注塑件殘余應力的模擬數(shù)值分析模型外文

1、注塑件殘余應力的模擬數(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上進行模擬的。研究結果表明，橫斷面的殘余應力的流動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。關鍵字：注塑成型；殘余應力：數(shù)值模擬；熱黏模型1.引言在制造聚合物過程中，注塑成型已是一個靈活的生產技術。一個典型的注塑成型過程包括四個階段: 塑化、填充、保壓和產品的冷卻。在這些過程中殘余應力是由于高壓和冷卻過程中引起的翹曲變形和收縮而產生的。為了使產品具有高精度，殘余應力的產生已收到越來越多的關注。在計算殘余應力及收縮過程中，重要的是模擬的壓力和熱效應引起的殘

2、余應力的過程，許多研究人員1- 5采用不同的模式。一般的研究殘余應力是側重于理論分析與一個孤立的模型。它沒有考慮到具體的注塑及相關與保壓和冷卻結合起來分析。在這項研究中，殘余應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上進行模擬的，即結合影響的壓力，熱應力及松弛應力一起分析。該數(shù)值計算模型，是建立了有限差分法在時間的層狀離散沿厚度，并根據(jù)指定的邊界條件。發(fā)達國家仿真系統(tǒng)是用來計算殘余應力的典型注塑件。2.模型問題2.1線性熱模型溫度和壓力誘導應力在結合靜水壓力引起的不均勻冷卻的部分。 因為冷卻,張弛時間的增加變得可以與填充和保壓時間相比，因此準確地預報熱應力將需要粘彈性本構

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)注塑模具產品是非常薄的，我們可以采取流動方向作為一維方向和地方厚度方向為3-的方向，建立本地的坐標?？倯埩靠煞譃殪o水壓力和額外的壓力的一部分 6 2.2基本假設和邊界條件在注射成型過程中，為簡化計算熱量和壓力引起的應力，我們作出下列假設：（1）我們可以采取流動方向作為一維方向和地方厚度方向為3-的方向，建立本地的坐標；（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，所以應假定平面應變等于0 ； （3）正常應力恒定時，在地方厚度方向的應力等于負的模腔壓力；（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的翹曲變形，是不在考慮范圍之列的。3.結果與討論研究演變的應力分布的模擬試驗是表現(xiàn)為扇形門的標本（ 300 × 75 × 2.5毫米），在演變圖1中，一個最低復雜性的做法是用ABS樹脂塑料材料進行實驗，在其實驗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（3），正常應力等于負的模腔壓力。因此，如演變圖2所顯示，演化的模腔壓力的變化是根據(jù)正常應力計算的壓力，壓力在不同地點沿流動路線不

5、同發(fā)生變化 ，包括壓力剖面附近的地點，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束部分。在填充時，注射壓力是為了克服聚合物熔體流動產生的阻力。在填充結束時，最大的壓力（ 63.42MPa ）是在填充開始時，最小的壓力（ 15.62MPa ）是在臨近結束的時。在這兩個地點有一個明顯的區(qū)別，當保壓階段開始時，模腔壓力在所有地點增加，是接近設置值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的，位置接近結束部分，因為此時模腔壓力迅速下降。腔的壓力，在流動路線上往往會不均勻。在包裝

6、結束時，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，在厚度方向的進行冷卻收縮。3.2演化的殘余應力我們把應力在流動平面的演化假設，即平面應力在向橫向各向同性材料的X方向應力等于Y方向應力。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力分布，演變圖1，演變圖3表明，整個平面應力的演變過程，演變圖 4表明，應力分布的明顯差距在五個典型的位置，他們是：在開始填充期; 在填充結束期; 在保壓結束階段; 當壓力降到零時的中間位置; 之前彈射期。在填充期間，熔體材料是被繼

