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1、第13卷第6期中 国 塑 料Vo113No61999年6月CHINAPLASTICSJun19993不均匀冷却对注塑件残余应力的影响李海梅 申长雨(郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心,郑州450002)顾元宪(大连理工大学工业装备结构分析国家重点验室,大连116024)摘 要采用数值方法研究了不同冷却速率、不均匀模壁温度对塑件残余应力的影响。残余应力的计算采用二维积分型热粘弹本构方程。算例说明了数值算法的有效性。关键词:残余应力 热粘弹本构方程 注塑件化)和不均匀的温度变化都会形成热残余应0 引言力。热残余应力的产
2、生有两个阶段:脱模前,注塑产品的质量已经成为一个国家制造塑件在型腔中的冷却阶段;脱模后,塑件从脱业水平高低的标志,所以对塑件形状尺寸、使模温度冷却到室温的阶段。本文仅考虑脱模用性能有显著影响的残余应力近20年来一之前塑件的残余应力。直是研究的重点。注塑件残余应力的成因主注塑件热残余应力的研究源于无机玻璃[3]要有三个方面:①微结构(如结晶,取向)形态的急冷,现阶段残余应力的数值计算多采变化引起的结构残余应力;②成型加工过程用热粘弹本构关系。国外应用二维粘弹性本形成的宏观意义上的残余应力;③脱模时因构方程研究塑件残余应
3、力的文章较多;国内顶杆作用形成的机械残余应力。通常意义关于注塑件残余应力的研究不多,西北工业[4]下,塑件残余应力指的是第二种,而这类成型大学的吴建军等在1996年用一维粘弹性过程中引入的残余应力又被分为两类:流动本构方程研究了热残余应力,但有关二维粘残余应力和热残余应力[1]。研究结果表明注弹性本构方程在注塑件残余应力分析中的应塑件的热残余应力比流动残余应力至少大一用,迄今未见报导。个数量级[2],因此,现阶段残余应力的研究通本文采用有限单元法数值求解了二维热常不计流动残余应力,主要研究注塑成型加粘弹本构关系下注塑
4、件的残余应力,讨论了不同冷却速率、不同模壁温度对板状塑件残工中的热残余应力。余应力的影响,得到了与文献中实验一致的注塑件的热残余应力是在聚合物迅速冷结论,对工程实际有一定的指导意义。却阶段形成的。当粘弹性聚合物冷却并通过玻璃化温度时,不均匀的密度变化(体积变1 数学模型及其离散3国家自然科学基金资助项目(19632004)在塑件的积分型热粘弹本构方程中采用 收稿日期:1998212204如下基本假设:①不计结晶、取向、流动残余©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.
5、Allrightsreserved.1999年6月中 国 塑 料107应力,聚合物的初始应力为零;②聚合物是各式中 αg———聚合物玻璃态线性热膨胀系数向同性的热流变性简单材料;③聚合物的应αl———液态线性热膨胀系数力应变值足够小,可以用线性粘弹性本构方虚拟温度Tf为[6]:程描述。ζ(T)9T0Tf=T+∫ζ(T)m(ζ-ζ′)9ζ′dζ′(8)塑料的热粘弹性本构方程为:sij=∫t(ζ-ζ′)de(t′)(1)式中 m(T)———结构松驰函数0G1ijs=∫t(ζ-ζ′)d[e(t′)-e(t′)](2)对于P
6、S,热膨胀系数α(T)由下面的0G2thP2V2T关系获得。Tait’s方程表示的PS双式中 G1,G2———松驰函数[5]域P2V2T关系为:t———时间V(P,T)=V(0,T)[1-sij,eij———应力偏量、应变偏量0.0894ln(1+P/B(T))]s,e———体平均应力、体平均应变V(0,T)=a1+a2T(9)eth———热应变B(T)=B0exp(B1T)ζ(t)———修正的时间标量,表达式为:tTstate=Tr+sPζ(t)=∫0<(T)dτ(3)式中 a1、a2、B0、B1、Tr、s———材
7、料常数其中,移位函数<(T)表达式与塑料的种类有关。当温度T大于Tstate时用液态(熔融态)的对于PC有:参数,否则用固态(玻璃态)的参数。而热膨胀C1(T-Tg)log<=C(4)系数为:2+T-Tg式中 Tg———参考温度α(P,T)=9lnV(P,T)(10)9TC1,C2———材料常数从上面的方程式(4)～(10)可知,温度、压T———温度力对残余应力的影响是通过热膨胀系数、热应[5]对于PS,其移位函数<(T)表达式为:变等参数作用的。对积分型热粘弹性本构方C1(T-Tr)log<=TETg程中的松驰函数
8、G1、G2的实验曲线用幂级数C2+T-Tr(5)拟和,会得到十分有用的递推公式。设式(1)、<=exp[C3(T-Tr)]T
