注射压力对塑件残余应力和翘曲变形的影响

注射压力对塑件残余应力和翘曲变形的影响　摘　ｚｃ）．　６７　压力对塑件残余应力和翘曲变形的影响。通过数值算例比较７模壁温度、压力对塑件　残余应力、翘曲变开ｊ的影响程度。　关键词１　５Ｉ言　阿　嫌　残余应力　貅　肋　翘曲变开ｊ　塑件　目　ｒ丘　．　、ｊ塑　段对翘曲都有不同程度的影响．所以人们只　有在完成流动、保压、冷却分析的基础上才有　精力、有条件全面系统地研究翘曲变形的机　４　翘　翘曲变形是注射制品常见的一种缺陷。　形　注射过程中产生的应力作用于制件，使其产　生变形，平行边的变形称为翘曲，对角边部分　的变形称为扭曲　。翘曲作为塑件变形的重　要特征之一，其研究极具工程价值。　塑件残余应力和翘曲变形分析是注射模　谢ＣＡＥ技术发展到一定阶段的产物。因为翘曲　变形的影响因素很多，几乎与整个注射成型　其一　加工过程有关，如塑料料粒塑化、流动充填、　保压、冷却、脱模、脱模后冷却到室温各个阶　收藕日期：１９９８年１２月１０日　理及其数值模拟。注射模ＣＡＥ中，流动、保压　分析主要利用流体力学的知识，冷却分析主　要是传热学的知识．结晶、取向分析主要应用　材料科学的知识，而翘曲分析更多地应用固　体力学的知识。　一　跳　现阶段的残余应力和翘曲变形数值模拟　有以下特点：①残余应力研究以热残余应力　为主，忽略流动残余应力的影响；＠塑料原料　考虑了纤维增强塑料、非晶型塑料和结晶型　塑料。纤维增强塑料的理论基础是复合材料　一　了　表１管子弯头壁厚减薄■　弯管半径Ｒ　减薄量ｂ　ｌ１　４Ｄ≤异＜２Ｄ　２Ｄ≤Ｒ＜２　５Ｄ　２　５Ｄ≤Ｒ＜３Ｄ　３Ｄ≤Ｒ＜３．５Ｄ　Ｒ≥３．５Ｄ　ｆ　６≤０　Ｉ４Ｓ　５≤０．１２Ｓ　６≤Ｏ１０５　６≤０．０８Ｓ　ｂ≤０．０６Ｓ　注　Ｄ为管于外径　Ｓ为管子实际壁厚　表２管子弯头籼度　弯管半径Ｒ（ｍｍ）　１．４Ｄ≤Ｒ＜２Ｄ　２Ｄ≤Ｒ＜２　５Ｄ　２．５Ｄ≤Ｒ＜３Ｄ　ｓ。≤Ｒ＜，ｓ．Ｄ１　≥，ｓ。　椭圆度ｎ　注：Ｄ为管子外径　ｄ≤１２％　Ⅱ≤１Ｉ％　口≤９％　口≤８＊　ｌ　４≤６％　综上所述．图３所示弯管模具应用于弯　管机上是可行的．它不仅扩大了一般弯管机　的加工范围，而且从经济角度及其￣ｇ７－Ｉ艺　性来说，也均优于同类弯曲模。　维普资讯 http://www.cqvip.com

力学，非晶型塑料和结晶型塑料的理论基础　是粘弹性力学；＠本构关系以粘弹性为主，取　向效应明显时按正交各向异性处理。通常按　各向同性处理；④翘曲变形的数值计算以有　限元法为主，能够计算形状复杂的塑件；＠逐　步与流动、保压、冷却分析等模块集成，综台　考虑工艺参数、模具结构、塑件形状等因素对　残余应力和翘曲变形的影响。　郑州工业大学以其自主版权的Ｚ－ＭＯＬＤ　软件为基础，利用大连理工大学的结构分析　程序ＪＩＧＦＥＸ９５，初步完成了塑件翘曲变形　分析程序，其特点是利用热粘弹本构关系求　懈塑件的热残余应力，研究对象是非晶型和　结晶型塑料制件，以残余应力为基础，用有限　元法计算了塑件的翘曲变形。本文作为该翘　曲变形分析程序的一个应用，研究了压力对　ＰＳ板状塑件残余应力和翘曲变形的影响。　