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1、邱斌， 等： 注射成型中保压曲线对制品表面质量的影响 3 7 注射成型 中保压 曲线对制 品表 面质 量 的影 响 邱斌 刘赣华李伟 ( 江西理 工大学 机电工程学 院 ， 赣州3 4 1 0 0 0 ) 摘要在分析前人研究结果的基础上， 总结出要获得较高表面质量的注塑制品需要两个条件 ： 一是模腔压力值 要大； 二是模腔压力分布要均匀。利用 Mo l d fl o w软件对矩形制品的注射成型过程进行 了模拟。结果表明， 采用先恒 压后线性降压的保压曲线可以获得较大且分布均匀的模腔压力， 故其成型的制品有较高的表面质量。 关键词注射成型保压表面质量M o l d fl o w 注射成型过程是一
2、个 间歇操作 的循环过程 ， 通 常可根据注塑模具型腔压力 ( 通称为模腔 压力 ) 的 变化历程将成型过程划分为充模阶段 、 压实阶段、 保 压阶段 和冷 却阶段。不均匀 的模腔压 力会导致 制品的不同部位收缩不一致 ， 从而带来不均 匀的制 品厚度分布 ， 较大 的不均匀收缩还有可能导致制 品 翘 曲。保压阶段 的主要 工艺参数 ( 保压压 力、 保 压 时间 ) 是影响模腔压力分布的主要因素 。 陈锋 通过分析压力 一体积 一温度 ( PV ) 状态曲线得 出了使制品 收缩率 为零 的成 型工艺路 线 ， 如图 1所示。由图 1可知， 与普通加工路线 ( A BCDEFG) 相 比， “
3、 零 ” 收缩率加工路 线 ( ABCHKG) 之所 以可 以实现制 品的 零收缩且又没有高的取 向， 是因为在浇 口封 闭之前 就 已经达到了制品的 比容积 ， 只要再保 持适 当的压 力就会使其在等 比容积的条件下冷却到制品所需要 的温度 。采用这种方法在保压时不会有物料进 出模 腔， 除可以达 到零收缩 外 ， 也不 会 出现 高的保 压取 向， 而且温度分布均匀 ， 收缩更 加一致 ， 从而可以使 得制品的尺寸精度和形状精度都 比较高。但由于所 需要的压力大， 对成型机械则有更高的要求 。 。 o1 0 4 暑 1 0 o 篓0 9 6 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0
4、2 5 0 3 0 0 温度 图 1 P 一7 状态图及其加工路线 B a n d r e d d i 等 利用仿真结果 比较了恒 压保压 曲线 、 递增 阶跃保压 曲线和递减 阶跃保压 曲线对注 塑品收缩的影响 。结果表明 ， 递减 阶跃保压 曲线可 以形成最均匀的模腔压力分布 ， 从而带来最均匀 的 制品厚度分布。V L e o等 的研究也得到类似的结 论 。 陈曦 。 研究了保压压力 曲线与制品表面糙度 的关系。结果表 明， 使用线性递减 的保压曲线 可以 获得较小的制品表面糙度 ， 并指出采用递减 阶跃保 压曲线会造成熔体的倒流 ， 不利于提高制品的表 面 质量。 综合以上的研究可 以
5、得出的结论为 ： 要使得注 塑制品的表面质量较高需要 两个 条件 ： 一是模 腔压 力值 要 大 ； 二 是 模 腔 压 力 分 布要 均 匀。笔 者 在 Mo l d fl o w模拟中设定 了不 同的保压曲线以便对矩形 制品注射成型过程的模腔压力进行分析。 1 保压压力和保压时间的设定 保压曲线的两个决定 因素为保压压力和保压时 间。 1 1 保 压 压 力的设 定 保压时由于冷却作用使得聚合物的熔体粘度增 大， 如果保压压力不 足就不能克服流道的阻力进行 补缩， 导致所成型的制品出现严重的收缩和翘曲； 但 保压压力也不能太大， 否则会顶开模具， 造成溢料， 使制品产生飞边 。一般可用式
