塑料制品注塑成形收缩特性的实验研究[1].pdf

塑 料 制 品 注 塑 成 形 收 缩 特 性 的 实 验 研 究宋 满 仓 荆 晓 南 赵 丹 阳大 连 理 工 大 学 精 密 与 特 种 加 工 教 育 部 重 点 实 验 室 ,大 连 ,116024摘 要 :设 计 制 作 了 一 套 一 模 四 腔 的 模 具 (包 括 正 方 形 、 凸 形 、 凹 形 和 扇 形 等 4 种 形 状 制 品 的型 腔 ) ,通 过 注 塑 成 形 实 验 ,来 确 定 这 几 种 特 殊 结 构 制 品 的 收 缩 特 性 。 实 验 材 料 选 用 收 缩 率 比较 大 的 利 用 三 坐 标 测 量 机 测 量 实 验 样 品 。 结 果 表 明 ,凸 形 、 凹 形 制 品 具 有 向 心 收 缩 的 趋势 ,而 扇 形 制 品 内 径 收 缩 率 大 于 扇 形 制 品 外 径 收 缩 率 ,扇 形 制 品 收 缩 后 扇 面 角 度 具 有 变 大 的 趋势 。 因 此 ,在 精 密 成 形 中 ,必 须 考 虑 扇 形 制 品 扇 面 角 度 的 收 缩 对 制 品 尺 寸 精 度 的 影 响 。关 键 词 :注 塑 成 形 ;收 缩 特 性 ;塑 料 制 品中 图 分 类 号 : 文 章 编 号 :1004 132X(2006) 0180 03 116023 A By s , of s PP is as t he s h 3 - D s t t he s it s t of of s is t t he s it s t he of t he of s be in 日 期 :2006 09 070 引 言目 前 ,生 产 普 通 形 状 塑 料 制 品 的 模 具 型 腔 尺寸 的 计 算 方 式 与 方 法 已 比 较 规 范 ,但 对 于 制 品 中一 些 比 较 特 殊 的 形 状 或 结 构 单 元 来 说 ,其 相 应 的模 具 型 腔 尺 寸 的 计 算 方 法 还 存 在 一 些 不 同 的 理 解和 认 识 ,如 凸 形 、 凹 形 和 扇 形 。 为 此 ,本 文 设 计 制作 了 一 套 一 模 四 腔 的 模 具 (包 括 正 方 形 、 凸 形 、 凹形 和 扇 形 等 4 种 形 状 ) ,通 过 注 塑 实 验 ,来 探 讨 这几 种 特 殊 结 构 制 品 的 收 缩 特 性 。1 注 塑 成 形 收 缩 预 期 变 化 分 析对 塑 料 制 品 的 收 缩 趋 势 ,一 般 有 两 种 认 识 :一是 制 品 可 能 沿 其 几 何 中 心 收 缩 ;二 是 制 品 可 能 沿其 外 围 轮 廓 向 内 收 缩 1 。 基 于 此 ,本 文 首 先 对 各种 形 状 制 品 的 收 缩 可 能 性 加 以 分 析 。1. 1 扇 形 制 品 收 缩 预 期 变 化 可 能 性对 于 扇 形 制 品 的 收 缩 有 3 种 可 能 情 况 : 收缩 前 后 扇 形 角 度 没 有 变 化 ,径 向 尺 寸 均 减 小 ,即 向心 收 缩 (图 1) ; 收 缩 前 后 扇 面 角 度 有 所 改 变 ,且角 度 变 小 ,外 径 尺 寸 变 小 ,内 径 尺 寸 加 大 ,即 沿其 外 围 轮 廓 向 内 收 缩 (图 2) ; 收 缩 前 后 扇 面 角度 有 所 改 变 ,且 角 度 变 大 ,外 径 尺 寸 变 小 ,内 径尺 寸 也 变 小 ,这 也 是 沿 其 外 围 轮 廓 向 内 收 缩 的 一种 情 形 (图 3) 。 因 此 ,扇 形 制 品 收 缩 情 况 必 须 通过 实 验 来 加 以 确 定 。图 1 扇 形 角 度 未 变图 2 扇 形 角 度 变 小1. 