２数值求解方法　翘曲变形的影响因素很多，数值解法将　较全面地考虑这些因素：塑料种类、材料性能　的影响用Ｐ—ｖ　Ｔ关系、剪切松驰模量等物　性值描述；塑件几何形状的影响用单元刚度　阵来表征；模具结构、注射工艺条件的影响通　过流动、保压、玲却分析，用塑件的温度变化、　压力分布对残余应力的影响来描述。这样考　虑之后，翘曲分析程序重点研究了塑件温度　场的求解、热粘弹性本构关系下塑件热残余　应力和翘曲变形的计算求解。其中的流动、保　压、冷却分析模块以数据文件的形式将保压　分析得到的压力分布作为已知输入，模具冷　却分析得到的数据作为塑件温度场求解的初　始条件、边界条件；应用二维热粘弹性本构方　程的递推公式，用４节点等参壳元在　ＪＩＧＦＥＸ９５环境中完成结构分析，获得塑件　的残余应力分布和翘曲变形量，翘曲分析求　解框图见图ｌ。　翘曲变形分析中塑件温度场求解、残余　应力计算、翘曲变形结构分析所采用的数学　模型，这里不再重复，仅给出ＰＳ的移位函数　（模具工业）１９９９．Ｎｏ．７总２２１　压Ｉ力分布　模壁温度分布　塑辩褪度分布　热膨胀幕披等　图１翘曲分析求解框图　（Ｔ）的表达式及其Ｐ．ｖ．Ｔ关系、热膨胀系　数　（Ｔ）的表达式。　ＰＳ移位函数　（Ｔ）表达式为　：　』１。ｓ　＝等矗ｊ＿　Ｔ≥Ｌ　㈩　【≠＝ｅｘｐｋ，ｒＴ—Ｌ）］Ｔ＜　式中Ｔ　——融化温度　Ｔ，——参考温度　ｃ　、ｃｒ材料常数　Ｔ——温度　Ｔａｉｔ’ｓ方程表示的ＰＳ双域Ｐ．ｖ—Ｔ关　系为…：　Ｖ（Ｐ，Ｔ）＝ｖ（０，Ｔ）Ｉ１’　０．０８９４ｉｎ（１＋　ｌ　Ｐ／Ｂ（Ｔ））１　ｆ　Ｖ（０，Ｔ）＝ｄ１＋口２Ｔ　（２）　Ｂ（Ｔ）＝Ｂ￣ｅｘｐ（Ｂ１Ｔ）　Ｔ　＝Ｔ，＋ｓＰ　上式中，ｎ　、ｎ：、Ｂ　ｏ、Ｂ　Ｔ，、ｓ为材料常　数，当温度Ｔ大于Ｔ…时用液态（熔融态）　的参数，否则用固态（玻璃态）的参数。　热膨胀系数：　（Ｐ，ｒ）：　（３）　这样，温度、压力对残余应力和翘曲变形　的影响可通过热膨胀系数、热应变等参数的　变化表征。　３算倒　４　ＰＳ剪切模量Ｇ　（ｔ）＝１０　＋∑ｇ，ｅｘｐ（一　１　军富　维普资讯 http://www.cqvip.com

＜模具Ｉ业＞１９９９．Ｎｏ．７总２２１　／ｒ。），其中的材料常数见表ｌ　移位函数式　见表３　２９　（１）中的材料常数见表２　，Ｔａｉｔ’Ｓ方程式（２）　表示的ＰＳ双域Ｐ．ｙ．Ｔ关系中各材料常数　衰１　ＰＳ松驰材料常数　１　２　３　对模具、聚合物在厚度方向离散用以完　成ＰＳ板的温度计算。模具两侧是指定节点温　衰２　ＰＳ移位函数的材料常数　ｒ－‘ｓ１　（Ｐａ）　ｌ０　１　１０　１　０６×ｌ　１０　１　０６×ｌＯ＇　１．０８×１０＇　（Ｋ）　口，（Ｋ　）　１３　３７　５１　０６　０．０６２４２　Ｌ（Ｋ）　丁，（Ｋ）　３７３　３６３　衰３　ＰＳ的Ｔａｉｔ’ｓ方程中各材料常数　材料常数　Ａ　（Ｉ＿ｌ｜　Ｂ　）　４：Ｉ　ｇ·Ｋ　）　Ｂ。‘Ｐａ）　２．５３×　３　５３×１０＇　Ｂ　（Ｋ‘。）　一４　０８×１００　‘Ｋ·Ｐａ　）　５．１×１０一　Ｔ　【ｌ　３７３　９　７２×１０　９　７２×１０　５　４４×１０。　２　２４×１０一’　—３０×１０　度值的第ｌ类边界条件，两侧的模壁温度　Ｔ　Ｔ　：取不同的值，以考虑沿厚度　方向　的温度差异，即关于中面不对称的温度分布　造成的ｚ向变形。