隨著塑料合成技術(shù)的發(fā)展,塑料的力學性能得到顯著提高,在工程方面的應用日益廣泛。在傳動機構(gòu)及其它有尺寸配合要求的場合,塑件的形狀尺寸精度往往很高,要求達到精密甚至超精密級,因此從事注塑成型加工領(lǐng)域研究的科研人員一直在努力減少注塑制品收縮率預測的誤差,以縮短注塑模具制造周期和提高注塑制品合格率。



1、收縮率預測的實驗數(shù)據(jù)擬合方法



起初,人們把注意力集中在注塑工藝條件的波動對收縮率所產(chǎn)生的影響上,進行大量的注塑實驗,試圖找出注塑工藝條件與收縮率之間的定量關(guān)系。



在積累了一定的經(jīng)驗后,有學者提出用實驗數(shù)據(jù)擬合的方法來預測實際生產(chǎn)條件下的注塑制品收縮率,其基本思想是通過多因素正交實驗測量某種塑料在不同的料筒溫度、注射壓力、注射時間、保壓壓力、保壓時間、模具溫度、模內(nèi)冷卻時間等工藝參數(shù)下的收縮率,根據(jù)實驗測得的樣點數(shù)據(jù)擬合出收縮率與各工藝參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系。



在應用時將實際注塑生產(chǎn)所采用的各工藝參數(shù)值代入對應的函數(shù)關(guān)系式,得到各自對應的收縮率數(shù)值,對其進行加權(quán)平均,便得到模具設(shè)計者所需要的“實際收縮率”。
但是一則當實際注塑制品的形狀尺寸以及澆口的數(shù)量、位置、大小與實驗情況不同時,制品內(nèi)部的壓力分布情況以及溫度分布情況會與實驗時不同,從而使實際注塑工藝條件與實驗時的注塑工藝條件之間不具有可比性;二則這種方法沒有考慮制品收縮過程中的模內(nèi)限定效應,所以用實驗數(shù)據(jù)擬合的方法預測收縮率難以推廣應用。

2、收縮率預測的數(shù)值模擬方法



為了較準確地預測收縮率,必須考慮模具成型結(jié)構(gòu)對注塑制品收縮率的影響,而模具成型結(jié)構(gòu)是千變?nèi)f化的,無法用幾種典型結(jié)構(gòu)來代表,即不可能依靠實驗來確定模具成型結(jié)構(gòu)與制品收縮率之間的定量關(guān)系,于是用計算機對注塑成型過程進行數(shù)學模擬的研究工作日益增多,成為聚合物加工科學中發(fā)展很快的前沿研究領(lǐng)域。



對注塑成型過程的數(shù)值模擬始于二十世紀60 年代。二十世紀90 年代以后,流動、保壓、冷卻分析的計算逐步成熟,許多學者在此基礎(chǔ)上開始預測注塑制品的形狀尺寸,即進行翹曲分析。



其計算過程為: 保壓過程結(jié)束后,根據(jù)塑料的可壓縮系數(shù)、熱膨脹系數(shù)與結(jié)晶動力學方程計算注塑制品的壓力變化與溫度變化所應產(chǎn)生的熱收縮與結(jié)晶收縮,但并不使收縮應變發(fā)生,而是把收縮應變轉(zhuǎn)化為等效的節(jié)點載荷,再應用彈性模型或粘彈性模型求解等效載荷作用下注塑制品的響應。



如果注塑制品上、下表面的冷卻條件不同,則厚度方向的溫度與應力分布將不對稱于中間層而使注塑制品有彎曲變形的趨勢。由于在模具型腔的約束下注塑制品的彎曲變形不能發(fā)生,于是將其轉(zhuǎn)化為殘余應力并作為脫模以后的初應力;制品脫模后,應用彈性模型或粘彈性模型求解在初應力載荷與溫度等效載荷作用下注塑制品發(fā)生的變形。