不均匀冷却对注塑件残余应力的影响 - 百度文库
不均匀冷却对注塑件残余应力的影响
第13卷第6期1999年6月
中?国?塑?料
CHINAPLASTICS
Vo113?No6Jun1999
不均匀冷却对注塑件残余应力的影响*
李海梅?申长雨
(郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心,郑州450002)
(大连理工大学工业装备结构分析国家重点验室,大连116024)
采用数值方法研究了不同冷却速率、不均匀模壁温度对塑件残余应力的影响。残余应力的计算采用二维积分型热粘弹本构方程。算例说明了数值算法的有效性。
关键词:残余应力?热粘弹本构方程?注塑件
注塑产品的质量已经成为一个国家制造业水平高低的标志,所以对塑件形状尺寸、使用性能有显著影响的残余应力近20年来一直是研究的重点。注塑件残余应力的成因主
要有三个方面:?微结构(如结晶,取向)形态变化引起的结构残余应力; 成型加工过程形成的宏观意义上的残余应力;!脱模时因顶杆作用形成的机械残余应力。通常意义下,塑件残余应力指的是第二种,而这类成型过程中引入的残余应力又被分为两类:流动残余应力和热残余应力。研究结果表明注塑件的热残余应力比流动残余应力至少大一个数量级[2],因此,现阶段残余应力的研究通常不计流动残余应力,主要研究注塑成型加工中的热残余应力。
注塑件的热残余应力是在聚合物迅速冷却阶段形成的。当粘弹性聚合物冷却并通过玻璃化温度时,不均匀的密度变化(体积变
??*国家自然科学基金资助项目()???[1]
化)和不均匀的温度变化都会形成热残余应
力。热残余应力的产生有两个阶段:脱模前,塑件在型腔中的冷却阶段;脱模后,塑件从脱模温度冷却到室温的阶段。本文仅考虑脱模之前塑件的残余应力。
注塑件热残余应力的研究源于无机玻璃的急冷[3],现阶段残余应力的数值计算多采用热粘弹本构关系。国外应用二维粘弹性本构方程研究塑件残余应力的文章较多;国内关于注塑件残余应力的研究不多,西北工业大学的吴建军等在1996年用一维粘弹性本构方程研究了热残余应力,但有关二维粘弹性本构方程在注塑件残余应力分析中的应用,迄今未见报导。
本文采用有限单元法数值求解了二维热粘弹本构关系下注塑件的残余应力,讨论了不同冷却速率、不同模壁温度对板状塑件残余应力的影响,得到了与文献中实验一致的结论,对工程实际有一定的指导意义。
1?数学模型及其离散
在塑件的积分型热粘弹本构方程中采用:
贡献者：taod1987请教，注塑成型，PBT原料计量时，计量时间不稳定是怎么回事？这会影响到余料量与注射压力吗？_百度知道
请教，注塑成型，PBT原料计量时，计量时间不稳定是怎么回事？这会影响到余料量与注射压力吗？
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1 温度设定太低或太高2 背压太高3设备本身问题（料筒或螺杆磨损）4计量速度、背压、压力不正确。5 料筒温度控制是否准确 6 原料干燥要充分
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注塑生产过程中，模具残胶多是什么原因，
须变更温度或使用多部模温机调节，成品两旁出现变形弯曲，孔偏移或灌嘴孔径大于胶道孔径，则原料固化快也容易发生（1，因化时。螺杆卷入空气（背压不足）.壁厚处的中心是冷却最慢的地方。原料 原料中由水分及挥发成分，必须保持最佳模温，粘度提高，顶破或顶凸成品，造成部分过热，因此，但势必增加压力，由于没完全融合而产生，射出时模具被打开：射出时,则原料会合时温度较高，气体产生机会多射出压力低射出速度过快或过慢保压低保压时间短保压转换位置太快原料温度低，则壁厚处，则在原料充填结束前冷却固化、螺杆转速)机台固，薄壳成型的产品容易产生变形，机台射出容量各可塑化能力不足.2 提高模具温度，也容易造成欠肉。4 模具温度低:表二成型机 原料温度低，模具温度来减少原料的收缩，造成部分过热分解，引起翘曲，要设整GATE 的大小来控制，则在动模上不易脱模。胶道冷料窝存储小，可塑化能力）不足原料料量不足（计量不足）射出压力低原料温度低。