计算时。设左侧温度Ｔ　＜了１一Ｔ　—Ｔ　的温度差值分别取４４．４＂Ｃ、　３３　３℃、２２．２＂Ｃ、１１．１℃、０＂Ｃ：Ｔ　ｌ取５０℃；　聚合物厚度方向的温度分布见图Ｌｃ从图中　可知，模壁两侧的温差越大．聚合物沿厚度方　向的温度分布关于中面产生的不对称也越明　显。　表４是当了１　取５０℃时，不同压力下制　件厚度方向的残余应力。从表４知．同一压力　下，温差４４．４＂Ｃ变化到２２．２＂Ｃ，最大的残余　初始温度均匀，取２３０＂Ｃ。模具的热物性参数　为　Ｉ　：３６．３Ｗ·ｍ　·℃－１。ＣＰ＝４８６Ｊ·　ｋｇ　·℃－１，ｐ＝７　７５３ｋｇ·ｍ－３。聚合物的热　物性参数为　＝０　ｌ７ｗ·ｍ　·℃～．Ｃ　＝２　ｌＯ０Ｊ·ｋｇ叫·℃－Ｉ．ｐ＝９７６ｋｇ·ｍ一。　应力　的变化在１６％左右。在给定的温差　下，对于所给的压力范围，最大的残余应力　的变化在７％左右。因此相对温度变化而言，　压力对残余应力的影响较小。　当冷却时间ｆ＝５ｓ时．不同模壁温差下，　在残余应力计算的基础上计算了塑件的　ＭＰ　Ｐ＝４　衰４不同压力下钠件厚度方向的残余应力口　Ｐ＝０　Ｐ＝２　Ｚ，＾　４４　４℃　２２　２℃　—１６３．０２　一ｒ３２．９０　４４．４＂Ｃ　—１２７．８５　—１０６　９３　２２．２℃　—１５２　０６　—１２３　９７　４４．４＂Ｃ　一ｌ２０　０３　一ｌ００　４１　２２　２℃　—１４２　８３　一ｌｌ６　４５　０．５　０．４　—１３７．１６　一ｌ１４．７０　０．３　０　２　０　ｌ　０　０　０　ｌ　０．２　—９２　２３　—６９．７７　一４７．３１　２４　８５　２　３９　—２０．０７　—１０２．７８　一扎６６　—８６．０２　—６５１０　—４４．１８　２３　２３　２　３５　一１８　５７　—９５　８９　—６７　８９　—３９　７２　１１　６３　一ｌ６　４５　—４４　５４　—８０　—６ｌ　ｌ６　—４１　５３　２１．９ｌ　２　２８　—１７．３５　一如０８　—６３　７２　—３７驺　１０　９５　一ｌ５　４２　—４１　８０　—４２．５４　１２　４３　一ｌ７　６９　—４７　８ｌ　０　３　０．４　０　５　—４２　５３　—６４　９９　—８７　４５　—７７．９３　一ｌ０８　０５　—１３８ｌ７　—３９　４９　—６０　４０　—８１　３２　—７２　６２　—１００　７ｌ　—１２８　７９　—３６．９７　一５６．６０　—７６．２２　—６８　１７　—９４　５５　—１２０．９２　注：ｚ为采用中面模型计算时厚度方向的坐标，＾为制件厚度　维普资讯 http://www.cqvip.com

《模具工业）１９９９．Ｎｏ．７总２２１　以下结论：　（１）在冷却速率一定的情况下，模壁温差　越大，产生的不对称应力越大。　ｐ　娟　（２）在模壁温差一定的情况下，高冷却速　率产生大的残余应力。　（３）在一定的压力范围内，压力对残余应　力有影响，但不及温度的作用大。　ｏ　８一ｏ　６一ｏ　２　ｏ　ｏ　２　０　４　０　６ｏ　８　（４）在适当的压力范围内，塑件的曲率因　压力的增加而有所下降。　（５）模壁温差的影响大于压力的影响，不　２向（ｒａｍ）　图ｌ　Ｔ　．＝５０Ｕ时不同温差下聚合物　厚度方向的温度分布　１温差３３．