注塑件的翘曲变形分析与成形尺寸预测

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1、中国机械工程第13卷第10期2002年5月下半月文章编号:1004-132Ò(2002)10-0820-04注塑件的翘曲变形分析与成形尺寸预测李海梅　顾元宪　申长雨　　　　摘要:应用有限元方法研究了温度场、压力对注塑件残余应力及翘曲变形的影响,重点讨论注塑件的温度场计算、2维粘弹性本构关系下注塑件的残余应力计算,以及热塑性小变形理论下的注塑件翘曲变形计算,并给出了数值算例。关键词:注塑件;温度场;残余应力;翘曲变形;有限元中图分类号:TF124.39　　　文献标识码:A李海梅　副教授　　注塑件翘曲及成形尺寸的影响因素很多,几乎间;$t为时间步长;N为时间差分系数。[1]关于潜热

2、的处理及数值计算方法详见文献与整个成形加工过程有关。注塑件翘曲变形分析及成形尺寸预测是从不同的角度研究成形质量的,[5]。翘曲变形考虑的是成形加工的实际尺寸与设计尺为了便于与注塑成形的流动、保压、冷却分析寸的差别及尺寸差异引起的变形;而成形尺寸预测程序集成,温度场计算采用有限元ö有限差分混则是确定注塑件的最后成形尺寸。翘曲变形分析与合法。注塑件上下表面的温度用有限元求解,厚度成形尺寸预测具有相关性,有时可认为是一个问方向的温差用有限差分实现。题,有时在一定的条件下,可从一个推知求解另一1.2　注塑件的残余应力计算个。本文以翘曲变形分析为例说明模拟原理。残余应力是注塑件尺寸不稳定

3、的原因,而且在国外一些文献中,翘曲被看成是不均匀收缩对注塑件的使用性能也有显著影响。残余应力的[2,3]产生的残余应力造成的,而不均匀收缩的成因数值计算基于如下基本假设:①求解残余热应力目前看法尚不统一。笔者认为引起注塑件翘曲变形时,温度场已知;②流动引起的应力与热引起的的残余应力是由于不均匀的温差、不均匀的温度分应力相互不作用;③注塑件沿厚度方向的变形仅布产生的,其它诸多因素是通过影响温度、压力分发生在脱模之后,模具内厚度方向无变形;④模布而间接影响注塑件的残余应力和成形尺寸的。具按刚体考虑,不计模具的弹性效应。[6]热粘弹本构方程为1　数学模型tsi,j=∫G1(N-N′)

4、dei,j(t′)(2)01.1　注塑件温度场计算t依据注塑件温度的变化,可以确定塑料的松s=∫G2(N-N′)d[e(t′)-eth(t′)](3)0弛模量、热膨胀系数等与温度相关的物理参数,以tN(t)=∫5(T)dS便计算残余应力及变形。0注塑件多为薄壁件,可近似简化为平面问题,c1(T-Tr)lg5(T)=T≥Tgc2+T-Tr[4]所以温度场控制方程的有限元公式为5(T)=exp[c3(T-Tr)]T

5、e分别为体平均应力、体平均应变;eth为热{-(1-N)[K]}{T}t-$t(1)$t应变;N(t)为修正的时间标量;5(T)为移位函数;Tr为参式中,[K]为单元的传导矩阵;[C]为单元的热容矩阵;考温度;c1、c2、c3为材料常数;T为温度;Tg为固液转变温{R}为各个节点的热流向量;{T}为结点温度向量;t为时度。积分本构方程中的剪切模量G1、G2可用试验收稿日期:2000—06—16参数拟合,表示成级数和的形式,可得到相关的递基金项目:国家杰出青年科学基金资助项目(19525206);河南推公式。这样,遗传积分的影响可通过前一时刻的省自然科学基金资助项目;河南省青年骨

6、干教师项目应力计算,大大减少数据的存储量与计算量,便于·820·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.注塑件的翘曲变形分析与成形尺寸预测——李海梅　顾元宪　申长雨数值计算。表1　不同Tc1的制件厚度方向的残余应力(p=0)通过对塑料的热粘弹本构方程的选用及离散单位:MPa处理可知,塑料种类、材料性能对残余应力和翘曲Tc1=50.0℃Tc1=30.0℃zöh的影响用热应变(热膨胀系数)、剪切松弛模量等物44.4℃22.2℃0℃44.4℃22.2℃0℃理参数描述;注塑件几何形状的影响用单元刚度矩

7、-0.5-137.16-163.02-188.86-233.896-235.966-328.671-0.4-114.7-132.90-151.09-193.201-191.935-190.937阵来表征;模具结构、注塑工艺条件的影响通过数-0.3-92.23-102.78-113.32-152.506-147.904-143.203-0.2-69.77-72.66-75.55-111.811-103.872-95.468值模拟分析(如流动、保压、冷却分析)用注塑件的-0.1-47.31-42