工藝參數(shù)對注塑制品變形影響的研究

1、文章編號:1001-4934(200602-0036-03工藝參數(shù)對注塑制品變形影響的研究連昌偉,胡廣洪,王兆遠(yuǎn)(上海交通大學(xué)塑性成形工程系,上海200030摘要:注塑制品的變形影響產(chǎn)品的最終形狀和尺寸精度。通過模擬注塑成型過程,并結(jié)合田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法,研究了工藝參數(shù)與注塑制品翹曲變形的關(guān)系,得到了優(yōu)化的工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了模具溫度、熔體溫度、注射時間和保壓壓力等各工藝參數(shù)對變形的影響。關(guān)鍵詞:注塑成型;翹曲變形;數(shù)值模擬;參數(shù)優(yōu)化中圖分類號:TG241文獻(xiàn)標(biāo)識碼:BAbstract:Thedeflectionofinjectionproductsinfluencesfinalsh

2、apeanddimensionalprecision.Throughthenumericalsimulationofinjectionprocess,andcombinedwithTaguchiexperimental method,therelationbetweenprocessingparametersandthewarpageofinjectionproductsis studied.Theoptimalprocessingparametersareobtained.Basedonthis,theeffectsofmold temperature,melttemperature,inj

3、ectiontimeandholdingtimeondeflectionarediscussedfurther.Keywords:injectionmolding;warpage;numericalsimulation;parametricoptimization收稿日期:2005-10-18作者簡介:連昌偉(1982,男,碩士研究生。0引言注塑制品的變形影響產(chǎn)品的最終形狀和尺寸精度。產(chǎn)品變形的根本原因是收縮不均勻,而影響收縮的因素主要有材料的性能、冷卻均勻性和工藝參數(shù)1。為了減小變形,必須了解各種工藝參數(shù)對制品變形的影響。本文采用CAE模擬和田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法作為研究手段來研究工藝參數(shù)對注塑制品

4、變形的影響。1數(shù)值模擬和田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)注塑CAE一般包括流動分析、保壓分析、冷卻分析和變形分析等。翹曲變形CAE是其中的一部分,通過分析可以得到產(chǎn)品最終的形狀和尺寸以及變形的成因,從而可以找出影響翹曲變形的主要因素23。田口(Taguchi實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是利用正交表來挑選實(shí)驗(yàn)條件和安排實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行結(jié)果分析的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法4。工藝參數(shù)影響著最終產(chǎn)品的質(zhì)量,使用田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法合理安排工藝參數(shù)在不同水平的組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn),然后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析可以達(dá)到參數(shù)優(yōu)化的目的。本文中,為降低產(chǎn)品的變形量,需要研究模具溫度、熔體溫度、注射時間和保壓壓力等工藝參數(shù)對變形的影響。首先使用CAE軟件進(jìn)行模擬預(yù)測,確定適宜的工藝參

5、數(shù)的范圍,然后對各個參數(shù)選取不同水平得出實(shí)驗(yàn)方案的安排,對每個方案進(jìn)行模擬得到最后的變形量,通過結(jié)果的分析得到工藝參數(shù)對變形量的影響大小和最優(yōu)的工藝參數(shù)組合。2實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與結(jié)果2.1材料和工藝參數(shù)本文選用食物盤作為研究算例1。設(shè)計(jì)要求總的變形量最小,底部四個腳在同一平面內(nèi),底部向上的翹曲不高于1.5mm。產(chǎn)品模型、冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)見圖1。材料為PP,具體牌號為HonamPetrochemi-cal公司的PopelenHCA-352P。其最大熔體溫度為250,比熱容為3531J/kg,熔體密度為0.814g/m3。選取對翹曲影響比較大的模具溫度、熔體溫度、注射時間和保壓壓力等工藝參數(shù)進(jìn)行研究。

6、確定冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)后,根據(jù)材料推薦的參數(shù)和初步的模擬結(jié)果選取各個工藝參數(shù)的水平如表1所示。擬來代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn),得到了產(chǎn)品在不同工藝參數(shù)設(shè)置下的變形結(jié)果。定義底部一腳為參考點(diǎn),底面為參考面,以相對于參考點(diǎn)的最大偏移量作為變形量來考察。實(shí)驗(yàn)的安排順序和結(jié)果見表2。表1工藝參數(shù)的水平設(shè)置工藝參數(shù)模具溫度/熔體溫度/注射時間/s 保壓壓力/MPa水平330240250水平110180130水平2202101.5402.2實(shí)驗(yàn)的安排和結(jié)果根據(jù)參數(shù)和水平的設(shè)置,選取四參數(shù)三水平的正交表來安排實(shí)驗(yàn)。用CAE軟件MoldFlow模實(shí)驗(yàn)序號123456789模具溫度101010202020303030熔體溫

7、度180210240180210240180210240注射時間s11.521.521211.5保壓壓力M P a304050503040405030變形量m m6.6304.9354.6644.6795.0664.8845.0094.6065.131表2實(shí)驗(yàn)的安排和結(jié)果3分析與討論使用田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法中的變量分析(A N O V A,可以計(jì)算出各個工藝參數(shù)對變形量的影響次序和最優(yōu)的工藝參數(shù)組合5。3.1結(jié)果分析及工藝參數(shù)優(yōu)化對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行直觀分析,可以得到工藝參數(shù)對變形的影響效應(yīng)曲線圖如圖2所示。通過田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變量分析法可以得到如下結(jié)論:(1可直觀得出各工藝參數(shù)對變形量的影響次序由大到小

