注塑件殘余應(yīng)力的模擬數(shù)值分析模型外文

1、注塑件殘余應(yīng)力的模擬數(shù)值分析模型譯者：摘要：在注塑成型過程中,殘余應(yīng)力在像飾板一樣的幾何圖形中的分布和演變，是在線性熱黏模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬的。研究結(jié)果表明，橫斷面的殘余應(yīng)力的流動(dòng)路徑方向幾乎是相同的，木斷壓力值只比入口壓力值高一點(diǎn)。關(guān)鍵字：注塑成型；殘余應(yīng)力：數(shù)值模擬；熱黏模型1.引言在制造聚合物過程中，注塑成型已是一個(gè)靈活的生產(chǎn)技術(shù)。一個(gè)典型的注塑成型過程包括四個(gè)階段: 塑化、填充、保壓和產(chǎn)品的冷卻。在這些過程中殘余應(yīng)力是由于高壓和冷卻過程中引起的翹曲變形和收縮而產(chǎn)生的。為了使產(chǎn)品具有高精度，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生已收到越來越多的關(guān)注。在計(jì)算殘余應(yīng)力及收縮過程中，重要的是模擬的壓力和熱效應(yīng)引起的殘

2、余應(yīng)力的過程，許多研究人員1- 5采用不同的模式。一般的研究殘余應(yīng)力是側(cè)重于理論分析與一個(gè)孤立的模型。它沒有考慮到具體的注塑及相關(guān)與保壓和冷卻結(jié)合起來分析。在這項(xiàng)研究中，殘余應(yīng)力在像飾板一樣的幾何圖形中的分布和演變，是在線性熱黏模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬的，即結(jié)合影響的壓力，熱應(yīng)力及松弛應(yīng)力一起分析。該數(shù)值計(jì)算模型，是建立了有限差分法在時(shí)間的層狀離散沿厚度，并根據(jù)指定的邊界條件。發(fā)達(dá)國(guó)家仿真系統(tǒng)是用來計(jì)算殘余應(yīng)力的典型注塑件。2.模型問題2.1線性熱模型溫度和壓力誘導(dǎo)應(yīng)力在結(jié)合靜水壓力引起的不均勻冷卻的部分。 因?yàn)槔鋮s,張弛時(shí)間的增加變得可以與填充和保壓時(shí)間相比，因此準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)熱應(yīng)力將需要粘彈性本構(gòu)

3、方程。但在極限無窮小的特殊情況下，粘彈性材料能很好地描述理論線性粘彈性。由于大多數(shù)注塑模具產(chǎn)品是非常薄的，我們可以采取流動(dòng)方向作為一維方向和地方厚度方向?yàn)?-的方向，建立本地的坐標(biāo)?？倯?yīng)力張量可分為靜水壓力和額外的壓力的一部分 6 2.2基本假設(shè)和邊界條件在注射成型過程中，為簡(jiǎn)化計(jì)算熱量和壓力引起的應(yīng)力，我們作出下列假設(shè)：（1）我們可以采取流動(dòng)方向作為一維方向和地方厚度方向?yàn)?-的方向，建立本地的坐標(biāo)；（2）在鑄型中，材料在平面方向上被部分三維特征（圓形凸起物，凸起條紋，其他遮擋物）所限制，所以應(yīng)假定平面應(yīng)變等于0 ； （3）正常應(yīng)力恒定時(shí)，在地方厚度方向的應(yīng)力等于負(fù)的模腔壓力；（4）利用模腔

4、壓力(<0)，但不等于零的材料，建立模具墻;（5）在模具中，模具的彈性是忽略不計(jì)的翹曲變形，是不在考慮范圍之列的。3.結(jié)果與討論研究演變的應(yīng)力分布的模擬試驗(yàn)是表現(xiàn)為扇形門的標(biāo)本（ 300 × 75 × 2.5毫米），在演變圖1中，一個(gè)最低復(fù)雜性的做法是用ABS樹脂塑料材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在其實(shí)驗(yàn)中注意材料的物理變化，這將更好的了解過渡期間發(fā)生的注塑成型。物質(zhì)參數(shù)和主要的工藝參數(shù)列在表1和表2中被列出 ，分別為： 3.1演化的模腔壓力根據(jù)基本的假設(shè)（3），正常應(yīng)力等于負(fù)的模腔壓力。因此，如演變圖2所顯示，演化的模腔壓力的變化是根據(jù)正常應(yīng)力計(jì)算的壓力，壓力在不同地點(diǎn)沿流動(dòng)路線不

5、同發(fā)生變化 ，包括壓力剖面附近的地點(diǎn)，上面的部分，中途下降到末端的部分，四分之一到末端的部分和臨近結(jié)束部分。在填充時(shí)，注射壓力是為了克服聚合物熔體流動(dòng)產(chǎn)生的阻力。在填充結(jié)束時(shí)，最大的壓力（ 63.42MPa ）是在填充開始時(shí)，最小的壓力（ 15.62MPa ）是在臨近結(jié)束的時(shí)。在這兩個(gè)地點(diǎn)有一個(gè)明顯的區(qū)別，當(dāng)保壓階段開始時(shí)，模腔壓力在所有地點(diǎn)增加，是接近設(shè)置值60MPa，壓力迅速增加。此后，壓力分布趨于一致。在包裝階段，材料被放入橫腔中的，以補(bǔ)償收縮過程中發(fā)生的冷卻而流失的模腔壓力，這些模腔壓力是難以彌補(bǔ)的，位置接近結(jié)束部分，因?yàn)榇藭r(shí)模腔壓力迅速下降。腔的壓力，在流動(dòng)路線上往往會(huì)不均勻。在包裝

