塑件變形分析及加強(qiáng)筋的優(yōu)化設(shè)計(jì)

莫桂祥

[摘 要]本文主要研究加強(qiáng)筋對(duì)注塑件的各種性能的影響，包括加強(qiáng)筋的厚度、寬度、高度和數(shù)量等對(duì)塑件的收縮、翹曲變形、剛度等方面的影響。此外，使用何種方式把加強(qiáng)筋注入塑件才能更好的提高塑件的性能，滿足人們的要求也是研究的重點(diǎn)。并且，本文通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，用Moldflow軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析注塑件的性能。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)，可以知道加強(qiáng)筋的厚度、寬度、高度和數(shù)量等均對(duì)注塑件的各種性能有不同程度的影響。

[關(guān)鍵詞]加強(qiáng)筋；注塑件；性能；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)分析

中圖分類號(hào)：TQ320.662 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）16-0030-01

隨著全球經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，社會(huì)的不斷進(jìn)步，塑件更廣泛的應(yīng)用在我們的日常生活中，大家對(duì)塑件的要求也越來(lái)越高，希望塑件有更好的性能來(lái)滿足人們的需求。普通塑件的剛度和硬度比較低，不能承受較大的壓力、扭曲力和彎曲力等，容易變形，影響它的質(zhì)量和使用效果。對(duì)于一些對(duì)塑件的剛度和硬度要求較高的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，顯然并不能滿足其對(duì)塑件性能的要求。因此，對(duì)塑件的改造非常重要。目前，主要使用在塑件上注入加強(qiáng)筋的方法改善塑件的性能，使塑件擁有更好的剛度和硬度，能承受更大的壓力、扭曲力和彎曲力，滿足塑件不易變形的需求。本文主要通過(guò)Moldflow軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究加強(qiáng)筋對(duì)注塑件性能的影響。并且在此基礎(chǔ)上對(duì)加強(qiáng)筋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究如何正確設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋。

1.模擬成型方案設(shè)計(jì)

選取材料為鋼的模具塑件，選取材料為聚丙烯的加強(qiáng)筋三條。模具表面溫度為25℃，熔體溫度為215℃，加強(qiáng)筋厚度選取塑件平均厚度的50%～70%，其余參數(shù)選取默認(rèn)值。把加強(qiáng)筋注入塑件，首先，以加強(qiáng)筋的厚度為變量，加強(qiáng)筋的其他參數(shù)不變，研究無(wú)加強(qiáng)筋、有較薄加強(qiáng)筋、有較厚加強(qiáng)筋的多個(gè)塑件模型，對(duì)其性能進(jìn)行模擬分析。其次，以加強(qiáng)筋的高度為變量，加強(qiáng)筋的其他參數(shù)不變，研究較短加強(qiáng)筋、較長(zhǎng)加強(qiáng)筋的多個(gè)塑件模型，對(duì)其性能進(jìn)行模擬分析。此外，以加強(qiáng)筋的澆口方式為變量，加強(qiáng)筋的其他參數(shù)不變，研究從塑件側(cè)面潛伏式澆口、從塑件頂面點(diǎn)澆口的多個(gè)塑件模型，對(duì)其性能進(jìn)行模擬分析。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 加強(qiáng)筋厚度對(duì)殼型塑件收縮的影響分析

采用從側(cè)面潛伏式澆口的方式，研究加強(qiáng)筋厚度對(duì)殼型塑件收縮性能的影響。研究結(jié)果表明，普通塑件發(fā)生了收縮，注入了加強(qiáng)筋的注塑件也發(fā)生了同方向的收縮，但是相比較而言，加入了加強(qiáng)筋的注塑件比普通塑件的收縮率要小0.03%。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，沒(méi)有加強(qiáng)筋時(shí)，塑件收縮率最大，注入加強(qiáng)筋后，隨著加強(qiáng)筋厚度的增加，塑件的收縮率明顯減小，但是當(dāng)加強(qiáng)筋達(dá)到一定的厚度之后，隨著加強(qiáng)筋厚度的增加，塑件的收縮率開(kāi)始增大。所以可知，加強(qiáng)筋的厚度對(duì)收縮率有一定的影響，但是收縮率的大小并不是和加強(qiáng)筋的厚度成正比的，在對(duì)塑件注入加強(qiáng)筋時(shí)，應(yīng)注意選擇合適的加強(qiáng)筋厚度。此外，加強(qiáng)筋的厚度還會(huì)影響塑件的冷卻時(shí)間，隨著厚度的增加，冷卻時(shí)間變長(zhǎng)。總而言之，加強(qiáng)筋的厚度應(yīng)和塑件厚度保持一定的比例，一般不超過(guò)塑件厚度的50%～70%。

