yīng)力和體積收縮的分布情況。塑 件 的 纖 維 取向與注射成型過程及保壓密切相關(guān)。 在完成以上五個方面的準(zhǔn)備工作后，有機(jī)地把這幾個方面結(jié)合起來，通過對注射成型過程集成分析的方法，就可以實(shí)現(xiàn)對注塑過程的翹曲分析。 由于 翹 曲
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