纖維含量對注塑件翹曲變形的影響分析

陳晨

摘 要：文章重點(diǎn)研究能夠使汽車成功減重的塑料復(fù)合材料的注塑成型方法和在此過程中遇到的種種問題，并通過專業(yè)的軟件Moldflow模擬仿真進(jìn)行試驗(yàn)得出結(jié)論來解決問題，分析了制品在注塑成型過程中各個(gè)重要的參數(shù)，以及對整個(gè)過程甚至最終成品的影響程度。

關(guān)鍵詞：纖維；注塑；變形；影響

中圖分類號：TQ320.66 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）09-0175-02

1 玻璃纖維對注塑成型過程及制品質(zhì)量的影響

本文選取玻纖維增強(qiáng)塑料作為研究對象。它是以樹脂（高分子）為基礎(chǔ)，組織結(jié)構(gòu)及其牢固，用涂、注、擠、壓等方法來制成成品。玻璃纖維增強(qiáng)塑料由于其基體樹脂種類繁多所以本身屬性各不相同，但歸納起來大致可以分為兩個(gè)大類，以熱塑性樹脂基體和熱固性樹脂基體為基體的兩大類玻纖維增強(qiáng)塑料。這兩大類玻纖維增強(qiáng)塑料中總共涉及到十幾種常用的基體樹脂。這兩大類玻纖維增強(qiáng)塑料均可以通過注塑的方法使其成為成品。

本文使用三種方程對注塑成型的過程進(jìn)行定性分析，包括連續(xù)性方程、動量方程和能量方程。

1.1 連續(xù)性方程

1.2 動量方程

1.3 能量方程

2 數(shù)值模擬

本文數(shù)值模擬選取短玻纖維增強(qiáng)的PP材料，由Idemit su Petrochemical公司生產(chǎn)的纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%、20%、30%的材料。

本文的數(shù)值模擬對了對成型過程中的注射壓力、鎖模力以及翹曲變形的影響進(jìn)行分析，因此試驗(yàn)觀察的參數(shù)主要包括：模具溫度（factor A）、熔體溫度（factor B）、纖維含量（factor C）、保壓時(shí)間（factor D）、保壓壓力（factor E）五個(gè)因素作為監(jiān)測指標(biāo)。

對于Taguchi方法進(jìn)行注塑件翹曲變化試驗(yàn)中使用的主要工藝是采用正交矩陣計(jì)算注射位置處的壓力與翹曲變形的關(guān)系，再通過偏差分析對定量進(jìn)行估計(jì)，從而發(fā)現(xiàn)每個(gè)因素對翹曲變形的影響程度，采用信噪比優(yōu)化的方法得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 不同纖維含量對制件翹曲的影響

3.1 不同纖維含量對制件的成型工藝參數(shù)的影響分析

本文采用的正交試驗(yàn)步驟如下：

第一步：根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康膶υ囼?yàn)指標(biāo)進(jìn)行選取，本文選擇的指標(biāo)包括充填時(shí)間、保壓壓力、保壓時(shí)間、模具溫度、熔體溫度。

第二步：根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)的具體情況選擇參數(shù)的取值水平，從而對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，本文分別對纖維含量分別為0%、20%、30%的制品進(jìn)行分析，其因素水平表如下文中所示。

第三步：以指標(biāo)因素為列、水平程度為行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正交表，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與最后得到的翹曲變形量記錄到正交表中。

通過對上述實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)論進(jìn)行詳細(xì)地分析和研究得出，具體結(jié)論如下：

前文所說的兩個(gè)對制品翹曲程度影響比其他因素更大的因素是充填時(shí)的注射壓力和注射速度。當(dāng)纖維含量在0～20%之間時(shí)，翹曲變形量與填充時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系。當(dāng)纖維含量為30%時(shí)，翹曲變形量與充填時(shí)間先是維持了一段時(shí)間的正相關(guān)關(guān)系后又突然變化為了負(fù)相關(guān)關(guān)系。因?yàn)槌浞值谋簤毫梢允怪萍⑺艹尚瓦^程中的收縮量大幅縮小，增加制品的剛度，減小翹曲變形量。

3.2 對制件翹曲的影響

上面的試驗(yàn)的優(yōu)化當(dāng)中已經(jīng)得到了針對不同纖維含量的注塑工藝參數(shù)，之后利用專業(yè)的模擬軟件進(jìn)行模擬分析，得到的纖維含量完全不同的翹曲變形量但是翹曲變形程度和分布卻非常相似，中心小，周圍大，位置分布相似，并且與纖維含量同步變化，因此本文基于以上特點(diǎn)將翹曲變形量的最大值作為衡量變形情況的指標(biāo)，見表1。

在表1中可以看到，纖維含量在0～20%之間的時(shí)候，優(yōu)化的效果最明顯，所以這個(gè)纖維含量區(qū)間為最優(yōu)值。但如前文所說，纖維含量30%是個(gè)極為特殊的點(diǎn)，因?yàn)樵谶@個(gè)點(diǎn)上翹曲程度優(yōu)化完全失效并且效果還不如尚未優(yōu)化之前，所以這里的最優(yōu)值取的是尚未優(yōu)化之前的最小值，見表2。

4 結(jié) 語

可以利用玻璃纖維來改變注塑品容易變形的現(xiàn)狀，但不可忽視的是其也會為充填這個(gè)過程增加難度。增加纖維含量只能有效降低流動方向的注塑品的變形，而對別的方向上基本沒有任何作用。高壓力和高速度的注射是解決之前所說的充填難度的最好的方法。本文進(jìn)行了上述模擬實(shí)驗(yàn)研究得出數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析最終得出：纖維在填充過程中受力后會產(chǎn)生取向，切產(chǎn)生的取向與纖維含量呈正相關(guān)關(guān)系，制件模量值也與纖維含量呈正相關(guān)關(guān)系，制件翹曲變形量則分兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是當(dāng)纖維含量保持在20%以下時(shí)，其與纖維含量呈正相關(guān)，而反之超過了20%這個(gè)分界點(diǎn)則是負(fù)相關(guān)關(guān)系，這是因?yàn)樵诶w維量不足的情況下，纖維取向會比較大，此時(shí)基體和纖維變形不均勻?qū)е伦冃瘟吭龃螅诶w維量足夠大的時(shí)候由于模具也足夠大，使得制件剛度增加翹曲變形的難度就隨之增大了。

參考文獻(xiàn)：

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