（材料加工工程专业论文）基于cae分析的轿车外角撑装饰板双料重叠注射成型质量控制.pdf

t ， ， ，i 西华大学学位论文独创性声明 t lli ii i1i 1i i t l i iu l 18 8 4 7 5 9 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：乃孑良指导教师签名：4 聋 日期：，护石b 日期 。 西华大学学位论文版权使用授权书 之 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，西 华大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。( 保密的论文在解 密后遵守此规定) 学位论文作者签名：石岢豆指导教师签名：啄磐志 日期：9 7 - 口多j 3 日期 。 西华大学硕士学位论文 摘要 双料重叠注射作为一种“模内组装”或“模内焊装”成型技术，具有减少或取消二 次装配、缩短制件成型周期等诸多优点。但由于设备、模具、成型工艺等因素的制约， 使得双料重叠注射技术的大规模应用受到一定限制。因此，加强相关研究和开发显得尤 为重要。 。 轿车外角撑装饰板通常位于轿车后侧窗玻璃拐角处，由主体结构和边缘密封两部分 组成。该制件在双料重叠注射成型中所面临的典型质量问题是翘曲量偏大和界面结合力 欠佳。为解决此类质量问题，传统的做法往往是依靠实践经验反复调试模具或注射参数 来寻求最佳质量控制的途径。毫无疑问，这将导致生产成本的上升和能源的浪费。利用 注射成型c a e 技术不但可以预测外角撑装饰板成型过程中原先只有通过试模才能暴露 的成型缺陷，而且还可借助数值实验结果，优化双料重叠注射工艺方案，提高成型产品 质量，同时降低生产成本。 本文在排除某外角撑装饰板结构工艺设计不合理和前后注射材料匹配不当等因素 的基础上，借助m o l d f l o w 软件，重点研究双料重叠注射浇口位置组合与注射工艺参数 对制件翘曲和界面结合的影响。 为此，本文首先拟定四种浇口位置组合方案，通过对这四种方案的实验结果对比分 析，找出成型外角撑制件的最佳浇口位置组合；然后基于最佳浇口位置组合安排正交试 验，研究前、后注射材料的熔体温度、注射时间、保压压力、冷却时间及模具温度等工 艺参数与制件翘曲和界面结合的关系；最后综合成型质量、设备吨位、成型周期等因素， 选取最佳工艺方案并加以验证。本文的研究结果表明： 1 浇口位置组合对外角撑装饰板最终成型质量影响较大。其中，成型制件密封边上 的浇口位置不同会影响后注射组份的熔体剪切速率和模腔内的压力分布，进而影响流动 路径上的熔体温度分布和熔体密度分布。不均匀的温度分布和密度分布会造成制件密封 边上不同区域的收缩不均，当由此引发的残余应力大于重叠注射材料的屈服强度时，密 封边便产生翘曲。此外，不均匀的熔体温度分布还会影响后注射组份向与之接触的基体 表面传热，进而影响基体侧的局部熔化深度及熔化持续时间，最终影响基于界面分子相 互穿插渗透的界面结合力。 2 不同的工艺参数对制件翘曲和界面结合两个指标的影响程度不同。在给定的参数 取值范围内，先注射材料( a s a ) 的冷却时间对两个指标的影响均很弱；而重叠注射材 料( t p v ) 的注射时间对两个指标的影响却均较强；a s a 保压压力对制件高度方向的翘 i l 7 0 、冷却 的7 0 、冷 的翘曲量均 西华大学硕士学位论文 一一- a b s t r a c t a sam o l d i n gt e c h n o l o g yo f “i n m o l da s s e m b l y o r “i n m o l dw e l d i n g ，t h ei n j e c t i o n o v e r m o l d i n gh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sr e d u c i n go rc a n c e l i n gt h es e c o n da s s e m b l y ， s h o r t e n i n gt h em o l d i n gc y c l ea n ds oo n t h er e s t r i c t i o n so fi n j e c t i o ne q u i p m e n t ，m o u l d t e c h n o l o g ya n dm o l d i n gp r o c e s sm a k es o m el i m i t st ot h ep o p u l a ra p p l i c a t i o no f i n j e c t i o n o v e r m o l d i n g t h e r e f o r e ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt os t r e n g t h e nt h er e l e v a n tf i l e ds t u d va n d d e v e l o p m e n t t h ee x t e r i o rc o m e rb r a c ew h i c hc o n s i s t so fm a i nb o d ya n d s e a l i n ge d g ei su s u a l l y l o c a t e do nt h ec o m e ro fp o s t e r i o rw i n d o wf o rc a r t h et y p i c a lq u a l i t yp r o b l e mi no v e r m o l d i n g t h ep a r ti sl a r g e rw a r p a g ea n dp o o ri n t e r f a c eb o n d i n g a tp r e s e n t ，t h et r a d i t i o n a l a p p r o a c ht o s o l v i n gt h ep r o b l e mi sd e b u g g i n gt h em o u l ds t r u c t u r eo ro v e r m o l d i n gp r o c e s sp a r 锄e t e r s r e p e a t e d l ys ot h a tt h eb e s tw a yt oc o n t r o lt h eq u a l i t yi sf o u n d ，w h i c hw i l l1 e a dt ot h em o r e p r o d u c t i o nc o s ta n de n e r g yw a s t ei n e v i t a b l y b yc a e t e c h n o l o g y , o n ec a nn o to n l yp r e d i c t t h ed e f e c t si no v e r m o l d i n ge x t e r i o rc o m e rb r a c ew h i c ha r eu s u a l l yf o u n db ym o u l dt r i a la n d e r r o r , b u ta l s oc a l lo p t i m i z et h eo v e r m o l d i n gp r o c e s sp a r a m e t e r