8、為:保壓壓力、熔體溫度、模具溫度、注射時間。(2在考察的工藝參數(shù)水平的范圍內(nèi),最優(yōu)化的工藝參數(shù)組合是模具溫度20、熔體溫度210、注射時間2s和保壓壓力50MPa。3.2 工藝參數(shù)優(yōu)化結(jié)果對優(yōu)化的工藝參數(shù)組合進(jìn)行模擬,得到優(yōu)化的結(jié)果,相對于參考點(diǎn)的總偏移量最大為4.547mm,總變形量得到了降低。圖3為食物盤底部向上方向的偏移量分布,結(jié)果顯示底部的變形分布均勻,底部向上的翹曲不超過1.5mm。優(yōu)化的結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。充入模腔的塑料增加,從而降低產(chǎn)品的收縮,減小變形。4.2熔體溫度選取優(yōu)化的工藝參數(shù),調(diào)節(jié)熔體溫度從180到240進(jìn)行模擬,得到熔體溫度對變形的影響如圖5所示。熔體溫度太低,成型中殘

9、余應(yīng)力大而沒有足夠的時間釋放而引起翹曲變形。熔體溫度高易造成體積收縮而產(chǎn)生變形,合適的熔體溫度可以減小變形。4各工藝參數(shù)對變形的影響研究為進(jìn)一步研究各工藝參數(shù)對變形的影響,在優(yōu)化的工藝參數(shù)基礎(chǔ)上,通過只變動其中某一工藝參數(shù)的方法再進(jìn)行模擬。4.1保壓壓力選取優(yōu)化的工藝參數(shù),調(diào)節(jié)保壓壓力從25MPa到60MPa進(jìn)行模擬,得到保壓壓力對變形的影響如圖4所示。由圖4可以看出隨著保壓壓力增加,變形量減小。這是因?yàn)檩^高的保壓壓力使4.3注射時間和模具溫度注射時間和模具溫度在考察范圍內(nèi)對變形的影響很小。注射時間短,塑料充模速度快,從而變形小,模具溫度提高,可降低殘余應(yīng)力和體積收縮率,但是這兩個因素對變形的

10、影響不顯著。5結(jié)論(1田口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法能快速安排實(shí)驗(yàn)并分析出優(yōu)化的工藝參數(shù)方案和各參數(shù)對注塑制品變形的影響。注塑成型CAE技術(shù)可以方便地對注塑過程進(jìn)行數(shù)值模擬,相比真實(shí)實(shí)驗(yàn)可以大量的節(jié)省時間和費(fèi)用。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和CAE技術(shù)結(jié)合可以有效的分析研究工藝參數(shù)對注塑制品變形的影響關(guān)系并優(yōu)化工藝參數(shù)。(2本研究中,材料PP在所考察的工藝參數(shù)范圍內(nèi),保壓壓力對變形的影響最大,熔體溫度次之,注射時間和模具溫度的影響很小。(3對于材料PP,在所考察的工藝參數(shù)范圍內(nèi),適當(dāng)?shù)奶岣弑簤毫?、選取合適的熔體溫度(下轉(zhuǎn)第55 頁 部分首先和毛坯接觸,隨著板料向下運(yùn)動,坯料通過塑性變形沿凹模四周被拉進(jìn)。當(dāng)凸模的D 部分與板料完

11、全接觸成形時,由于進(jìn)料阻力過大,坯料無法流入,首先在A、B、C 的圓角處產(chǎn)生最大的拉應(yīng)力1m a x ,該處成為覆蓋件最薄弱的部位。當(dāng)在零件容易發(fā)生局部變形的部位開設(shè)了工藝孔后,其具體形狀和位置如圖7所示。壓邊力和拉延筋的形狀和尺寸都保持不變,再次進(jìn)行沖壓仿真,其結(jié)果如圖8所示。從圖中可以看出,零件沖得比較理想。 依據(jù)模擬所提供的工藝參數(shù),實(shí)際生產(chǎn)出的零件如圖9所示。 4結(jié)論通過對汽車左側(cè)圍內(nèi)板的多次沖壓模擬,定性地判斷了沖壓件的危險區(qū)域,并定量地給出了拉延成形過程中的工藝參數(shù),較為準(zhǔn)確地預(yù)測了整個沖壓成形過程中可能出現(xiàn)的起皺、開裂等缺陷,模擬結(jié)果為實(shí)際生產(chǎn)提供了較好的依據(jù)。 參考文獻(xiàn): 1唐

12、行虎.基于數(shù)值模擬的覆蓋件沖壓成形工藝研究J.新技術(shù)新工藝,2004,(9:3839.2吳建國.工藝切口在汽車覆蓋件拉深成形中的應(yīng)用J.鍛壓機(jī)械,1999,(5:1416.圖7工藝孔的形狀及布置圖8最終仿真結(jié)果圖9實(shí)際生產(chǎn)出的零件圖(上接第38頁可以減小注塑制品的變形;適當(dāng)?shù)目s短注射時間和提高模具溫度也能降低變形,但是影響不大。參考文獻(xiàn):ingManualM.Australia:MoldflowPty.Ltd.,2003.2馬浩軍,胡廣洪,阮雪榆.利用MoldFlow軟件分析解決注塑件翹曲問題J.模具技術(shù),2002,(4:5557.3李海梅,劉永志,申長雨,宋剛.注塑件翹曲變形的CAE研究J.中國塑料,2003,17(3:5358.4MontgomeryD