隨著塑料合成技術(shù)的發(fā)展,塑料的力學(xué)性能得到顯著提高,在工程方面的應(yīng)用日益廣泛。在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其它有尺寸配合要求的場(chǎng)合,塑件的形狀尺寸精度往往很高,要求達(dá)到精密甚至超精密級(jí),因此從事注塑成型加工領(lǐng)域研究的科研人員一直在努力減少注塑制品收縮率預(yù)測(cè)的誤差,以縮短注塑模具制造周期和提高注塑制品合格率。



1、收縮率預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合方法



起初,人們把注意力集中在注塑工藝條件的波動(dòng)對(duì)收縮率所產(chǎn)生的影響上,進(jìn)行大量的注塑實(shí)驗(yàn),試圖找出注塑工藝條件與收縮率之間的定量關(guān)系。



在積累了一定的經(jīng)驗(yàn)后,有學(xué)者提出用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的方法來預(yù)測(cè)實(shí)際生產(chǎn)條件下的注塑制品收縮率,其基本思想是通過多因素正交實(shí)驗(yàn)測(cè)量某種塑料在不同的料筒溫度、注射壓力、注射時(shí)間、保壓壓力、保壓時(shí)間、模具溫度、模內(nèi)冷卻時(shí)間等工藝參數(shù)下的收縮率,根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合出收縮率與各工藝參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。



在應(yīng)用時(shí)將實(shí)際注塑生產(chǎn)所采用的各工藝參數(shù)值代入對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式,得到各自對(duì)應(yīng)的收縮率數(shù)值,對(duì)其進(jìn)行加權(quán)平均,便得到模具設(shè)計(jì)者所需要的“實(shí)際收縮率”。
但是一則當(dāng)實(shí)際注塑制品的形狀尺寸以及澆口的數(shù)量、位置、大小與實(shí)驗(yàn)情況不同時(shí),制品內(nèi)部的壓力分布情況以及溫度分布情況會(huì)與實(shí)驗(yàn)時(shí)不同,從而使實(shí)際注塑工藝條件與實(shí)驗(yàn)時(shí)的注塑工藝條件之間不具有可比性;二則這種方法沒有考慮制品收縮過程中的模內(nèi)限定效應(yīng),所以用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的方法預(yù)測(cè)收縮率難以推廣應(yīng)用。

2、收縮率預(yù)測(cè)的數(shù)值模擬方法



為了較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)收縮率,必須考慮模具成型結(jié)構(gòu)對(duì)注塑制品收縮率的影響,而模具成型結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的,無法用幾種典型結(jié)構(gòu)來代表,即不可能依靠實(shí)驗(yàn)來確定模具成型結(jié)構(gòu)與制品收縮率之間的定量關(guān)系,于是用計(jì)算機(jī)對(duì)注塑成型過程進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬的研究工作日益增多,成為聚合物加工科學(xué)中發(fā)展很快的前沿研究領(lǐng)域。



對(duì)注塑成型過程的數(shù)值模擬始于二十世紀(jì)60 年代。二十世紀(jì)90 年代以后,流動(dòng)、保壓、冷卻分析的計(jì)算逐步成熟,許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上開始預(yù)測(cè)注塑制品的形狀尺寸,即進(jìn)行翹曲分析。



其計(jì)算過程為: 保壓過程結(jié)束后,根據(jù)塑料的可壓縮系數(shù)、熱膨脹系數(shù)與結(jié)晶動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算注塑制品的壓力變化與溫度變化所應(yīng)產(chǎn)生的熱收縮與結(jié)晶收縮,但并不使收縮應(yīng)變發(fā)生,而是把收縮應(yīng)變轉(zhuǎn)化為等效的節(jié)點(diǎn)載荷,再應(yīng)用彈性模型或粘彈性模型求解等效載荷作用下注塑制品的響應(yīng)。



如果注塑制品上、下表面的冷卻條件不同,則厚度方向的溫度與應(yīng)力分布將不對(duì)稱于中間層而使注塑制品有彎曲變形的趨勢(shì)。由于在模具型腔的約束下注塑制品的彎曲變形不能發(fā)生,于是將其轉(zhuǎn)化為殘余應(yīng)力并作為脫模以后的初應(yīng)力;制品脫模后,應(yīng)用彈性模型或粘彈性模型求解在初應(yīng)力載荷與溫度等效載荷作用下注塑制品發(fā)生的變形。