工程用高聚物注塑成型制品服役应力优化设计

近年来,航空航天、汽车等工程领域大量使用工程用高分子聚合物材料制备结构零部件。在复杂的工作环境下,工程用高聚物注塑成型零部件承受机械荷载、热荷载等服役条件,其服役应力的大小直接关系到工程设备的结构安全。将半球形聚碳酸酯(PC)制品的翘曲变形和残余应力作为服役的初始条件,建立考虑制品结构、模具结构以及工艺条件的服役应力优化模型,利用基于Kriging代理模型和EI加点法的序列优化方法,有效地降低了半球形聚碳酸酯制品的服役应力。结果表明,制品厚度、熔体温度和保压压力对服役应力影响较大。     

热定形对聚碳酸酯性能的影响

众所周知,塑料注射制品总是处于复杂的应力状态下。制品中的应力有时相当大,从而导致制品在使用过程中,产生翘曲、开裂、性质显著变坏等现象。制品在各种介质里和各种温度——时间条件下进行热定形,是降低应力的一种有效方法。利用偏振光方法,可评价聚碳酸酯试样在不同的热定形条件下的内应力。园柱     

基于Kriging代理模型的注塑件残余应力优化分析

以注塑成型制品中脱模后的最大Mises-Hencky残余应力为目标函数,运用基于Kriging代理模型及EI加点准则的序列优化方法,对聚碳酸酯材料制品进行了工艺参数(包括熔体温度、模具温度、注射速率、保压压力及保压时间)优化。算例结果表明,所提出方法可以有效地降低注塑件内的最大Mises-Hencky残余应力。在此基础上对充填阶段进行深入分析,用贝塞尔曲线控制方式代替常规的常速率充填控制方式,进一步降低了制件内的残余应力。     

基于拓扑优化的二板式注塑机动模板轻量化设计

为提升注塑机工作性能及降低制造成本,根据二板式注塑机动模板的最小加载面工况建立有限元模型,采用基于变密度法的拓扑优化进行轻量化设计;为快速获取优化所得模型结构,对拓扑结果逼近建模,在动模板的四个侧壁、背面等部位分别采用直线与圆弧组合、环形、半球形等规则形状进行模型重构,并将关键尺寸参数化;对优化前、后动模板进行仿真分析对比,结果显示,该优化模型的应力、应变有一定程度增加,但均在工程许用范围内,质量相较原始模型减轻29.4%。     

退火对注射成型PC制品力学性能的影响

注射成型的塑料光学制品应用日益广泛,但注射成型加工的聚碳酸酯制品通常有较大的残余应力,会对制品的光学性能、力学性能有负面的影响,而退火可减少/消除制品的残余应力。本文考察了退火对不同工艺条件下注射制品残余应力和力学性能的影响。研究的工艺条件包括三水平的变化的模具温度、熔体温度、保压压力、冷却时间等;残余应力的变化通过光弹实验的应力干涉条纹表示,力学性能的变化以拉伸强度、延伸率的变化表示。实验发现,退火前后,不同工艺条件下注塑PC制品拉伸强度平均提高4.5%,最大达9.0%;同时,断裂延伸率平均降低3%,最多减少14%。     

后处理工艺条件对聚碳酸酯制品内应力影响的研究

借鉴金属材料退火降低其内应力的热处理方法,将高分子材料制品置于干燥箱及水浴锅中进行后处理,利用自主研制的高分子材料透明制品内应力检测装置研究了不同后处理工艺参数对以镜片为代表的聚碳酸酯制品内应力影响,结果发现,在同一后处理时间、不同后处理温度且缓冷条件下,在热变形温度以下提高后处理温度可以有效降低聚碳酸酯制品内应力并改善其内应力分布状态,而急冷条件下则会造成制品二次内应力集中;同一后处理温度、不同后处理时间且缓冷的条件下,存在一个最佳的后处理时间范围,而急冷的条件下延长后处理时间不利于制品内应力的改善。以上结果可为今后寻求有效降低高分子材料制品内应力的措施奠定理论与实践基础。     

变曲率ICM聚碳酸酯制品残余应力分布

结合注射压缩成型（injection compression molding,ICM）工艺特点,运用平面偏振和数值仿真方法,对变曲率聚碳酸酯ICM制品残余应力的分布进行分析,研究不同压缩工艺下残余应力分布特点以及随曲率变化的规律。结果发现：除了浇口和末端小部分区域外,光弹应力条纹环绕制品形状分布;顺序式ICM残余应力条纹有较规整的对称分布结构,同步式ICM充填末端区域残余应力在厚度方向与传统注塑成型区别较为明显,呈现“压-拉”两层应力分布状态;同一平面内,变曲率ICM制品厚度方向残余应力随曲率的减小而递减。除平板制品外,其余四类不同曲率制品的平均残余应力与对应曲率均呈反比例变化关系。研究对优化变曲率透明聚合物制品的设计有一定指导意义。     