2 凸 形 、 凹 形 制 品 收 缩 预 期 变 化 可 能 性凸 形 制 品 沿 几 何 中 心 收 缩 与 沿 图 形 外 围 轮 廓收 缩 的 效 果 应 该 是 趋 于 一 致 的 ,如 图 4 所 示 。081中 国 机 械 工 程 第 17 卷 增 刊 2006 年 10 月 1994 扇 形 角 度 变 大图 4 凸 形 制 品 收 缩 示 意 图凹 形 制 品 沿 几 何 中 心 收 缩 与 沿 图 形 外 围 轮 廓收 缩 的 效 果 是 不 同 的 。 所 以 需 通 过 实 验 研 究 注 塑模 成 形 中 凹 形 制 品 的 收 缩 属 于 下 述 哪 一 种 情 况 ,或 是 还 有 其 他 的 可 能 收 缩 情 况 。凹 形 制 品 收 缩 情 况 预 测 一 (凹 形 制 品 沿 几 何中 心 收 缩 )如 图 5 所 示 。图 5 凹 形 制 品 沿 几 何 中 心 收 缩 示 意 图凹 形 制 品 收 缩 情 况 预 测 二 (凹 形 制 品 沿 图 形外 围 轮 廓 向 内 收 缩 )如 图 6 所 示 。图 6 凹 形 制 品 沿 图 形 外 围 轮 廓 向 内 收 缩 示 意 图2 实 验 部 分2. 1 原 料 与 设 备由 于 实 验 要 定 量 地 分 析 特 定 形 状 制 品 的 收 缩规 律 ,实 验 选 用 的 注 塑 材 料 是 收 缩 率 较 大 的 聚 丙 烯(,这 样 实 验 所 得 制 品 的 收 缩 较 大 ,测 量 、 分 析 比较 方 便 。 实 验 设 备 为 锁 模 力 1200 注 塑 机 。2. 2 模 具为 综 合 研 究 凸 形 、 凹 形 、 扇 形 等 形 状 制 品 的 收缩 特 性 ,本 文 将 正 方 形 、 凸 形 、 凹 形 和 扇 形 制 品 设计 在 一 副 模 具 之 中 ,型 腔 以 及 流 道 系 统 在 动 模 板中 的 分 布 如 图 7 所 示 。1. 方 形 型 腔 孔 2. 凹 形 型 腔 孔3. 凸 形 型 腔 孔 4. 扇 形 型 腔 孔图 7 动 模 板 示 意 图各 型 腔 孔 皆 为 通 孔 ,将 各 种 形 状 的 型 腔 镶 块嵌 入 其 中 构 成 模 具 型 腔 ,型 腔 深 度 (制 品 厚 度 ) 为3浇 口 采 用 扇 形 浇 口 ,其 优 点 是 塑 料 熔 体 可在 较 大 范 围 注 入 ,塑 料 熔 体 带 入 模 腔 的 空 气 较 少 ,熔 体 通 过 浇 口 后 的 横 向 流 动 均 匀 ,故 制 品 内 产 生的 应 力 比 较 小 ,所 得 制 品 尺 寸 稳 定 。2. 3 实 验 安 排 及 实 验 数 据 采 集将 料 温 、 注 射 速 度 、 注 射 压 力 、 保 压 压 力 和 保压 时 间 这 5 个 注 塑 工 艺 参 数 按 单 因 素 变 化 方 法 来设 置 ,即 每 一 大 组 实 验 中 有 4 个 工 艺 参 数 值 固 定不 变 ,只 有 一 个 工 艺 参 数 变 化 。 本 实 验 由 此 分 为5 大 组 ,即 料 温 变 化 组 、 注 射 速 度 变 化 组 、 注 射 压力 变 化 组 、 保 压 压 力 变 化 组 和 保 压 时 间 变 化 组 。每 大 组 都 遵 循 一 个 工 艺 参 数 等 差 递 增 ,其 他 4 个工 艺 参 数 为 定 值 的 变 化 规 律 ,分 为 10 组 不 同 的 注塑 工 艺 状 况 。 实 验 制 品 图 如 图 8 所 示 。图 8 实 验 制 品 图3 结 果 与 讨 论3. 1 测 量 结 果 品 在 成 形 之 后 的 数 天 至 数 周 中 还 会 继续 收 缩 和 结 晶 。 大 部 分 的 收 缩 在 成 形 后 前 24h 发生 的 。 