6、結(jié)束時(shí)，壓力在50.99MPa附近迅速下降到36.75MPa，接著下降速度開始減緩。然后，模腔的壓力，繼續(xù)下降，在相同的速度下連續(xù)冷卻，直到后腔壓力下降到零，部分脫離模具，在厚度方向的進(jìn)行冷卻收縮。3.2演化的殘余應(yīng)力我們把應(yīng)力在流動(dòng)平面的演化假設(shè)，即平面應(yīng)力在向橫向各向同性材料的X方向應(yīng)力等于Y方向應(yīng)力。演變圖3和演變圖4顯示在厚度方向和其在演化的中心位置的平面應(yīng)力分布，演變圖1，演變圖3表明，整個(gè)平面應(yīng)力的演變過程，演變圖 4表明，應(yīng)力分布的明顯差距在五個(gè)典型的位置，他們是：在開始填充期; 在填充結(jié)束期; 在保壓結(jié)束階段; 當(dāng)壓力降到零時(shí)的中間位置; 之前彈射期。在填充期間，熔體材料是被繼

7、續(xù)進(jìn)入行腔的。當(dāng)熔體材料接觸到冷卻的模具型腔表面上時(shí)，由于材料的迅速冷卻而發(fā)生收縮。從表面上看，應(yīng)力分布已急劇下降。演變圖4顯示，應(yīng)力仍然是統(tǒng)一的整體，這些材料在中間部分基本上是顯現(xiàn)成一個(gè)膠狀與低彈性模量和等于負(fù)的包裝的壓力。作為保壓階段開始階段，在平面應(yīng)力迅速下降并達(dá)到最低值時(shí)，作為快速增加的模腔壓力。熔體材料進(jìn)入模具，以補(bǔ)償體積收縮過程中發(fā)生的冷卻。首先，在平面應(yīng)力，在核心地區(qū)，主要是不斷擁有，然后慢慢衰變?yōu)槟Ｇ粔毫?。此外，演變圖2顯示，應(yīng)力演化對(duì)應(yīng)的演變腔的壓力，應(yīng)力在約束凝固層的增加的結(jié)果是溫度下降。在包裝接近結(jié)束時(shí)，形狀，分布和變化表明，在表面層相對(duì)高應(yīng)力已建立起來的。其次是在該地區(qū)

8、有更多外來因素影響，壓力急劇下降。強(qiáng)調(diào)在中部地區(qū)仍然是統(tǒng)一的。然后，沒有任何包裝的壓力，更是適用于局部與模腔壓力下降很快，造成整個(gè)產(chǎn)品的壓應(yīng)力開始下降。由于之前的彈射，殘余應(yīng)力分布組成三個(gè)不同的地區(qū)，取得了兩個(gè)外觀地區(qū)，一個(gè)核心地區(qū)。應(yīng)力分布表現(xiàn)為高表面張力的價(jià)值和變化，以改變峰值，從表面上看，在核心區(qū)經(jīng)歷了拋物線的高峰。3.3平面殘余應(yīng)力的分布注塑成型過程中，在平面應(yīng)力分布圖中，壓力和溫度的不同從而導(dǎo)致壓力在不同地點(diǎn)各不相同。演變圖5顯示，應(yīng)力沿流路分布的形狀幾乎是相同的，只有在之后經(jīng)由彈射后發(fā)生變化。但是，中央的拉伸應(yīng)力是一個(gè)很少低于應(yīng)力地點(diǎn)。4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)量殘余應(yīng)力經(jīng)常進(jìn)行的方法是層去除的

9、方法。這種方法比較容易的是在明顯的差距方向適用于平面標(biāo)本，給出了有關(guān)的應(yīng)力分布圖。Zoetelief5成功地利用非晶聚合物ABS為標(biāo)本，應(yīng)用這種方法于聚合物并且為無定形的聚合物吸收標(biāo)本。如演變圖6顯示，用X方向和Y方向的實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算應(yīng)力剖面應(yīng)力的計(jì)算值進(jìn)行比較，從Zoetelief的實(shí)驗(yàn)中得出應(yīng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在計(jì)算時(shí)，材料和工藝條件是相同的，這樣測(cè)量的結(jié)果與計(jì)算的結(jié)果之間有一個(gè)定性的協(xié)議，此外，計(jì)算非晶聚合物的應(yīng)力時(shí)，因?yàn)闆]有各向異性的顧及，所以在平面的方向是相同的。 5結(jié)論在本研究中，我們模擬的是模腔壓力和殘余應(yīng)力沿流動(dòng)路徑的演化和分布。用ABS樹脂塑料作標(biāo)本，用計(jì)算粘彈性模式與層去除實(shí)驗(yàn)方法

10、所得的結(jié)果進(jìn)行比較。計(jì)算表明，在注塑成型過程中，平面應(yīng)力在厚度方向的分布有很大的不同。首先，表面上有相當(dāng)高的應(yīng)力，但在表面以下時(shí)，應(yīng)力會(huì)下降得很快而且在超過一個(gè)中心后應(yīng)力又會(huì)恢復(fù)到原值。在噴射之前，表面上會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)高的應(yīng)力值而且由于核心區(qū)的應(yīng)力呈現(xiàn)拋物線式的應(yīng)力高峰值，所以在靠近表面時(shí)應(yīng)力值又會(huì)接近峰值。在灌裝和包裝過程中，應(yīng)力分布形成的明顯的差距沿流路幾乎是相同的。首先，沿著流動(dòng)路徑有一個(gè)顯著變化的應(yīng)力值，然后應(yīng)力基本上不變。彈射后，入口端的中心應(yīng)力比遠(yuǎn)離入口端的應(yīng)力值稍微低一點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1 Bushko W C, Stokes V K.凝固熱黏熔體.第一部分：制定模型問題J.聚合物工程和

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