ProE模流分析教程 第七章 收缩与翘曲

发布日期:[10-12-17 18:24:03] 浏览人次:[]

  图7-4说明了保压之压力历程所造成的凝固层比容变化。其中,左图是塑件一个剖面的温度分布曲线。为了方便说明,将塑件沿着肉厚方向分为8层,曲线上显示着各层的凝固时间为t1~t8。注意,塑件从最外层开始凝固,越往中心层则需要越长的凝固时间。

 中间的图形显示各层固化的典型压力历程分别为P1~P8。充填阶段的压力通常逐渐上升,在保压初期达到最高压力,之后,因为冷却与浇口固化,压力逐渐下降。结果,塑件表层与中心层在低压时凝固,其它的中间各层在高保压压力时凝固。右图说明了第5层在PvT图上的比容历程,以及各层于最终凝固时的比容,并且以实心圆点标记。

   

图7-4  影响凝固层比容的因子

   已知各层的凝固比容,塑件各层收缩行为会根据PvT曲线发生不同的收缩。假设各层是分隔开如图7-5,结果就收缩到中间图形的情形,2、5、6、7等中间层因为凝固比容低(或是凝固密度高)而收缩得较少。而实际上,各层是连接在一起,造成折衷的收缩分布,中间层受压缩,而外层与中心层则受拉伸。

图7-5  各凝固层的比容差异相互作用,导致不同的残留应力和塑件变形。

7-1-3 制程引发残留应力与模穴残留应力

  就射出成形之模拟而言,制程所引发(process-induces)残留应力比模穴(in-cavity)残留应力更重要,以下介绍这两个名词的定义,并提供一个范例以说明它们的差异。

塑件顶出以后,模穴施加在塑件的拘束被释放开,塑件可以自由地收缩与变形,直到平衡状态。此时塑件内尚存的应力就是制程引发的残留应力,或者简称为残留应力,它包括了流动引发的残留应力和热效应引发的残留应力,而以热效应的影响为主。

  当塑件仍然受到模穴拘束时,塑件凝固所贮积的内应力称为模穴残留应力,此残留应力会驱使塑件于顶出后发生收缩和翘曲。

  图7-6左上图是成形塑件于顶出前,仍受到模具拘束的模穴残留应力(通常是图中显示的拉伸应力)。一旦顶出,解除了模具对于塑件的拘束,塑件将释放模穴残留应力而收缩和翘曲。顶出塑件之收缩分布所造成的热效应残留应力分布曲线如图7-6左下图。在无外力作用下,塑件剖面的拉伸应力等于压缩应力而达到平衡状态。图7-6右下图表示塑件肉厚承受不均匀的冷却,造成不对称的残留应力而发生翘曲。

图7-6  (上)模穴残留应力分布曲线及(下)制程引发残留应力分布曲线和顶出后的塑件形状。

  能够造成充分保压和均匀模壁温度的条件,就可以降低热效应引发的残留应力,这些条件包括:

Ÿ 适当的保压压力和保压时间。

Ÿ 塑件的所有表面都有均匀的冷却。

Ÿ 塑件有均匀的剖面肉厚。

7-2  收缩

  射出成形塑件从制程温度降到室温,体积收缩率(shrinkage)可以高达 20%。当结晶材料和半结晶材料冷却到玻璃转移温度以下,分子呈现比较规则的方式排列,并形成结晶,特别容易产生热收缩;不定形材料于相变化时并没有微结构变化,热收缩比较小。所以结晶材料和半结晶材料在熔融相和固相(结晶)之间的比容差异比不定形材料的比容差异大,如图7-7所示。此外冷却速率也会影响结晶材料与半结晶材料的PvT行为。

图7-7  不定形与结晶性聚合物之PvT曲线。从制程状态(A点)到常压室温

状态造成比容变化△υ。注意:当压力升高时,比容减小。

  塑件产生过量收缩的原因包括射出压力太低、保压时间不足或冷却时间不足、熔胶温度太高、模具温度太高、保压压力太低,而收缩量与制程参数、肉厚的关系说明图7-8:

  射出成形时,假如没有补偿塑件的体积收缩量,会导致塑件表面凹陷或是内部的气孔,所以设计模具时必须考虑到塑件收缩问题,塑件收缩率的控制对于塑件设计、模具设计、制程条件设定非常重要,组合的塑件更是如此。紧接

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