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注塑成型制品收缩率预测理论与方法的研究

祝铁丽  
【摘要】: 精密注塑成型制品以其质量轻并且具有优良的综合机械性能而在电子、航空、汽车、通讯等工业部门获得日益广泛应用。在这些应用场合,不仅要求塑料制品的精度高,而且塑料制品形状也比较复杂,这使得对注塑成型制品收缩率的控制变得十分重要。本文针对注塑成型制品的收缩率分布预测,进行了理论分析、数值模拟、实验验证等一系列较为系统的研究,主要内容如下: 1.分析了目前已有注塑成型制品收缩率预测方法在生产实践中应用受限的问题所在,提出预测注塑成型制品收缩率不均匀分布的新思路。首先通过分析注塑成型制品的收缩机理,掌握注塑成型制品的收缩规律,以此为基础,依据注塑成型制品的形状尺寸、浇注系统的形状尺寸以及模具冷却回路的分布,对理想注塑工艺条件下的注塑成型过程进行数值模拟得到注塑成型制品收缩率分布趋势,然后结合塑料供应商所提供的注塑材料平均收缩率,给出注塑成型制品各点的收缩率预测值。 2.根据注塑成型过程中高分子的运动特点,提出注塑成型制品的各点在收缩过程中将沿其流动路径进行收缩的观点。当注塑成型制品产生熔接痕时,熔接痕上的点的收缩方向及大小,由产生此点的两条流动路径对此点的收缩力的合成矢量所决定。当注塑成型制品上某点沿其流动路径的收缩受到模腔的直接阻碍时,此点所能发生的收缩是其沿流动路径的收缩位移在此处模腔边界方向上的分量。 3.以流体力学的基本方程为基础,结合注塑成型的特点建立了描述注塑成型制品流动与传热过程的控制方程。 4.考虑高分子聚合物的松弛效应,对表达塑料稳态P-V-T(Pressure-Volume-Temperature)关系的传统Tait方程进行修正,得到能够反映塑料冷却速率对其比容值影响的P-V-T状态方程,使得在冷却速率恒定的情况下所测的P-V-T数据,能够应用于冷却速率不断发生变化的注塑成型过程中的比容值计算。 5.提出一种能够比较简便地确定注塑成型充模过程中塑料熔体前沿位置的当量距离法,其当量距离是根据流动方向改变程度对注塑成型制品上各 。。X距其浇口的最短流动距离进行修小而得到。 6.根据当量距离法所预测的充模过程中不同时刻的塑料熔体前沿位 ”泞,将模腔内的塑料熔体流场划分为山浇厂起始的义十条流动路径,各条流 动路径与不同时刻的熔体前沿位置的交点作为计算网格节点。这种从浇口出 发、依着流动区域边界形状划分计算网格的流动路径分析法,具有物理概念 清晰、编程方便、减少计算程序的内存占有量等优点。 7.应用“格林函数”的概念,提出以叠加点源影响场的方法获得模壁 温度的分布趋势,得到注塑成型制品的模内温度边界条件。 8.采用有限差分法求解描述注塑成型过程的控制方程组,研制了流动、 保压、模内冷却与模外冷却过程的数值模拟程序。在注塑成型制品内部某点 压力下降至等于大气压力以后,将其比容随温度下降而缩小的程度反映为收 缩路径上网格步长的缩短程度,计算在模内冷却与模外冷却过程中注塑成型 制品各点空间位置的变化。最后将数值模拟所得到的注塑成型制品收缩率分 布趋势与塑料供应商所提供的注塑材料平均收缩率相结合,得出注塑成型制 品各点的收缩率定量值。 9.应用上述方法对具体注塑成型制品的收缩进行预测,预测结果与 注塑成型制品收缩率的实测结果一致,表明本文的理论与计算方法能够正确 预测注塑成型制品各点的收缩差异情况,能够为精密注塑模具的设计与制造 提供理论依据。


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