薄壁件翘曲变形国内外研究现状

作者：佚名信息来源:模具 2008-4-29

字体大小:小 中 大网友评论条 进入论坛

翘曲变形是薄壳塑料件注塑成型中的常见缺陷之一，因为涉及到对翘曲变形量的准确预测，而不同材料、不同形状的注塑件的翘曲变形规律差别很大。翘曲变形问题的存在会影响注塑件的形状精度和表面质量，当翘曲变形量超过允许误差后，就成为成形缺陷，进而影响产品装配。对各类大量日益增加的薄壁件(壁厚小于2mm)翘曲变形做出准确...

翘曲变形薄壳塑料件注塑成型中的常见缺陷之一，因为涉及到对翘曲变形量的准确预测，而不同材料、不同形状的注塑件的翘曲变形规律差别很大。翘曲变形问题的存在会影响注塑件的形状精度和表面质量，当翘曲变形量超过允许误差后，就成为成形缺陷，进而影响产品装配。对各类大量日益增加的薄壁件(壁厚小于2mm)翘曲变形做出准确预测是有效控制翘曲缺陷的前提，期以来，们在翘曲预测方面做了大量的工作，常见的研究方法有实验法和理论分析法。
实验法研究现状
用实验方法研究塑料制品的翘曲变形主要体现在研究材料性质、产品的几何形状和大小、注塑成型工艺条件等对制品翘曲变形的影响。早在六十年代， VLeo和Ch.Curelliez通过设计大量的实验，获取浇口几何形状、保压数(保压压力和保压时间)和模具的弹性对制品最终尺寸的影响。C.S.Lec和A.Dusin等用Nylon6和PET作为聚合物基，研究了不同材料和不同壁厚平板的翘曲特性。 HiroyukiKikuehi和 KiyohitoKoyama等实验研究了33%玻璃增强纤维PA66注塑磁盘的增强比率、线性热膨胀系数的各向异性、制品厚度和翘曲之间的关系，首次提出了翘曲指数概念，采用翘曲指数研究PA66塑料制品的翘曲特性，并研究了翘曲指数、翘曲和纤维定向状态之间的关系和屈服与翘曲指数的关系。

图 1: 手机外壳是一种典型的薄壁注塑件

E.J.Fahy等采用磁盘来测试增强塑料制品出模后发生翘曲变形的机制，并提出磁盘呈拱形或马鞍形变形的实验公式。M.Akay和S.Ozden等在大量实验数据的基础上，建立残余应力和翘曲之间的实验关系，样就无需考虑忽略塑料的粘弹行为和假设塑料固化时材料性质与温度无关给翘曲预测带来误差。Radford和 Diefendorf等实验研究了复合材料在成型和使用过程中的变形。他们提出了基于经典层状薄板理论的预测制品形状变化的数学模型。
实验方法研究翘曲变形，往往局限于某一特定的几何形状、特定的材料和工艺条件，并不能全面考虑诸多因素对翘曲变形的影响，而且也不能在产品设计阶段预测可能发生的翘曲变形的大小。在实际使用中，经验公式的局限性也显而易见，不仅受实验条件的影响，还与实验数据的处理方法、经验公式的应用条件等许多因素有关，并且一种经验公式只适用于与实验状况相当接近的生产过程。
理论分析法研究现状
七十年代以前，翘曲变形分析大都采用定性分析，根据实际经验从制品设计、模具设计及注塑工艺条件等方面采取措施，尽量避免发生大的翘曲变形。固体力学、计算机科学、数值技术、材料科学等学科的发展，使得越来越多的学者开始对注塑制品的翘曲进行理论上的研究。
收缩/翘曲的研究
由于翘曲变形与不均匀收缩有关，许多学者从研究不同塑料在不同工艺条件下的收缩行为入手，来分析收缩与制品翘曲的关系。Thomas，N.Mccffery在注塑流动、保压、冷却模拟的基础上，通过实验和线性回归方法，提出了预测注塑制品收缩的模型，在收缩预测的基础上，通过结构分析模拟程序计算出制品的变形。
HaroldF.Giles等对GMT材料的收缩和翘曲行为进行了详细的研究，他们认为，GMT材料在成型过程中会发生纤维取向，树脂和纤维之间不同的收缩特性与纤维取向后形成的各向异性共同作用是导致制品翘曲变形的主要原因，他们通过改变具有不同纤维取向原料的布料方式，对纤维取向的影响程度进行了验证，并且发现制品的收缩和翘曲之间具有一定的相关性。Semmer建立一种塑料制品收缩和翘曲的数学模型时，将纤维取向、工艺温度、物料P一VT特性和两个可导致收缩和翘曲的特殊效应(即热岛效应和回弹效应)作为计算依据。
Rich Saile认为用高收缩率的材料很难获得尺寸精度高的制品，力求高精度，应尽量应用非晶态树脂和各方向收缩一致的树脂。MOLDFLOW公司对很多材料在改变流动速度、保压压力、保压时间、模具温度、充模时间、制品厚度等参数的条件下，测出制品的收缩。根据测试结果，将制品的收缩分为三个部分:体积收缩、分子取向引起的不均匀收缩、不平衡冷却引起的不均匀收缩。在此基础上，Walsh提出了能考虑更多基本变量(体积收缩、结晶含量、模具限制、塑料取向等)的收缩预测方法，利用流动和冷却分析结果来预测收缩应变。Walsh，Peter等在收缩预测基础上，计算制品翘曲。利用己求出的收缩应变，将收缩应变输入结果分析程序，等效成节点载荷后，通过线性或非线性分析可得到制品的翘曲变形，同时可以分离出影响特定塑料制品翘曲变形的主要因素和次要因素，对实际有很大的指导意义。