为 得 到 稳 定 可 靠 的 结 果 ,本 文 实 验 所 得 试件 均 是 在 此 试 件 注 塑 成 形 的 一 个 月 后 进 行 测 量181塑 料 制 品 注 塑 成 形 收 缩 特 性 的 实 验 研 究 宋 满 仓 荆 晓 南 赵 丹 阳 1994 。 采 用 00D 三 坐 标 测 量 仪 对 制 品 的 关 键 尺寸 进 行 测 量 。 以 上 每 个 变 化 组 中 的 每 一 种 不 同 的注 塑 工 艺 状 况 下 都 选 择 三 个 制 品 进 行 测 量 ,然 后取 测 量 值 的 平 均 值 。 现 以 料 温 变 化 组 和 注 射 压 力变 化 组 的 数 据 为 例 来 讨 论 扇 形 制 品 的 收 缩 特 性 。表 1、 表 2 和 表 3 分 别 是 扇 形 制 品 角 度 、 内 径和 外 径 的 收 缩 情 况 。表 1 扇 形 制 品 扇 面 角 度料 温 变 化 组 注 射 压 力 变 化 组料 温( )制 品 1扇 面 角( )制 品 2扇 面 角( )制 品 3扇 面 角( )扇 面 角平 均 值( )注 射 压 力( 品 1扇 面 角( )制 品 2扇 面 角( )制 品 3扇 面 角( )扇 面 角平 均 值( )180 90. 155 90. 125 90. 074 90. 118 37. 0 90. 104 90. 063 90. 079 90. 082190 90. 112 90. 070 90. 195 90. 126 44. 0 90. 015 90. 055 90. 077 90. 049200 90. 080 90. 076 90. 072 90. 076 50. 0 90. 022 90. 046 90. 051 90. 040210 90. 166 90. 009 90. 09 90. 088 56. 0 90. 015 90. 033 90. 065 90. 038220 90. 065 90. 081 90. 126 90. 091 62. 0 90. 019 90. 027 90. 005 90. 017230 90. 020 90. 079 90. 146 90. 082 68. 5 90. 016 90. 023 90. 000 90. 013240 90. 072 90. 094 90. 066 90. 077 75. 0 90. 020 89. 998 90. 022 90. 013250 90. 051 90. 099 90. 061 90. 070 81. 0 90. 018 90. 013 90. 031 90. 021260 90. 048 90. 073 90. 113 90. 078 87. 0 90. 015 90. 008 90. 007 90. 010270 90. 078 90. 014 90. 100 90. 064 93. 0 90. 007 90. 009 90. 005 90. 007表 2 扇 形 制 品 内 径料 温 变 化 组 注 射 压 力 变 化 组料 温( )制 品 1内 径( 品 2内 径( 品 3内 径( 径平 均 值( 射 压 力( 品 1内 径( 品 2内 径( 品 3内 径( 径平 均 值(80 29. 301 29. 416 29. 328 29. 348 37. 0 29. 373 29. 442 29. 445 29. 420190 29. 465 29. 251 29. 348 29. 355 44. 0 29. 554 29. 537 29. 501 29. 531200 29. 353 29. 322 29. 388 29. 354 50. 0 29. 501 29. 481 29. 446 29. 476210 29. 364 29. 356 29. 352 29. 357 56. 0 29. 515 29. 480 29. 430 29. 475220 29. 297 29. 423 29. 