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1、第10卷第3期塑性工程学报Vol110No132003年6月Jun12003JOURNALOFPLASTICITYENGINEERING3跌落仿真技术在注塑成型中的应用(南昌大学机电学院,南昌 330029)熊建友 辛 勇摘 要:针对产品在跌落过程中出现的破裂现象,利用计算机仿真技术对电子注塑产品的成型过程和跌落冲击过程进行了仿真和模拟。分析和研究了制品跌落时的应力分布以及不同注塑浇口位置对注塑件在跌落冲击情况下所造成的可能破裂的问题。研究结果表明,改变注塑成型工艺参数,可使注塑制品在受冲击时破裂的危险系数降低。由此,可提高产品抗跌落、抗冲击的能力,并提高电子产品的质量和使用的可靠性。关
2、键词:跌落仿真;应力分析;注塑成型+中图分类号:TQ3201662文献标识码:A文章编号:100722012(2003)0320066204度或压缩强度甚至小于屈服应力,这都是按无裂纹1 引 言计算的,但如果构件中存在裂纹甚至组织缺陷部分,有时会突然发生脆性断裂(简称脆断)。如按传统的电子产品在运输‰使用过程中都可能承受冲击计算方法,脆断时的应力有时还远远低于屈服极限和碰撞。因此产品的抗跌落、抗冲击性能就成为设σs,因而往往使构件形成的裂纹,在一定条件下,[1]计中必须考虑的重要内容。虽然,产品的抗跌落裂纹急剧扩展(简称失扩展)就导致构件的脆断。和抗冲击性能可以通过物理实验来确定,但此类
3、实为此,对产品和构件断裂的研究已逐渐形成了一门验作用时间很短,不易控制,费用也较高,而测到研究裂纹扩展规律、探索裂纹对构件和产品强度影的物理量也很有限,无法获得空间‰时间上的连续响的学科,即断裂力学。结果,不可能完整体现跌落时结构响应过程和结构制品形成断裂的机理,一般从微裂纹的发展进振动‰变形机理,因此也仅仅用于评判产品能否通行研究。如,带有裂纹的受拉平板(如图1所示),[2～4]过行业规定的标准。而跌落仿真很好地解决了穿透平板厚度的裂纹长为2a。与裂纹的尺寸相比,[5,6]这类问题,它利用计算机模拟技术,针对产品的平板的长与宽可认为是无限大的。若假设直到发生跌落过程进行合理的有限元仿真
4、分析,可以得到工程师最关注的参数,如结构整体应力变形,再结合不同工艺参数下所产生的疏松组织进行综合分析,找到能使产品在跌落过程相对比较安全的工艺参数,使产品的抗跌落、抗冲击能力得到提高。本文针对电子钟表的跌落过程进行了计算机仿真,研究分析了在不同工艺参数下电子钟表壳塑件承受冲击的问题及其影响关系,为改进注塑生产工艺参数提供理论依据。图1 带有裂纹的受拉平板Fig11Thetensedflatboardwithcrack2 制品因裂纹或熔接线的断裂机理脆断,材料仍是线弹性的,就可用弹性力学分析裂纹在工业中,构件上所受的应力要求小于拉伸强尖端区域内的应力和位移。分析结果表明,裂纹尖端附近各点
5、应力的强弱程度与一个等于σ2a的量3江西省主要学科跨世纪学术和技术带头人资助项目有关(其中σ为所受应力,a为裂缝长度)。即裂纹(2002185);教育部科技研究重点资助项目。尖端附近各点的应力,不是随平板所受拉应力δ成熊建友 Email:jyxiong@ncu1edu1cn比例地增长或减少,而是σπa随成比例地增长或收稿日期:2003201219;修订日期:2003205202减少。σπa称为应力强度因子,并记为KI。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 第3期熊建友等:跌落仿真技术在注塑成型中的应
6、用67KI=ασπa(1)注射压力、熔料温度和模壁温度有助于克服浇注系α是关于裂纹的几何形状因子。即随着载荷的增加,统对熔体的阻力,能有效地将压力传递到料流前沿,应力强度因子KI也逐渐增加。KIC称为断裂韧性。于是料流汇合处能在较高压力下熔合,从而熔接线处密度增大,强度增高,这样可加大制品受冲击影实验结果表明,确定了断裂韧性KIC后,只要构件响的安全系数。的应力强度因子KI低于KIC,构件就不会发生裂纹注塑制品的跌落仿真可借助于ANSYSPLS2DYNA的失稳扩展。而当KI=KIC。裂纹尖端的KI因子达系统来实现,该系统具有强大的智能化网格划分功到裂纹发生失稳扩展时材料的临界值KIC时,
7、裂纹就能,并带有丰富的材料库(包括许多非常规材料),发生失稳扩展而导致裂纹体断裂,这就是构件含裂可充分描述实际的材料类型,对部件间各种联结和[7]纹时的断裂准则。KI裂纹应力因子是带裂纹构件接触关系也有准确的描述。为了在仿真中得到准确所承受的载荷,与裂纹几何形状和尺寸等因素有关。的预测,特别是在瞬态分析中,一些关键性参数,KIC是平面应变情况下KI的临界值,它是材料常数,如各部件间的连接和接触关系,所选材料的类型都可以通过实验测定,