变曲率ICM聚碳酸酯制品残余应力分布

结合注射压缩成型(injection compression molding,ICM)工艺特点,运用平面偏振和数值仿真方法,对变曲率聚碳酸酯ICM制品残余应力的分布进行分析,研究不同压缩工艺下残余应力分布特点以及随曲率变化的规律。结果发现:除了浇口和末端小部分区域外,光弹应力条纹环绕制品形状分布;顺序式ICM残余应力条纹有较规整的对称分布结构,同步式ICM充填末端区域残余应力在厚度方向与传统注塑成型区别较为明显,呈现"压-拉"两层应力分布状态;同一平面内,变曲率ICM制品厚度方向残余应力随曲率的减小而递减。除平板制品外,其余四类不同曲率制品的平均残余应力与对应曲率均呈反比例变化关系。研究对优化变曲率透明聚合物制品的设计有一定指导意义。     

聚碳酸酯气体辅助注射成型制品内应力分布及改善工艺

聚碳酸酯(PC)注塑制品出模后在无外加约束条件下内部应力得不到松弛释放,易导致制品产生开裂,严重影响制品的服役性能。为探究PC制品内应力分布规律,找到有效降低内应力的工艺措施,基于气体辅助注射成型(GAIM)工艺和自行设计制造的带有半圆形加强筋的平板试验模具,结合光弹法和溶剂检测法,研究GAIM制品内应力的分布特点,讨论注气压力和气体保压压力两种工艺参数对GAIM制品内应力的影响规律,提出两种改善制品内应力的工艺方法。研究发现：通过光弹法观测到的应力条纹分布与溶剂浸泡后的裂纹开裂区域一致,即GAIM制品末端及边缘处内应力较大,沿气道两侧应力分布较均匀;较高的注气压力和较低的气体保压压力可以更加有效减小GAIM制品的内应力;通过对GAIM制品24 h即时退火和延长二次注气的卸压时间可以有效降低制品内应力。     

模具结构和熔体温度对PC透明制品性能的影响

用光弹实验测试不同浇口类型、不同熔体温度下聚碳酸酯透明注塑制品的应力分布,并测试了制品的拉伸强度和透光率。研究发现,模具结构对残余应力的分布形式影响显著,高应力区的拉伸强度较低,相对于无应力区最高降幅达2.69MPa;在同一成型条件下扇形浇口试样的透光率普遍要高于潜伏式浇口试样;熔体温度对试样的残余应力分布影响不大,但随着温度的升高,拉伸强度缓慢提高;要满足最佳透光率效果,不同模具结构的试样成型温度不同,试样的透光率最高达89.93%,浇口高应力区的透光率明显较低。     

基于DOE实验的汽车塑件CAE优化与注塑模具设计

以某汽车塑件为例,针对其结构及分型复杂、注塑难等问题,基于DOE实验和CAE分析对其注塑所需工艺参数进行了仿真和优化。通过浇口位置和数量的优化,获得了理想的浇口设置;通过浇注系统的优化及成型窗口分析,获得了合理的流动分析工艺参数;对流动分析工艺参数进行正交试验优化,找出了产品注塑存在的潜在缺陷问题,经进一步对针阀控制进行寻优,解决了熔接线过长过多、充填不平衡、气孔较多等问题;通过翘曲和冷却分析的优化,最终获得了产品注塑成型所需的合理工艺参数,设计了一副结构合理的注塑模具,提高了模具生产效率。     

军用塑料包装箱注塑过程内应力研究

近年来,随着工程塑料在军工产品包装领域的广泛应用,如何保证工程塑料包装箱的产品质量已经成为一项重要课题.塑料包装箱的成型方法很多,其中注射成型是主要的成型方法之一.据统计70%-80%的工程塑料、30%以上的塑料制品是用注射成型加工的.但注塑成型过程中产生的内应力严重影响塑料产品的质量,因此有必要对内应力的产生原因、影响因素及改善方法加以分析研究.文章针对内应力对注塑制品形成的危害,研究了减轻和消除内应力的方法.     