6、( 1 ) 计算 出允许的最 大保压压力 ： P = E ( o 5 一 o 8 ) ， M P a( 1 ) 一 一注 塑 件 总 投 影 面 积 1 2保 压 时间的设 定 保压应持续到浇 口封闭为止 ， 过早地停止保压 会造成模腔内的熔体倒流 ； 而当浇 口封 闭后熔体无 法再补充进入模腔 ， 模腔内的熔体也不会倒流， 如果 继续保压则会造成能量的浪费 ， 而且也 会 降低 生产 效率。因此可以根据试验或计算机模拟软件确定最 佳的保压时间。 收稿 日期 ： 2 0 0 6 1 0 1 3 维普资讯 http:/ 38 工程塑料应用 2 0 0 7年， 第 3 5卷 ， 第 1 期 2 不
7、同保压曲线下的模腔压力分布 图 2为 1 2 0 m m 6 0 mm2 ra i n的矩形制品及 其浇注系统 的网格划分。分别采用恒压保压 、 阶梯 降压保压 、 线性递减保 压及先恒压后线性递减保压 4种保压曲线 ， 用 Mo l d fl o w软件进行模 拟 ， 得到不 同 保压 曲线下 A、 B、 C 3处的模腔压力 分布曲线。对 于所用的制品 ， 假设注塑机的锁模力为 1 3 0 0 k N， 根 据式( 1 ) 可以计算 出所允许 的最大保压压力范围为 9 11 4 4 MP a ， 本研究 中将保压压力的最大值设定为 9O MPa A c 图2矩形制品及浇注系统的网格划分 2
8、1模 拟 结 果 在 以下的模 拟分析 中， 所变化的工艺参数为保 压阶段 的保压压力 和保压时 间， 其它 的工艺参数相 同， 即螺杆直径为 4 5 m m， 采用的注射时间控制为 2 S ， 当时 间 到达 2 S时 即切换 为保 压 ， 熔 体 温度 为 2 2 0 ， 模具温度为 4 0 ， 材料选用 S K公司生产的 牌号为 Y u p l e n e R 3 7 0 Y的聚丙烯。 ( 1 ) 恒压保压过程 将保压压力设 定为 9 0 MP a ， 保压 时间设为 1 0 S ， 模拟得到的模腔压力分布曲线如 图3所示 。 _ 0 l 0 2 O 3 O 4 O 5 0 时间 S ，
9、 - 一 设定的保压曲线；- 一A处模腔压力曲线； 处模腔压力曲线； 一 c处模腔压力曲线 图 3 恒压保压下的模腔压力分布 ( 2 ) 阶梯降压保压过程 设第一 阶保压压力为 9 o MP a ， 保压时间为 3 3 3 S ， 第二阶保压压力为 6 0 MP a ， 保压时间设为 3 3 3 S ， 第三阶保压压力 为 3 0 MP a ， 保压时 间为 3 3 3 S ， 模 拟得到的模腔压力分布 曲线如图 4所示。 时 间 S ， 一 设定的保压曲线；- 一A处模腔压力曲线； 处模腔压力曲线； 一 c 处模腔压力曲线 图 4 阶梯降压保压下 的模腔压力分布 ( 3 ) 线性递减保压过程
10、 将初始保压压力设定为 9 0 MP a ， 保压结束时的 保压压力设为 0 ， 保压时间为 1 0 S ， 模拟得 到的模腔 压力分布曲线如图 5所示。 0 l 0 2 0 3 0 4 O 5 0 时间 S ， - 一 设定的保压曲线；- 一A处模腔压力曲线； 处模腔压力曲线； 一 C处模腔压力曲线 图 6 先恒 压后线性递减保 压下 的模 腔压力分布 2 2模拟 结 果分 析 恒压保压过程虽 然保压设定和控制 比较简单 ， 但从图 3可以看出， 模腔 中的压力沿着流动方 向始 终存在着较大的压力梯度 ， 模腔压力分布很不均匀 ， 鲫 柏 加 B d = 出望 鲫 柏 加 0 日 皇 坦望
11、鲫 柏 加 0 B d = 出望 维普资讯 http:/ 邱斌 ， 等 ： 注射成型中保 压曲线 对制品表面质量的影响 3 9 很容易造成制品的厚度分布不均 ， 而且恒压保压过 程在保压结束后仍然有较大 的模腔压力 ， 这会使制 品内部 留有较大的残余 应力 ， 造成制 品脱模后发生 翘 曲变形。 阶梯降压保压过程的保压设定和控制也较为简 单 ， 而且模腔压力分布 比恒压过程的模 腔压力分布 均匀得多 。但 由于阶梯降压保压过程所设定的压力 会突然发生变化 ， 加之聚合物熔体具有粘弹特性 ， 模 腔中的压力无法快 速地 作出响应 ， 故 可能出现模腔 压力高于保压压力的情况 ， 产生倒流( 见
