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1、第1期高 分 子 学 报No.12003年2月ACTAPOLYMERICASINICAFeb.,20033注塑成型充填过程中注射速率的优化设计翟 明 顾元宪(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室 大连 116024)申长雨(郑州大学橡塑模具国家工程研究中心 郑州 450002)摘 要 给出一种塑料注射成型工艺的优化方法.将充填过程数值模拟和优化算法相结合,以获得均匀熔体前沿速度从而减少塑件翘曲变形为目标,对充填过程中的注射速率进行优化.算例表明,本文所提出的工艺优化模型及求解算法是有效的.关键词 塑料,注射成型,工艺优化,注射速率 注射成型使用注塑机和注射模具把塑料原材注射成型加工
2、的一个重要工艺参数.如果注射速料转变成塑料制品,是热塑性塑料和一部分热固率在熔体充填过程中保持恒定,熔体流动速度必性塑料最主要的成型加工方法之一.其基本原理然随熔体前沿面积变化而发生变化,熔体前沿面就是利用塑料的可挤压性与可模塑性,首先将松积增大处熔体流动速度降低,反之熔体流动速度散的粒状或粉状物料从注射机料斗送入高温机筒则会增大.因此在成型制品时,常常根据熔体前沿内加热熔融塑化,使之成为粘流态熔体,然后在柱面积变化调整注射速率,以使熔体前沿速度在充塞或螺杆高温推动下,以一定流速通过机筒前端填过程中基本保持不变.基于以上原因,本文提出喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中,经过一段一种注射成型工
3、艺的优化模型,以保持熔体前沿保压冷却定型时间后,开启模具便可从模腔中脱速度均匀、从而使分子取向均匀和减少塑件翘曲出具有一定形状和尺寸的塑料制品.变形为目标,对注射速率进行优化设计,将数值模注射成型工艺优化对提高制品质量是十分重拟和优化算法相结合进行求解.通过两个算例,表[1]明本文所建立的工艺优化模型及求解算法是正确要的.Pandelidi和Zhou以减少塑件翘曲变形和和有效的.材料降解为目标,从温差项、过保压项和摩擦热项三个方面描述目标函数,采用共扼梯度法对模具1 充填过程数值模拟[2]温度、熔体温度和充填时间进行了优化.Ye等利对于薄壁注塑件,型腔可以假设为相距很近用注塑成型分析软件,
4、采用模拟退火方法对注射的两块平行平板,塑料熔体在其中的流动可以采工艺参数如熔体温度、模壁温度、充填时间、保压[3]用广义Hele2Shaw模型来描述,垂直于流动方向上时间等进行优化.Smith将数值模拟和灵敏度计的速度分量忽略不计.塑料熔体充模过程的压力算结合,以降低充填时间为设计目标,优化浇口位场控制方程和能量方程为置和注射压力.h2ΔzΔ在上述研究中,优化模型均没有考虑熔体前·ηdzp=0(1)∫0沿速度变化对塑件质量的影响.一般来说,熔体流DT92T2ρCp=ηγÛ+k2(2)动速度越高,残余应力、表面应力和分子取向度就Dt9z越大.熔体流动速度变化造成分子取向不均,往往式中z是厚度
5、方向坐标,ρ、η、γÛ、Cp、k分别表示导致塑件产生翘曲变形.熔体前沿速度与注射速密度、粘度、剪切速率、比热和热传导率,T表示温率密切相关.注射速率是注射机将物料注入模具度,p表示压力,DTPDt是温度T的物质导数,h的速度,它控制着熔体在型腔中流动速度,是塑料是型腔半厚度.32002202201收稿,2002204201修稿;国家重点基础研究专项经费(G1999032805)、国家高技术研究发展计划专项经费和高等学校骨干教师资助计划资助项目35©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.36高 分 子
6、 学 报2003年[4]用有限元P有限差分耦合方法求解压力场时可以先假定注射速率不发生改变,对充填过程控制方程和能量方程,计算出温度和压力分布,然进行数值模拟,记录下每一时间步的熔体前沿速[5]后采用流动分析网络法,根据结点控制体积的度和充填分数,然后对整个过程的前沿速度进行充填状况更新流动前沿,便可以得到熔体在型腔分析,判断熔体前沿速度发生突变时充填分数,此内的流动过程.对多个塑件的成型过程进行分析,处可以作为控制点.注射速率曲线可由这几个控[6]结果表明该数值算法是正确的.制点处注射速率参数化表示:RI+1-RI2 优化模型R=RI+(φ-φI)(4)φI+1-φI2.1 目标函数和
7、约束条件式中,R是充填分数为φ时注射速率,RI,RI+1是翘曲变形是影响塑件质量的一种常见缺陷,充填分数为φI,φI+1时注射速率.在求出优化的塑件内分子取向不均匀引起的收缩差异是造成翘注射速率相对于充填分数变化的曲线后,再根据曲变形的重要原因之一.在充填阶段,分子取向在数值模拟结果,确定不同充填分数所对应的充填很大程度上受熔体前沿流动影响,熔体前沿流动时间,便可将优化结果转化为注射速率相对于充速度的变化常常导致分子取向