470 29. 397 62. 0 29. 418 29. 490 29. 418 29. 442230 29. 391 29. 350 29. 436 29. 392 68. 5 29. 460 29. 473 29. 497 29. 477240 29. 390 29. 395 29. 403 29. 396 75. 0 29. 449 29. 487 29. 434 29. 457250 29. 479 29. 433 29. 471 29. 461 81. 0 29. 427 29. 501 29. 475 29. 468260 29. 393 29. 504 29. 561 29. 486 87. 0 29. 458 29. 432 29. 436 29. 442270 29. 427 29. 487 29. 466 29. 460 93. 0 29. 449 29. 478 29. 445 29. 457表 3 扇 形 制 品 外 径料 温 变 化 组 注 射 压 力 变 化 组料 温( )制 品 1外 径( 品 2外 径( 品 3外 径( 径平 均 值( 射 压 力( 品 1外 径( 品 2外 径( 品 3外 径( 径平 均 值(80 49. 213 49. 203 49. 296 49. 237 37. 0 49. 247 49. 322 49. 312 49. 294190 49. 281 49. 256 49. 258 49. 265 44. 0 49. 482 49. 469 49. 450 49. 467200 49. 242 49. 288 49. 309 49. 280 50. 0 49. 353 49. 340 49. 524 49. 406210 49. 251 49. 295 49. 250 49. 265 56. 0 49. 369 49. 546 49. 436 49. 450220 49. 275 49. 335 49. 310 49. 307 62. 0 49. 310 49. 403 49. 310 49. 341230 49. 295 49. 329 49. 289 49. 304 68. 5 49. 380 49. 358 49. 428 49. 389240 49. 288 49. 250 49. 698 49. 412 75. 0 49. 415 49. 436 49. 416 49. 422250 49. 550 49. 385 49. 425 49. 453 81. 0 49. 385 49. 432 49. 453 49. 423260 49. 480 49. 602 49. 375 49. 486 87. 0 49. 424 49. 458 49. 409 49. 430270 49. 561 49. 555 49. 530 49. 549 93. 0 49. 431 49. 417 49. 413 49. 4203. 2 结 果 分 析3. 2. 1 扇 形 制 品由 表 1 可 以 得 到 扇 形 制 品 角 度 测 量 值 的 平 均值 为 901058 (对 应 的 模 具 成 形 零 件 型 腔 角 度 为90 ) ,呈 放 大 趋 势 ,角 度 平 均 增 长 率 为 0164 %。由 表 2 可 以 得 到 扇 形 制 品 内 径 尺 寸 测 量 值 的平 均 值 为 291432对 应 的 模 具 成 形 零 件 型 腔尺 寸 为 30,呈 减 小 趋 势 ,线 性 平 均 收 缩 率 为1189 %。由 表 3 可 以 得 到 扇 形 制 品 外 径 尺 寸 测 量 值 的平 均 值 491380对 应 的 模 具 成 形 零 件 型 腔 尺寸 为 50,线 性 平 均 收 缩 率 为 1124 %。