2.2 加強(qiáng)筋厚度對(duì)殼型塑件翹曲變形的影響分析

采用從側(cè)面潛伏式澆口的方式，研究加強(qiáng)筋厚度對(duì)殼型塑件翹曲變形性能的影響。研究結(jié)果表明，塑件的總變形量先增大后減小。加強(qiáng)筋較薄時(shí)，塑件的變形量不大，注入加強(qiáng)筋后，隨著加強(qiáng)筋厚度的增加，塑件的變形量明顯增大，但是當(dāng)加強(qiáng)筋達(dá)到一定的厚度之后，隨著加強(qiáng)筋厚度的增加，塑件的變形量開(kāi)始減小。其原因是因?yàn)榧訌?qiáng)筋冷卻較快對(duì)塑件產(chǎn)生拉力。當(dāng)塑件較薄，冷卻速度較快，拉力較小，冷卻不均勻的程度較大，隨著加強(qiáng)筋厚度的增加，冷卻速度較慢，拉力較大，冷卻不均勻的程度較小。當(dāng)達(dá)到一定的厚度后，塑件的翹曲變形開(kāi)始減小。所以可知，加強(qiáng)筋的厚度對(duì)翹曲變形有一定的影響，但是翹曲變形的大小并不是和加強(qiáng)筋的厚度成正比的，在對(duì)塑件注入加強(qiáng)筋時(shí)，應(yīng)注意選擇合適的加強(qiáng)筋厚度。此外，還可以通過(guò)改變塑件的尺寸來(lái)減弱變形量，加強(qiáng)對(duì)整個(gè)塑件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.3 加強(qiáng)筋高度對(duì)殼型塑件變形和收縮的影響分析

由實(shí)驗(yàn)可知，在實(shí)驗(yàn)參數(shù)取方案設(shè)計(jì)的設(shè)定值時(shí)，隨著加強(qiáng)筋高度的增加，塑件的變形量也是先增大后減小。當(dāng)高度較小時(shí)，塑件的變形量及收縮率相對(duì)較小，隨著加強(qiáng)筋高度的增加，塑件的變形量和收縮率也隨之增大，當(dāng)加強(qiáng)筋達(dá)到一定高度時(shí)，塑件的變形量和收縮率開(kāi)始減小。但是，總的來(lái)說(shuō)，隨著加強(qiáng)筋高度的變化，塑件的變形量及收縮率變化不大，都在整體的70%～80%之間。總而言之，加強(qiáng)筋的高度對(duì)塑件的翹曲變形及收縮率的影響不大，也就是說(shuō)，加強(qiáng)筋的高度并不是影響塑件翹曲變形和收縮率的主要因素。

2.4 澆口位置對(duì)殼型塑件收縮及變形的影響分析

當(dāng)不存在加強(qiáng)筋時(shí)，對(duì)從不同的澆口位置進(jìn)料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果可知，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，采用從塑件側(cè)面潛伏式澆口的方式進(jìn)料，塑件會(huì)向加強(qiáng)筋所在的方向變形，塑件的變形量較大；采用從塑件頂面點(diǎn)澆口的方式，塑件會(huì)向外側(cè)突出變形，塑件的變形量較小。即采用的澆口方式不同，塑件變形的方向不同，變形量也不同，并且變形量和加強(qiáng)筋的厚度成反比。其原因是，不同的澆口方式，進(jìn)料在塑件內(nèi)的流動(dòng)方向不同，變形的基本條件不同。當(dāng)存在加強(qiáng)筋時(shí)，分析兩種澆口方式下，不同厚度加強(qiáng)筋對(duì)塑件收縮的影響。結(jié)果可知，采用從塑件頂面點(diǎn)澆口的方式的整體效果比采用側(cè)面潛伏式澆口的方式的整體效果好。采用從塑件頂面點(diǎn)澆口的方式時(shí)塑件的收縮率比采用側(cè)面潛伏式澆口的方式時(shí)塑件的收縮率小0.03%左右。從這個(gè)數(shù)據(jù)可以看出，采用不同的澆口方式對(duì)塑件的收縮率有一定的影響。總的來(lái)說(shuō)，采用從塑件頂面點(diǎn)澆口的方式進(jìn)料與采用從塑件側(cè)面潛伏式澆口的方式進(jìn)料相比，塑件的變形量和收縮率均比較小，所以在對(duì)塑件注入加強(qiáng)筋時(shí)，盡量要采用從塑件頂面點(diǎn)澆口的方式進(jìn)料。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和用Moldflow軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：

第一，加強(qiáng)筋的厚度對(duì)塑件的收縮率和變形量均有影響，并且他們的關(guān)系是一種非線性關(guān)系，注入加強(qiáng)筋有助于增大注塑件的收縮率同時(shí)會(huì)減小變形量，這兩方面都有各自最適合的注入的加強(qiáng)筋的百分比，在對(duì)塑件注入加強(qiáng)筋時(shí)，要注意選擇最合適的比例。

第二，加強(qiáng)筋的高度對(duì)注塑件的收縮率和翹曲變形均有影響，但是影響不大。實(shí)驗(yàn)證明注塑件的收縮率和變形量與加強(qiáng)筋的高度也是一種非線性的關(guān)系，隨著高度的變化，注塑件的收縮率和變形量的變化并不明顯。所以說(shuō)，加強(qiáng)筋的高度并不是影響注塑件收縮率和翹曲變形的主要因素。

第三，加強(qiáng)筋的澆口位置對(duì)注塑件的翹曲變形和收縮率均有一定的影響，但是影響不大。采用的澆口方式不同，注塑件的變形方向就不同，收縮率也不同。采用從塑件頂面點(diǎn)澆口的方式進(jìn)料比采用從塑件側(cè)面潛伏式澆口的方式進(jìn)料效果要好，注塑件的變形量和收縮率都相對(duì)較小，所以一般情況下采用從塑件頂面點(diǎn)澆口的方式進(jìn)料。

總的來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)筋的厚度和澆口方式均對(duì)注塑件的收縮率和翹曲變形有較大的影響，加強(qiáng)筋的高度對(duì)注塑件的收縮率和翹曲變形的影響不大，在對(duì)塑件注入加強(qiáng)筋時(shí)，要合理的選擇適合的加強(qiáng)筋，從而更好的提高住的塑件的性能。

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