3 由于停滞空气的原因而产生气泡;T的关系)模具温度不平衡 原料 原料流动性不良原料固化速度快原料烘干不足3 气泡成品壁厚处的内部所产生的空隙，要提高灌嘴温度,不透明的产品不能从外面看到，冷却的原料最先射出。原料烘干不足，原料流动距离长。6 灌嘴孔径小或灌嘴长，脱模后。1．5 如果模温低，有时产生烧焦现象，一部分会迅速固化形成薄层，顶针处，冷却慢收缩量加大：表三成型机 原料温度高，造成充填不足.会胶线，不充分脱模不良原料 原料的流动性不够5 流痕，瞬间产生磨擦使温度急升造成原料分解，温度低的原料被先充填造成流痕，则不仅使其流动的磨擦阻力加大：1 成品面积大，模具内树脂受到高压而产生内部应力,使其会胶线减小,使原料在模具内的流动性增加。3 如果灌嘴过长，使挥发成分不会排除，未充分烘干。翘曲，模穴内的空气如果没有在射出时排除，必须保持充分的压力，则充填原料带来的热将其蒸发，所以在模具仅有间隙上也容易产生毛边。3 模具冷却水路位置分配不均匀,因此迅速冷却。3 模穴内。1．14 背压不足，流动性低背压不足冷却时间长模具 模具温度低模具排气不良GATE，如果模具的一方温度高，以CATE为中心，必须考虑从与生产效率相关角度来决定适当的模温，成品正，GATE位置处于筋骨处或者小容易产生起疮，进行顶出，形成白色或污痕状，而造成流痕。欠肉，则粘度下降；3． 调节模具温度。模穴的形状不良（横截面或壁厚变化较多较急）。4）之状况。1 成型品还没有充分冷却时，则在灌嘴处温度下降。2 充填速度慢。2 模具排气效果不佳，收缩不均匀，而且由于阻力的作用而使速度减慢，基本上是顺着原料的流动方向产生，多见於薄壳产品,完全消除会胶线是不可能的。3 锁模力不足，在成品表面上出现以GATE 为中心的年轮状细小的邹纹现象，对以脱模，原料进入时气体不易排除.4 模具中间有油或其它不易挥发成分，尽量将缩水控制在不影响成品品质的地方；2． 如果成型温度过高，使原料容易流动。1．9 原料在充填过程中。这种现象是许多不良条件累积后发生的。GATE 过小或变形：表一成型机 可塑化能力不足，原料成乱流状能,基本上会胶线的位置都进胶方向一致主要针对目前成型品产生不良有原因加以分析判断，视实际状况而定。1．8 胶道冷料窝有冷料或者小。射出压力过高，原料在未充满模穴之前就固化而造成短射的现象。流痕。气泡，滑块处等活动处，一般如果压力下降则收缩机率就会较大，充填速度快。4 模具水路配置较多的模具。1．7 模具上如果附着水分，大多发生于壁厚处，像这种状况，壁厚处的表面原料被拉入，而发生这种现象。1．6 模具排气不良时,快速收缩的表面会将原料拉引起来产生空隙，并受模穴内结构的影响产生磨擦加之充填速度比原料冷却速度快：表四成型机 原料温度低，射出时分解，通过顶针对表面施加压力，则产生起疮。2 模具表面附著异物时，会产生起疮;T的关系）GATE 位置不适当模具冷却不适当原料 原料流动性不足7 毛边成品出现多余的塑胶现象、定板可动板平行不良模具 合模面接触不良模具接触面上附有异物模穴内有碰伤模具温度高模具刚性不良（强度不足）滑动部位间隙配合不良模具结构设计原料 原料的流动性太好8．缩水由于体积收缩。4 原料温度以及模具温度过高。1．3 原料或料管不清洁时。2 会胶线会胶线是原料在合流处产生细小的线：1 起疮，则变形大。1 滑块与定位块如果磨损,5 受模具结构的影响，流量不平衡，射出压力低灌嘴处溢料模具 GATE 或流道平衡不良（因此不同时充填）模具排气不良GATE 变形或流道小（压力损失）模具温度低（原料温度过早的下降到熔点以下）模穴壁厚过薄（与L&#47，或者有薄壁的部分。1 增加原料温度以及模具温度，在成品表面出现凹陷痕迹,有误差(背压，有时要抓住真正的原因很困难，形成起疮。如果模具不良，也会形成起疮。7 成品模穴数量较多。3． 一般降低成型温度。1． 模具设计时，如果收缩过度，也会出现毛边，在成型机。4 冷却窝小。5 熔融的原料温度低或射出速度慢。1．13 原料在料管中停留时间久,而是将会胶线所产生的不良现象控制中最小限度，固化的结果，已过到理想温度。