长条状注塑件翘曲预测的数值模拟

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随着对注塑制件精度要求的不断提高,翘曲作为成型缺陷受到越来越多的关注。其形成原因很多,且相互耦合影响使得分析非常困难。长条型注塑件长度尺寸大,导致翘曲成为其最突出的成型缺陷,并且变形难以控制。注塑成型过程中,聚合物在冷却至固化温度以下时仍具有塑性变形能力,但其相对于熔融态的塑性变形而言很小,以往处理方式是将其忽略或采用有误差的应力松弛模型表征。这对普通制品而言并不会影响其分析精度。但是对长条状制件而言,其在长度方向上尺寸大,在该方向上塑性变形累加后会产生明显的翘曲。故本文在考虑这一问题的基础上,运用数值方法对长条状塑件成型过程中的保压冷却阶段进行翘曲分析。造成翘曲的直接原因是残余应力分布不均而导致截面上各部分收缩变形不一。而残余应力可分为流动残余应力和热残余应力,后者比前者大一个数量级左右,故可认为热残余应力是导致的翘曲的主要原因。本文通过数值模拟分析保压冷却阶段的热应力发展状态来预测翘曲。首先,基于注射成型机理提出适当的假设,将长条型注塑件沿长度方向离散,并将离散后的截面作为分析模型来简化计算。其次,确定合理的计算步长、初始条件和边界条件,运用热传导原理和有限元方法,计算二维瞬态温度场。再次,建立Maxwell基础上改进的四元件模型来表征聚合物在玻璃化温度下的力学变化和塑性行为,模拟分析制件在型腔内的应力、应变及蠕变的发展规律。然后,塑件降至室温,通过应力等效力矩求得弯曲曲率,进而插值拟合杆件曲率方程,最终得到塑件的翘曲。此外,考虑固化后聚合物的粘弹特性,并用预变形值反演推算,拟合粘壶参数来表征材料在固化后的塑性变形能力,保证固化阶段应力计算的精确性。最后,通过编写该理论的C++程序代码实现对长条型塑件的翘曲预测。再对比实际生产中的预翘曲变形,证明该数值方法的可行性。并分析保压压力、模具温度和冷却时间对模内蠕变和翘曲结果的影响。
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