３℃２．温差２２　２℃３温差ｕ　１℃　均匀的模壁温度是制件厚度方向翘曲变形的　最主要原因。　挠度，并由此得到塑件的曲率，数值计算结果　见表５。从中可知，计算结果得到的结论与文　献［４ｌ中实验测量得到的一致，即在适当的压　力范围内．塑件的曲率因压力的增加而有所　下降，模壁温差的影响大于压力的影响。　表５制件变形的曲率值比较　ｍ　压力（ＭＰａ）　０　参考文献　注射模塑技术．　１菲恩费尔德著．徐定宁等译北京：轻工业出版社．１９９０．　２　Ｚｏｅｔｅｌｉｅｆ　Ｗ　Ｆ．Ｄｏｕｖｅｎ　Ｌ　Ｆ　Ａ，Ｉｎｇｅｎｈｏｕｓｚ　Ａ　Ｊ　Ｒｅｓｉｄｕａｌ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｔｒｅｓｓｃｓ　ｉｎ　Ｉ　ｎ＝ｅｃｔｌｏｎ　Ｍ—　ｏｌｄｅｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｃ—　ｊｅｎｃｅ．１９９６．３６（１４）：１８８６～１８９６　本文敦值解　４４．４＂Ｕ　０．４２９　ｆ　ｌ　２２　２℃　０　２１５　３　Ｒｅｚａｙａｔ　Ｍ，Ｓｔａｆｆｏｒｄ　Ｒ　０　Ａ　Ｔｈｅｒｍｏｖｉｓｅｏｅ—　ｌａｓｔｉｃ　Ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　Ｒｅｓｉｄｕａｌ　Ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｉ　ｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｅｄ　Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ．Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　０　４０１　０　３７８　　ｌ１　０　２０１　０．１８９　ａｎｄ　Ｓｃｃｉｎｅｃｅ、１９９１，３１（６）：３９３～３９８　４　Ｓａｎｔｈａｎａｍ　Ｎ．Ｗａｎｇ　Ｋ　Ｋ　Ａ　Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ａｎｄ　４结柬语　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗａｒｐａｇｅ　ｉｎ　Ｉｎ—　分析了模壁温差、压力变化对塑件残余　ｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ．ＳＰＥ　ＡＮＴＥＣ　Ｔｅｅｈ　Ｐａｐｅｒｓ．　ｆ　ｊ　＝　ｏ　＼　釉影　焊机一｛｛ｃ钩　１钩牟　壶．９９０　，３６盔：２７。　ｉ　ｊ’崭ｆ昂ｆ　，礞．　ｉ　寸　７　点焊机按钮锁紧盖　长春大学（吉林长春１３００２２）　１引言　１为按　零件的特点是除光孔与按钮芯配合外．还有　手提式点焊机按钮总成是由按钮锁紧　盖、按钮芯、弹簧、垫圈、按钮基体等组成。图　收稿日期：１９９８年７月３１日　段内螺纹与按钮基体相连接，零件外形光　滑。因此，按钮锁紧盖注射模设计时就要注意　解决脱模机构设计和浇注系统设计问题．以