7、續(xù)進入行腔的。當熔體材料接觸到冷卻的模具型腔表面上時，由于材料的迅速冷卻而發(fā)生收縮。從表面上看，應力分布已急劇下降。演變圖4顯示，應力仍然是統(tǒng)一的整體，這些材料在中間部分基本上是顯現(xiàn)成一個膠狀與低彈性模量和等于負的包裝的壓力。作為保壓階段開始階段，在平面應力迅速下降并達到最低值時，作為快速增加的模腔壓力。熔體材料進入模具，以補償體積收縮過程中發(fā)生的冷卻。首先，在平面應力，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，應力演化對應的演變腔的壓力，應力在約束凝固層的增加的結果是溫度下降。在包裝接近結束時，形狀，分布和變化表明，在表面層相對高應力已建立起來的。其次是在該地區(qū)

8、有更多外來因素影響，壓力急劇下降。強調在中部地區(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，造成整個產品的壓應力開始下降。由于之前的彈射，殘余應力分布組成三個不同的地區(qū)，取得了兩個外觀地區(qū)，一個核心地區(qū)。應力分布表現(xiàn)為高表面張力的價值和變化，以改變峰值，從表面上看，在核心區(qū)經歷了拋物線的高峰。3.3平面殘余應力的分布注塑成型過程中，在平面應力分布圖中，壓力和溫度的不同從而導致壓力在不同地點各不相同。演變圖5顯示，應力沿流路分布的形狀幾乎是相同的，只有在之后經由彈射后發(fā)生變化。但是，中央的拉伸應力是一個很少低于應力地點。4實驗驗證測量殘余應力經常進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本，給出了有關的應力分布圖。Zoetelief5成功地利用非晶聚合物ABS為標本，應用這種方法于聚合物并且為無定形的聚合物吸收標本。如演變圖6顯示，用X方向和Y方向的實驗值與計算應力剖面應力的計算值進行比較，從Zoetelief的實驗中得出應力實驗結果。在計算時，材料和工藝條件是相同的，這樣測量的結果與計算的結果之間有一個定性的協(xié)議，此外，計算非晶聚合物的應力時，因為沒有各向異性的顧及，所以在平面的方向是相同的。 5結論在本研究中，我們模擬的是模腔壓力和殘余應力沿流動路徑的演化和分布。用ABS樹脂塑料作標本，用計算粘彈性模式與層去除實驗方法

10、所得的結果進行比較。計算表明，在注塑成型過程中，平面應力在厚度方向的分布有很大的不同。首先，表面上有相當高的應力，但在表面以下時，應力會下降得很快而且在超過一個中心后應力又會恢復到原值。在噴射之前，表面上會呈現(xiàn)出一個高的應力值而且由于核心區(qū)的應力呈現(xiàn)拋物線式的應力高峰值，所以在靠近表面時應力值又會接近峰值。在灌裝和包裝過程中，應力分布形成的明顯的差距沿流路幾乎是相同的。首先，沿著流動路徑有一個顯著變化的應力值，然后應力基本上不變。彈射后，入口端的中心應力比遠離入口端的應力值稍微低一點。參考文獻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

11、科學，1995,35(4):351-364.2 Bushko W C, Stokes V K.凝固熱黏熔體.第二部分：制定模型問題J.聚合物工程和科學，1995,35(4):365-383.3 Jansen K M B, Titomanlio G.歷史上的影響壓力的收縮和殘余應力的注射成型與約束收縮J.聚合物工程和科學，1996,36(15):2029-2040.4 Jansen K M B, Vandijk D J, Husselman M H.在注射液成型時,工藝條件對收縮效果J.聚合物工程與科學1998,38(5):838-846.5 Zoetelief W F, Douven L F A.在注塑成型產品的殘余熱應力J.聚合物工程和科學，1996,36(14):1886-1896.6 Ferry J D.四粘彈性性能的聚合物M.第三.紐約:約翰威力兒子出版， 1980 。7周華民，李德全.在注射成型后灌漿期過程中，殘余應力的分析研究J.國際期刊先進制造技術.2005,25(7-8):700-704.8西國東, 周華民, 李德全.國家重點實驗室模具