12、图4) ， 使制 品的质量不稳定 。为了保证制品的质量 ， 阶梯 降压 保压压力 的设置应确保模腔内的熔体不发生倒流和 使模腔压力分布均匀为前提 ， 其保压阶数 、 保压压力 的大小和保压时间存在最优值。 线性递减保 压过程 的模腔压力分布很均匀 ， 各 点模腔压力的差值较小 。但为了使保压压力线性下 降 ， 对注塑机的液压系统 和控制 系统提 出了更高的 要求。线性递减保压过程 中的最高压力是一个点 ， 由于聚合物熔体为弹性体 ， 对压力 的传递存在一个 延迟时间 ， 模腔压力无法很快地响应保 压压力 的变 化而上升到最大值 。 先恒压后线性递减保压的模 腔压力分布与线性 递减保压的模腔压力
13、分布 的均匀程度基本一致 ， 但 前者的模腔压力的最大值要 比后者大 ， 跟 阶梯降压 保压的最大模腔压力大致相同。 比较图 3图 6可知 ， 线性递减保 压 的模腔压 力最大值小 于其 它 3种保压方式 的模 腔压力最大 值 。对于所设定的 4种保压 曲线 ， 先恒压后线性递 减保压的保压 曲线既能使模腔压力较大又能使模腔 压力分布均匀 ， 采用这样 的保压 曲线最有利于提高 制品的表面质量。 3 结论 ( 1 ) 要使注射成型制品获得高 的表面质量需要 两个条件： 一是模腔压力值要大； 二是模腔压力分布 要均匀。 ( 2 ) 恒压保压 、 阶梯 降压保压 、 线性递减保压和 先恒压后线性递
14、减保压 4种保压 曲线 中， 由于先恒 压后线性递减的保压 曲线能使得模腔压力较大且模 腔压力分布均匀 ， 故可 以使成型制品获得较 高的表 面质量 。 参 考 文 献 1 王喜顺 、 彭玉成 注射模中圆形截面浇 口封 闭时间的 简易计算 方法 J 中国塑料 ， 1 9 9 7， l l ( 5 ) ： 57 2 陈锋 P V T状态曲线及其应用 J 轻工机械， 2 0 o o ( 4 ) ： 6 7 3 B a n d r e d d i m， N u m mr ， Ma l l o y r An i n v e s t i n g g a fi o n o f t i me b a s e
15、 d h o mi n g p r e s s u r e p r o fi l e s c S P E An n u al T e c h n i c a l C o n f e r e n c e P a p e r ， 1 9 9 4， 4 0： 3 4 8 3 5 6 4 l e o V， C u v e l l i e z C H T h e e ff e c t o f t h e p a c k i n g p a r a me t e r s g a t e g e - o me t r y ， a n d mo l d e l a s t i c i t y o n t h
16、e fi n a l di me n s i o n o f a mo d e l e d p a r t J P o l y m E n gS c i ， 1 9 9 6， 3 6 ( 1 5) ： l 9 6 1一l 9 6 9 5 陈曦 基 于质量 的注 塑过程 建模方 法研究 D 杭州 ： 浙江 大 学 2 0 0 1 6 陈曦 基于质量 的保压过程建模方法 研究 ： 最优保 压曲线设定 J 中国塑料 ， 2 0 0 2 ， 1 6 ( 4) ： 5 l一 5 4 7 宋光 明， 张君 ， 董定福 基 于 C A E技 术的 注塑 成型保 压过程模 拟分 析 J 轻工机械 ， 2 0
