注塑制品残余应力的数值模拟

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1、摘要注射成型的制品，经历了充填、保压、冷却和顶出等工艺环节后，因受材料的粘弹性、加工参数的非线性变化、流动取向、型腔压力梯度、非等温冷却、模具弹性变形等多种因素的影响，其最终的质量精度难以保证。其中，残余应力的产生和遗留，是影响制品质量的重要原因，直接导致开模后制品的收缩、翘曲等缺陷。因此，若能找出残余应力及应变的发展规律并建立科学的计算模型模拟这一过程，必将对本领域的研究起到促进作用，极大提高注塑制品的产品质量。本文对热塑性无定形材料ABs工程塑料进行了实验分析，计算了其冷却固化阶段残余应力和应变的变化情况，主要工作如下：1．针对注射成型的机理，通过适当的假设和简化，确立研究残余应力的

2、时间区域和方法，确定了计算起点、初始条件、边界条件等。在此基础上，基于聚合物考虑蠕变作用的粘弹性原理，采用有限差分数值方法，建立聚合物固化冷却的一维计算模型，对注射成型制品型腔内的应力应变发展规律进行计算分析，并得到制品厚度方向上应力分布及收缩和翘曲的最终计算结果。2．由于高聚物固化冷却的粘弹性行为与粘性流体不同，不能简单地采用熔体粘度参数进行计算。因此，采用粘弹性模型计算制品的收缩量，并且与实验结果对比分析，反演出固化高聚物的“蠕变参数”，拟合高聚物固化冷却时的蠕变状况和对应力应变的贡献，从而保证固化阶段应力应变计算的精确性。3．关于无定形材料ABS进行相关收缩和翘曲实验，分析讨论了保

3、压压力、模具温度、冷却时间等工艺条件对模内蠕变、永久应变以及最终成型结果的影响状况。一方面以收缩实验结果为依据反演蠕变参数，另一方面计算预测制品翘曲变形情况，与翘曲实验值进行比较从而验证计算模型的准确性。关键词：注射成型：粘弹性；残余应力；蠕变；收缩：翘曲；ABS材料————————————————————————————————————————一ABSTRACTTheinjection—moldedproducts，duetotheinnuenceofVariousfactorssuchasviscoelasticityofthep01ymer，non—linearchangesofp

4、rocesspar椰eters，floworientation，pressuregradientincavity，no舡uniformcoolingandnlemoldelasticitydeformatio也afterundergoingt11enning，packing，c001ingandejectionstages，itsqualityishardtocontr01．Amongthequal“ydefects，thefbrIIla11dsubsistenceoftheresidualstressisoneofthemostimportantreasons，whichdifectl

5、yresultsintheshrillkageandwarpage．Therefore，ifwecallfigureoutthedevelopmentlawoftheresidu“stressandestablishanefrectiVecalculatingmodel，itwillboost血eresearchofthisfield觚dhighlyimprovetheproductsqualities．Thisthesigisconcentratedonthe“perimentalanalysisof锄orphousmaterialABSa11dthecalculationofresi

6、dualstressint11es01id讯cationstage．Themain、vorksareasf0110w：1．Basedonthemechanismofthe删ectionm01din＆viaproperhypothesisaIldsimplmcation，theresearch印proachaIldn啪ericalcompu诅tionmodelfortheanalysisofresidualstresswasestablished，includingthestana11dendcomputationaltime，initialandbound村ycondi“ons，ands

7、oon．111enthe矗nitedi舭rencem甜md(FDM)wasfUnheremployedtosimulatet11edevelopmentoft11eresidualstressinsolidificationstage，usingone—dimensionalmathematicmodela11dconsideringcreepViscoelasticityoftllehi曲polymer．Theresidualst