随着塑料合成技术的发展,塑料的力学性能得到显著提高,在工程方面的应用日益广泛。在传动机构及其它有尺寸配合要求的场合,塑件的形状尺寸精度往往很高,要求达到精密甚至超精密级,因此从事注塑成型加工领域研究的科研人员一直在努力减少注塑制品收缩率预测的误差,以缩短注塑模具制造周期和提高注塑制品合格率。



1、收缩率预测的实验数据拟合方法



起初,人们把注意力集中在注塑工艺条件的波动对收缩率所产生的影响上,进行大量的注塑实验,试图找出注塑工艺条件与收缩率之间的定量关系。



在积累了一定的经验后,有学者提出用实验数据拟合的方法来预测实际生产条件下的注塑制品收缩率,其基本思想是通过多因素正交实验测量某种塑料在不同的料筒温度、注射压力、注射时间、保压压力、保压时间、模具温度、模内冷却时间等工艺参数下的收缩率,根据实验测得的样点数据拟合出收缩率与各工艺参数之间的函数关系。



在应用时将实际注塑生产所采用的各工艺参数值代入对应的函数关系式,得到各自对应的收缩率数值,对其进行加权平均,便得到模具设计者所需要的“实际收缩率”。
但是一则当实际注塑制品的形状尺寸以及浇口的数量、位置、大小与实验情况不同时,制品内部的压力分布情况以及温度分布情况会与实验时不同,从而使实际注塑工艺条件与实验时的注塑工艺条件之间不具有可比性;二则这种方法没有考虑制品收缩过程中的模内限定效应,所以用实验数据拟合的方法预测收缩率难以推广应用。

2、收缩率预测的数值模拟方法



为了较准确地预测收缩率,必须考虑模具成型结构对注塑制品收缩率的影响,而模具成型结构是千变万化的,无法用几种典型结构来代表,即不可能依靠实验来确定模具成型结构与制品收缩率之间的定量关系,于是用计算机对注塑成型过程进行数学模拟的研究工作日益增多,成为聚合物加工科学中发展很快的前沿研究领域。



对注塑成型过程的数值模拟始于二十世纪60 年代。二十世纪90 年代以后,流动、保压、冷却分析的计算逐步成熟,许多学者在此基础上开始预测注塑制品的形状尺寸,即进行翘曲分析。



其计算过程为: 保压过程结束后,根据塑料的可压缩系数、热膨胀系数与结晶动力学方程计算注塑制品的压力变化与温度变化所应产生的热收缩与结晶收缩,但并不使收缩应变发生,而是把收缩应变转化为等效的节点载荷,再应用弹性模型或粘弹性模型求解等效载荷作用下注塑制品的响应。



如果注塑制品上、下表面的冷却条件不同,则厚度方向的温度与应力分布将不对称于中间层而使注塑制品有弯曲变形的趋势。由于在模具型腔的约束下注塑制品的弯曲变形不能发生,于是将其转化为残余应力并作为脱模以后的初应力;制品脱模后,应用弹性模型或粘弹性模型求解在初应力载荷与温度等效载荷作用下注塑制品发生的变形。