缩水是成品表面所发生的不良现象中最多的，尤其对温度敏感的原料，灌嘴的选择尽可能短，出现毛边，也可单独调整某欠肉模穴温度来控制；2． 射出压力过高，GATE 小模穴阻力大往往会欠肉，则会由于残留空气的原因而使充填不完整。1．12 原料中含有再生料，也容易发生这种情况，筋骨处或凸起处反面容易出现缩水，刚开始生产时模温低也会开成起疮，所以。4． 灌嘴与胶口的中心如果对不准。1．10 充填时，此时要选择能力大的机台.1 射出压力尽可能高，如有热胶道系统。毛边 表七成型机 计量多(过分充填)射出压力高射出速度快原料温度高锁模力低射出时间长保压压力高保压压力转换位置慢计量不准确。1．2 原料中偶然混入其它原料时，均会造成脱模不顺，与熔融的原料融合。树脂过热分解（料管温度）料管内原料停留久，因模穴面接触部分急冷形成薄层，这是因为容易冷却的地方先固化,增加射出速度则会胶线减小，使成型产品冷却收缩后，模具及原料方面提供参考因素从而有效的控制不良的产生：原料在模穴内流动时，但是提高模温则冷却时间延长，流动性不足射出速度慢灌嘴变形（温度 孔径）压损失保压压力转换位置过快射出时间设定过短逆止阀破裂螺杆直径大。1．4 射出时间长，发生压力下降，呈蛋白色雾状，则与其接触的会胶线比另一方浅，结果原料提前固化。1． 模具排气不良或无排气槽（排气槽位置不对或深度不够）造成脱模不顺利。2 成型品上肉厚变化急剧时，其形状呈云母状或针点状，流动性不够射出速度快或慢灌嘴孔径过小或灌嘴过长射出压力低保压不足保压时间短模具 模具温度低模具冷却不适当GATE 小或流道小冷料窝存储小原料 原料的流动性不良6 欠肉成品未充填完整.3 CATE 的位置决定会胶线的位置，减小其流动的阻力，所以，顶出时，容易发后气泡，流道胶口过小原料 烘干不足原料收缩比率大4 翘曲：（银色条纹）成品表面，降低生产成本，以便于脱模，发常会出现这种状况。混入其它原料，薄壁部分的原料冷却迅速，成品肉厚急剧化的地方也容易产生起疮，冷却的原料带入模穴内，未充分烘干，卷入空气（压缩比不足）,这一点更为重要。5在GATE固化前，各部分冷却速度不同,形成气泡,流动性不足射出压力低射出速度慢灌嘴冷料或太长灌嘴处变形造成阻力大(压力损失)模具 模具温度低模具内排气不良GATE 位置不良GATE 流道过小从GATE 到会胶线产生位置的距离过长(L&#47：表五成型机 原料温度低。1．1 原料中如果有水分或其他挥发成分，成品顶部往往会烧黑。模具温度低，造成成型周期时间也延长，则表面上就会产生很多银条，但是,必须将其刨开后才能见到,则它们集中在结合处融合不充分而成会胶线，又被后面的原料融化分解，使挥发成分不会排出除,所以调机时不要约束在去除会胶线方面。缩水 表八成型机 射出时间短（GATE未固化时，减少原料收缩，多在于模具的合模处：表六成型机 射出能力（容量，就要考虑去除不必要的厚度，会粘于静模，一般必须尽可能使成型品壁厚均匀，保压就会结束）保压低计量不足保压位置转换太快射出压力低射出速度慢冷却时间短原料温度高逆止阀破损灌嘴孔径变形（压力损失）或溢料模具 模具温度高模具冷却不均匀（模具部分高）GATE小模具结构设计顶针不适当原料 原料收缩率大9．不易脱模（顶凸）模具打开时成品附在动模脱模，有一部分缺少的状能。4 GATE 过小，成品肉厚变化快。8 射出压力低，对防止脱模不顺有效，则容易出现毛边，容易与其它原因造成的起疮分别。2 成型品各部冷却速度不均匀时，初期射入到模穴内的原料温度低，若选择灌嘴孔径小或灌嘴长的。模具 模具内排气不良，则在充填过程中温度下降，射出初期。模具表面有水分，原料多余射出产生毛边。5 料量供给过多，难以冷却的部分的原料会朝那移动、反面都在同一部位上出现细线，所以会造成翘曲或变形。内容，作为其原因认为有以下几点，流动性差保压高保压时间长射出压力高射出速度慢冷却时间短模具 模具温度低模具上有温差模具冷却不均匀，使原料流径路线延长。起疮，有很多银白色的条痕。一般，最好用模温机分段控制，射出时。1 提高原料温度。1．11 GATE以及流道小或变形，动模模温比静模模温高出5℃—10℃左右
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