塑料成型加工讲座(第三讲) 成型加工过程中材料的性能

介绍塑料成型加工过程中固态聚合物性质、熔体的流动性质以及热物理性质等。     

短纤维增强注塑制品的力学性能分析

将短纤维增强注塑制品看作多层板并分析了注塑制品的有效弹性性能.采用Tandon-Weng模型计算了单取向短纤维增强复合材料的弹性性能,采用取向平均法计算了具有任意平面取向的单层板材料弹性常数,运用层合板理论建立了短纤维增强注塑材料的有效弹性模量计算模型.测定了特制试样中的纤维取向分布,计算了有效弹性模量,并与实验结果对比证明这种方法是有效的.     

基于遗传算法的注塑模注射速率优化

注射成型充填过程中，熔体前沿速度（MFV）会影响制品的最终质量和尺寸精度，如何控制MFV，即控制不同位置的螺杆速度或者说注射速率至关重要。将遗传算法和数值模拟技术相结合用于注射速率的优化，确定螺杆速度－行程曲线或熔体前沿面积（MFA）－充填百分比曲线中的最佳控制点，以及控制点处的螺杆速度或注射速率的最优值。算例表明，利用遗传算法得到的优化的注射速率设置，可以使MFV的均匀性提高40％左右。     

注塑成型充填过程的可压缩流动分析

注塑成型过程中,熔体在型腔中的流动和传热对制品质量性能有重要的影响.为了预测注塑制品的收缩、翘曲和力学性能,精确预测充填过程的流动及传热历史是十分必要的.本文考虑熔体的可压缩性及相变的影响,将充填过程中熔体的流动视为非牛顿可压流体在非等温状态下的广义Hele-Shaw流动.采用有限元/有限差分混合方法求解压力场和温度场,采用控制体积法跟踪熔体流动前沿,并应用Visual C++实现了注塑充填过程的可压缩流动分析.为了保证能量方程各项在单元内边界的连续性,结点能量方程各项由单元形心处的离散值加权平均获得,因而,能量方程在计算区域内整体求解.对两个算例进行了分析,模拟结果与实验结果的对比,验证了本文数值算法及程序.     

基于响应曲面法与改进遗传算法的RHCM成型工艺优化

以自主开发的车载高光蓝牙产品为例,研究高光注射成型(Rapid heat cycle molding,RHCM)工艺优化技术.以中心复合试验法(Center composite design,CCD)进行试验规划,采用成型试验与数值模拟并重之方法获取试验样本数据,通过人为引入干扰因子的方法以实现仿真结果可以更真实地反映实际成型状态;引入熵值权重法(Entropy-based weight,EBW)确定各品质指标对制品综合品质影响权重,并结合顺序偏好法(Technique for order preference by similarity ideal solution,TOPSIS)等数据处理技术,从数理角度处理试验数据使之能更客观反应制品最终成型品质状况;引入响应曲面法(Response surface methodology,RSM),结合方差分析(Analysis of variance,ANOVA)与误差统计分析,建立高光注射成型制品综合品质预测模型;针对传统遗传算法的不足之处提出改进算法(Improved genetic algorithm,IGA),实现品质预测模型的寻优过程;并经生产验证该优化技术具有很好的适用性.     

塑料型材挤出模具CAE技术

根据型材挤出口模内的结构特点 ,基于广义牛顿流体的一维和二维流动控制方程 ,采用伽辽金有限元法实现了型材挤出口模内的数值模拟 ,并对二维问题进行了流线分析。讨论了数值分析结果在挤出模具设计中的具体应用。     

注射模充模过程CAE技术Ⅱ——工程应用

充模分析作为一种工具 ,取决于使用者对分析模拟结果的正确认识和判断。从注射模充模过程数值分析的结果出发 ,系统地介绍了数值模拟在制品与模具设计、成型工艺条件选择等方面的应用 ,并从理论上解释了各种物理变量、几何条件以及材料性质对注射模加工的影响。     

塑料制件最大流长比算法研究与应用

提出了计算塑料制件最大流长比(流动长度与厚度的比值)的算法。该算法利用三角形网格模型表示复杂制件的中面模型，通过对三角单元的带权边进行细分，由细分得到的点、边和原三角网格模型上的节点构成带权图G，采用快速最短路径法(FSPA)动态计算带权图上两点的最短路径，从而得到制件上由一点到任意点的最短路径值即流长比。该算法效率高，容易实现，可通过改善网格质量和调整细分参数γ控制近似精度。给出了该算法的两个应用实例。     

基于充填分析的注塑模浇口位置优化设计研究

论述浇口位置与模具设计、制品设计、工艺条件的关系，注塑模浇口设计的准则，以及在模具设计中合理的浇口位置应满足的条件，利用充填分析技术，结合实例，确定了合理的流道设计。通过CAE技术在具体的产品设计过程中的应用说明充填分析技术在优化浇口位置设计中的作用。     

碳纳米纤维对玻纤增强环氧树脂基复合材料机械及耐磨性能的影响

采用真空辅助喷涂的方法制备了相对于玻纤质量分数1%、3%的碳纳米纤维/玻纤/环氧树脂基复合材料,并对其机械性能、耐固体粒子冲蚀磨损性能与纯环氧树脂(EP)、玻纤增强环氧树脂(FRP)进行了对比研究。结果表明:1%、3%碳纳米纤维的加入使得复合材料的拉伸强度达到72MPa、70MPa,相对于EP分别增加了20%、16.7%,相对于FRP分别降低了32.7%、30.7%;弯曲强度达到150MPa、178MPa,相对于EP分别增加了40.2%,66.4%,相对于FRP分别降低了19.8%、4.8%;侵蚀磨损试验中质量损失相对于FRP分别降低了75%、86.7%,在对复合材料机械强度影响较小的前提下大大提高了复合材料的耐磨损性能。