注塑成型后充填过程残余应力的数值模拟

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1、摘要注射成型是高聚物成型的主要成型方法之一，它具有成型制品精度高，可加工聚合物的种类多，并且成型机械化水平高，可以实现快速大批量生产。注塑成型制品，经历了充填、保压、冷却和顶出等工艺过程，因为该成型过程中高聚物经历了黏流态、高弹态和玻璃态的物理变化，受到流动取向、型腔压力梯度、非等温冷却等，其最终结果是制品的精度和综合性能难以保证。其中关键问题是由于高聚物具有黏弹性，在非等温变化过程中，成型制品会产生残余应力。残余应力对制品的机械、光学性能产生很大影响，因此如果能预测残余应力的分布和大小，就可以减少残余应力带来的影响。注塑制品残余应力由二部分

2、构成，流动导致的流动应力，冷却不均匀导致的热应力，这些应力是造成制品翘曲变形的原因。由于残余流动应力比热残余应力在数量级上小一个数量级，所以制品的残余应力主要是由高聚物冷却不均匀产生热应力。本文针对注塑成型特点，采用线性黏弹性模型计算后充填过程中薄壁制品的应力变化。计算后充填阶段的温度场，然后根据温度场计算制品的应力场。根据后充填过程的实际情况，分三个阶段计算塑件的应力。制品厚度方向由凝固层和液相层构成，凝固层中的应力被计算出来，而液相层中没有应力只有保压压力。计算了平板状制品热残余应力在壁厚方向和流动方向上的分布及其在成型中的变化。根据模拟

3、结果，深入讨论了注射成型过程中残余应力的形成机理和演变情况。结果表明：脱模时制品表层有着较大的拉应力，表层以下存在着一个应力低谷，在制品中心区域存在着抛物线形的拉应力分布；残余应力沿壁厚分布的形状在流动方向上基本相同。关键词：注射成型；残余应力；数值模拟；黏弹性；双折射ABSTRACTInjectionmoldingisoneofthemostwidelyusedmethodsofpolymerprocessing，ithasmanyspecialitiessuchashi【ghprecisionofproducts，lotsofpolyme

4、rspeciesinprocessing，andhighautomatizationdegree．Theinjection-moldedproducts，duetotheinfluenceofvariousfactorssuchasviscoelasticityofthepolymer,non-linearofprocessparameters，floworientation,non-uniformcoolingandpressuregradientincavity，andduringtheinjectionmoldingthepolymer

5、undergoingthemelt，theglassconditionphysicalchangeafterunder-goingthefilling，packing，coolingandejectionstage，its’qualityishardtocontr01．Thekeyquestionisthatthepolymerhastheviscoelasticity，inthenon-isothermalchangeenvironment，themoldingproductwillhavetheresi-dualstress．Theres

6、idualstresscouldcausetheproductdeformed，hastheverytremendousinfluencetotheproductopticalquality．Ifwecalldiscoverthedistributionandthesizeoftheresidualstress，theoreticallywemayavoidtheinfluencewhichtheresidualstressbrings．Thedevelopedin·mouldresidualstressesmainlyarisefromtw

7、oeffects，whichisnamelytheflow-inducedstressduetoflow,thethermallyinducedstressduetocooling．TheseSR'eSseScreateproductdeformed。Theflow—inducedstressesduringthefillingstageareintheorderofmagnitudesmallerthanthethermallyinducedstresses．Sotheproductiveresidualisthethermallyindu

8、cedstress．Inviewoftheinjectionmoldingformationcharacteristic，byusingthelinearvisco