System Design and Implementation of an Integrated CAE System for Injection Molding

CAE plays an increasingly important role in the areas of plastic product design, injection mold design, and process optimization. This paper presents an integrated VR-based CAE system for the whole injection molding process, which includes filling, packing, cooling, and shrinkage stages. The structure design, modularization, and object modeling is discussed in the system design. And the OpenGL is selected for developing a virtual environment and stereoscopic view. With the integration of VR, visualization, and numerical simulation technologies, the overall system is a new powerful tool to resemble the physical process cycle of injection molding.     

汽车仪表板骨架微孔发泡塑件的综合性能

为了研究微孔发泡在大型塑件中的应用问题,以汽车仪表板骨架塑件为例,利用Moldflow软件模拟分析微孔发泡注塑和传统注塑成型。结果表明,微孔发泡注射成型在注塑时间、注塑压力、体积收缩和翘曲变形等方面均好于传统注塑成型。通过对塑件泡孔形貌、密度、孔隙率、力学强度、表面粗糙度等性能的检测,研究微孔发泡实际应用问题。检测结果表明,微孔发泡能够有效实现产品减重,且产品力学性能优于传统注塑,但表面粗糙度较传统注塑差,汽车外观零件如采用微孔发泡成型须经过表面处理来改善表面缺陷。     

聚苯乙烯塑料注塑工艺探讨

介绍了聚苯乙烯(PS)塑料的注射成型技术,结合产品的模具设计,对成型工艺进行了分析讨论;通过对典型PS塑料制品的加工工艺过程的探讨,对PS塑料制品生产中的缺陷、原因及解决方法进行了论述。结果表明,PS作为通用塑料,因其具有良好的性能,在结构复杂的工艺品生产中应用效果好,而且,合理的设计可以使模具结构大大简化。     

Properties,environmental stability,and molding characteristics of polyphenylene sulfide

Polyphenylene sulfide is a new engineering plastic characterized by a unique combination of useful environmental, mechanical, and flame resistant properties. This paper presents a variety of new developments in molding methods and long term properties of polyphenylene sulfide. Optimum conditions for fabrication by injection molding, compression molding, and free sintering techniques are described along with a comprehensive tabulation of mechanical, factional, and electrical properties of various filled and unfilled compositions. The effect of injection molding conditions and post-treatments, such as annealing, on mechanical behavior is discussed. Long term stability of molded specimens of the polymer to a variety of chemical environments as well as oven aging studies are reported. The significance of these properties is illustrated by a discussion emphasizing new applications for various compositions based on polyphenylene sulfide.     

注塑机模板的有限元-拓扑优化设计研究

采用先进的有限元-拓扑优化方法,应用Hyperworks软件对注射机移动模板进行结构静力分析,准确获得应力分布,并按照变密度法对其进行结构优化,提出了移动模板材料的最佳分布方案,不仅提高产品设计刚度,还达到结构轻量化的目标.该分析及优化过程对目前应用较广的箱式模板设计具有重要的工程参考价值,能有效地解决工程设计中的实际问题.     

基于MPI软件优化设计注塑制件的浇口位置

针对浇口在注塑制品成型过程中的重要地位,介绍了专业模流分析软件MPI在优化浇口设计中的应用。以某汽车的雾灯支架为例,运用MPI模拟注塑件的整个注射成型过程,从产品的翘曲变形、熔接痕、产品重量和生产周期等方面对不同的浇口位置进行优化设计,最终获得高预测质量的产品。     

汽车暖风机下壳体CAE优化与模具设计

针对轿车暖风机下壳体侧壁多且深、细小筋位较多等复杂结构特征,结合CAE技术进行了3种浇注系统方案的优化分析,确定了最优的注塑成型工艺方案;模具结构为两板式热流道一模一腔结构,产品的脱模包括型腔前模脱模和型芯后模脱模两种方式;设计中利用了Moldfl ow2015进行注塑工艺优化分析,UG–HB_Mould6.6外挂进行结构设计和改进;模具结构设计合理。     

面向跌落仿真破坏的注射成型工艺优化

针对电子产品在环境测试中出现的塑料外壳破裂现象,借助计算机模拟技术,对数码相机塑料外壳的注射成型过程和跌落冲击过程进行了模拟和仿真.分析了不同注射成型工艺条件下得到的产品质量及缺陷分布状况,结合跌落仿真得到的最大应力应变分布情况,优化出提高产品抗跌落冲击性能的成型工艺方案.结果表明,将仿真结果反馈到注射成型中,可以提高注塑工艺参数选择的准确性,提高制品在跌落碰撞时抗破坏的能力.