扇 形 制 品 的 径 向 厚 度 为 191948对 应 的模 具 成 形 零 件 型 腔 尺 寸 20,呈 缩 小 趋 势 ,线性 平 均 收 缩 率 为 0126 %。扇 形 制 品 收 缩 前 后 角 度 变 化 与 弧 长 的 收 缩 率有 关 ,若 扇 形 内 弧 长 的 收 缩 率 与 外 弧 长 收 缩 率 相同 时 ,扇 形 制 品 收 缩 前 后 的 角 度 将 不 会 改 变 ;若 扇形 内 弧 长 的 收 缩 率 小 于 外 弧 长 收 缩 率 时 ,扇 形 制 品(下 转 第 185 页 )281中 国 机 械 工 程 第 17 卷 增 刊 2006 年 10 月 1994 ,通 过 这 些 关 系 计 算 相 关 零 件 的 大 小 ,根 据) 函 数 使 零 件 在 数 据 变 更 后 再生 ,这 是 整 个 程 序 的 核 心 部 分 。3. 3. 3 注 塑 模 智 能 模 架 库 的 应 用 举 例(1)在 打 开 一 个 成 品 件 ,如图 4 所 示 。(2)利 用 如 图 5 所 示 的 对 话 框 选 取 模 腔 的 形 式(单 模 腔 、 多 模 腔 或 者 一 模 多 件 ) ,模 架 的 类 型 (两 板模 或 者 三 板 模 以 及 模 架 的 厂 牌 。(3)经 过 必 要 的 选 择 之 后 ,系 统 会 根 据 3. 3. 2节 所 述 步 骤 自 动 生 成 想 要 的 模 架 ,最 终 效 果 如 图 6所 示 。图 4 在 开 的一 个 塑 料 件 图 5 模 腔 形 式图 6 生 成 最 终 模 架 的 线 框 显 示4 结 论E 作 为 一 款 优 秀 的 通 用 A E 软 件 ,用 户 可 以 利 用 其 灵 活 多 样 的 二 次 开 发功 能 ,开 发 出 适 合 自 己 个 性 化 需 要 的 应 用 程 序 ,这样 能 做 到 充 分 利 用 E 资 源 ,提 高 产 品 的 设 计效 率 ,减 轻 劳 动 强 度 。 目 前 ,注 塑 模 智 能 模 架 库 系统 做 为 3D 塑 模 设 计 软 件 的 一 部 分 ,将 大 大 减 轻模 具 设 计 人 员 的 负 担 ,提 高 模 具 设 计 的 效 率 。参 考 文 献 :1 李 世 国 . 序 设 计 M . 北 京 :机 械工 业 出 版 社 ,2003.2 张 继 春 . 次 开 发 实 用 教 程 M . 北京 :北 京 大 学 出 版 社 ,2003.(编 辑 张 洋 )作 者 简 介 :李 宝 金 ,男 ,1980 年 生 。 华 中 科 技 大 学 材 料 科 学 与 工 程学 院 硕 士 研 究 生 。 叶 升 平 ,男 ,1957 年 生 。 华 中 科 技 大 学 材 料 科 学与 工 程 学 院 教 授 。 陈 金 德 ,男 ,1959 年 生 。 上 海 钜 美 电 子 有 限 公 司总 经 理 。(上 接 第 182 页 )收 缩 后 的 角 度 将 变 小 ;若 扇 形 内 弧 长 的 收 缩 率 大于 外 弧 长 收 缩 率 时 ,扇 形 制 品 收 缩 后 的 角 度 将 增大 。 实 验 数 据 表 明 扇 形 内 径 收 缩 率 1189 %要 比扇 形 外 径 收 缩 率 1124 %要 大 ,又 由 于 扇 形 径 向 尺寸 与 弧 长 成 正 比 ,因 此 扇 形 内 弧 长 收 缩 率 要 比 扇形 外 弧 长 收 缩 率 要 大 。 由 此 可 知 ,扇 形 制 品 收 缩后 的 角 度 应 该 是 增 大 的 ,这 也 与 扇 形 制 品 角 度 变化 实 验 结 果 一 致 。3. 2. 2 凸 形 、 凹 形 制 品按 照 同 样 的 数 据 采 集 与 处 理 方 法 ,对 表 征 凸形 、 凹 形 特 点 的 尺 寸 为 16 行 测 量 计 算 ,凸形 制 品 的 尺 寸 的 平 均 值