17、0 3 ( 3 ) ： 8 48 6 E F F E C T S oF P A CK G C UR VE I NJ E C T I oN MoL D G oN P R oDU CT S S URF A C E QU AL r I Y Q i u B i n ， L i u G a n h u a ，L i We i ( I n s t i t u t e of Mech ani c a l and E l ect r i c E n g i n e e ri n g ， J i ang x i U n i v e rsi t y of S c i e n c e a n d T ech n o
18、 l o g y ，G anz h o u 3 4 1 0 0 0，C h i n a ) ABS TRACT T w o f a c t o r s t o g e t p e rfe c t s u rfa c e q u a l i t y w e r e s u mma r i z e d b a s e d o n a n aly z i n g o t h e r r e s e a r c h e rs r e s u l t s ：fi rstl y ， t h e p r e s s u r e i n m o l d c a v i t y s h o u l d b e
19、h i g h ； s e c o n d l y ， t h e p r e s s u r e i n m o l d c a v i t y s h o u l d b e u n i f o r m d i s t r i b u t i o n T h e i n j e c t i o n m o l d i n g p r o c e s s o f r e c t a n g l e p a r t Was s i mu l a t e d b y Mo l d fl o w s o f t wa r e Th e r e s u l t s s h o we d t h a
20、t p r e s s u r e c u r v e of fi rst c o n s t a n t a n d t h e n l i n e ar f a l l c o u l d ge t h i g h an d u n i f o rm d i s t r i b u t i o n p r e s s u r e i n mo l d c a v i t y，S O t h e s u r f a c e q u ali t y of p a r t s Was p e rf e c t KE Y W OR DS i n j e c t i o n m o l d i n
21、g ， p a c k i n g ， s u rf a c e q u ali t y ， Mo l d fl o w 美国工程塑料市场将快速复苏 F r e e d o n i a咨询公司发布的最新研究报告显示， 美国市场 工程塑料的需求将快速恢复。F r e e d o n i a预测 未来 5年美国 市场工程塑料需求增速 将达到年均 3 5 的水平。 到 2 0 1 0 年其需求量将达 2 4 7万 t 。而 2 0 0 0 2 0 0 5年美 国市场工程 塑料的需求年均增速仅为 0 8 。其增速拐点的出现 ， 主要 受益于电力和电子市场 ( 工程塑料最大 的终端用户) 的复 苏。同时大机动车市场每辆车中工程塑料用量的增加， 也刺 激了工程塑料需求的复苏。 F r e e d o n i a 称， 聚碳酸酯的需求将以年均 4 2 的速度增 长， 其需求量将从 2 0 0 5年的 4 2万 t 增至 2 0 1 0年的 5 2万 t 。 该市场主要将受到商业机械、 医疗产品、 天窗及玻璃窗领域 需求量增长的刺激。而 A B S和聚甲醛的需求增速则较为缓 慢， 不过一些需求量基数较小的工程塑料的需求增速则较 快， 这些工程塑料包括聚苯硫醚( P P S ) 、 聚酰亚胺( P I ) 和聚 砜( P S U) 等。 ( 化工报) 维普资讯 http:/