注塑制品翘曲变形结构性影响因素的研究

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当注塑制品内部应力的不均衡性超过其刚度时,就会发生翘曲变形。翘曲变形作为衡量产品质量的一个重要指标,受到了越来越多的关注和重视。目前,大多数注塑制品的设计和制造隶属于不同部门,甚至不同的公司。因此,针对产品的翘曲变形,产品设计工程师做的并不多。如果在模具设计之前,通过优化产品的结构来降低或消除翘曲变形,就可以减少修模、试模的次数,缩短产品的量产周期。本文针对注塑制品的翘曲变形,重点研究了结构设计中加强筋和壁厚对翘曲变形的影响规律,并结合实际制品对其进行验证和修改。本文的主要工作如下:(1)、在系统学习注塑制品翘曲变形理论的基础上,研究制品结构对翘曲变形的影响机理。对于制品结构,可以通过以下两点降低翘曲:设置加强筋,以提高制品的刚度;调整局部壁厚,以优化充填模式,降低制品的残余应力。(2)、针对注塑制品的翘曲变形,研究加强筋对翘曲变形的影响。加强筋的截面尺寸参数对翘曲的影响利用正交实验法研究加强筋的截面尺寸因素对翘曲变形和缩痕深度的影响。通过对实验结果的极差分析,找到最优水平组合及评价加强筋的各个截面尺寸因素对翘曲和缩痕的影响程度。分析结果表明:在截面尺寸因素中,加强筋的底部厚度TF和高度H是影响翘曲和缩痕的主要因素,而拔模斜度对两者的影响很小。针对翘曲和缩痕得到两种优化组合,即当对翘曲要求比较高时,就选择TF4H4A1,即设计加强筋的底部厚度为0.7T(T为塑件基本厚度,以下相同),高度为4T,拔模斜度为0.25°,塑件的翘曲量小;当对外观要求比较高时,就选择TF1H1A4,即设计加强筋的底部厚度为0.3T,高度为1T,拔模斜度为1.50°,缩痕浅。加强筋的间距对翘曲的影响由分析结果绘制的曲线显示:随着加强筋间距的增大,塑件的翘曲量逐渐增大,当加强筋间距超过5倍基本壁厚以后,曲线基本呈水平状态,即超过此值以后,加强筋间距的增大对翘曲基本不产生影响。因此,加强筋的间距越小,塑件的翘曲越小,但加强筋过密又将增加材料的使用量,所以加强筋的间距可以根据实际需要最好设置在3~5倍基本壁厚之间。加强筋的走向对翘曲的影响加强筋方向与料流一致时,在填充过程中,加强筋起导流作用,可减少填充过程中的阻力,亦有利于后期的保压补缩,从而减小翘曲;而采用与料流方向垂直的加强筋,则增加了料流填充的阻力,也不利于后续的补缩,区域收缩差异大导致翘曲大。采用辐射状加强筋,不仅起到导流作用,还可有效的减少熔体的流动长度,亦可减小翘曲。加强筋的布局对翘曲的影响针对同一产品,在加强筋的截面形状、体积相同的情况下,研究了正三角形、正四边形、正六边形三种形状的加强筋对翘曲的影响。分析结果显示,采用正四边形的加强筋时该产品的翘曲最小,试模样品的翘曲量和分析结果基本一致。(3)、针对注塑制品的翘曲变形,研究壁厚对翘曲变形的影响。壁厚对翘曲的影响不论是结晶性塑料还是无定形塑料,在许可的范围内,塑件的壁厚越小,其翘曲量越小。对结晶性塑料来讲,塑件的壁厚在1.5mm~2.5mm和4.0mm~6.0mm时,随着壁厚的增大,塑件的翘曲量变化很小;对无定形塑料来讲,塑件的壁厚在1.4mm~3.0mm时,随着壁厚的增大,塑件的翘曲量变化很小。塑件的壁厚应优先选择在这些范围内。不同壁厚的过渡形式对翘曲的影响不同壁厚之间常用的过渡方式为倒角和圆角。研究结果显示,倒角角度对翘曲影响不大,过渡形式为圆角时翘曲最小,也有利于模具加工。改变局部壁厚降低翘曲在成型充填的过程中,增加局部壁厚就形成了导流器,减小局部壁厚就形成了节流器。模拟研究发现,通过调整局部壁厚,达到充填平衡,使压力、温度分布均匀,从而使收缩趋于一致,降低翘曲。
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