s ，i m p r o v i n gt h ep r o d u c t q u a l i t ya n dr e d u c ep r o d u c t i o nc o s t o nt h eb a s i so fe x c l u d i n gt h eu n r e a s o n a b l es t r u c t u r et e c h n o l o g yd e s i g na n dt h eb a d s h o t m a t e r i a lm a t c h ，b ym o l d f l o w ，t h i sp a p e rf o c u s e so ns t u d y i n gt h ea f f e c t so fg a t el o c a t i o n c o m p o s i t i o n sa n di n j e c t i o np a r a m e t e r so nt h e o v e r m o l d i n gp a r tw a r p a g ea n di n t e r f a c i a l b o n d i n g s o ，t h i sp a p e rf i r s ts e tf o u rf e a s i b l eg a t el o c a t i o nc o m p o s i t i o n st of i n dt h eb e s tt h r o u g h c o n t r a s t i n ga n da n a l y z i n gt h ee x p e r i m e n tr e s u l t s ，t h e nb a s e do nt h e b e s t g a t el o c a t i o n c o m p o s i t i o ns t u d i e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e no v e r r n o l d i n g p a r a m e t e r s ，s u c h a sm e l t t e m p e r a t u r e ，i n j e c t i o nt i m eh o l d i n gp r e s s u r e ，c o o l i n gt i m ea n dm o l dt e m p e r a t u r e a n dt h e o v e r m o l d i n gd e f e c t s ，s u c ha sp a r t w a r p a g ea n dp o o ri n t e r f a c i a l b o n d i n g f i n a l l v ， c o m p r e h e n s i v e l yc o n s i d e r i n go v e r m o l d i n gq u a l i t y , e q u i p m e n tt o n n a g ea n dm o l d i n g c y c l e ，t h e p a p e rs e l e c t e dt h eb e s tp r o c e s sp a r a m e t e r sc o m p o s i t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a t ： 1 t h eg a t el o c a t i o nc o m p o s i t i o nh a sa g r e a t e ri n f l u e n c eo nt h eo v e r m o l d i n gp a r tq u a l i t y , o fw h i c hd i f f e r e n tg a t el o c a t i o no nt h es e a l i n ge d g ew i l la f f e c tt h es h e a rr a t eo f p o s t i n j e c t i o n m e l ta n dt h ep r e s s u r ed i s t r i b u t i o ni nm o u l dc a v i t y , t h e na f f e c tt h et e m p e r a t u r ea n dd e n s i t y d i s t r i b u t i o no nt h em e l tf l o wp a t h t h eu n e v e nt h et e m p e r a t u r ea n dd e n s i t yd i s t r i b u t i o nw i l l i i i r e s u i ti nt h eu n e v e ns h r i n k a g eo fd i f f e r e n tr e g i o n so nt h es e a l i n ge d g e w h e nt h er e s i d u a l s t r e s si n d u c e db yu n e v e ns h r i n k a g ei sm o r et h a nt h em a t e r i a ly i e l ds t r e n g t h ，t h ew a r p a g e o n t h es e a l i n ge d g ew i l lh a p p e n i na d d i t i o n ，t h eu n e v e nm e l tt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o nw i l la l s o a f f e c tt h eh e a tt r a n s f e ro ft h ep o s t i n j e c t i o nm e l tt o w a r dt h ei n t e r f a c eb e t w e e nb o d ya n d s e a l i n ge d g e ，t h e na f f e c tt h el o c a lm e l t e dl a y e rd e p t ha n dm e l t i n gd u r a t i o no f t h eb o d ys i d e s ， f i n a l l ya f f e c tt h ei n t e r r a c i a lb o n d i n gs t r e n g t hb a s e do ni n t e r r a c i a l m o l e c u l ed i f f u s i n ge a c h o t h e r 2 f o re a c ho v e r m o l d i n gp r o c e s sp a r a m e t e r ，t h e r ea r ed i f f e r e n ti n f l u e n c e so nt h ep a r t w a r p a g e a n di n t e r f a c i a lb o n d i n gf o r c e w i t h i ng i v e np r o c e s sp a r a m e t e rv a l u e s ，t h ei n f l u e n c eo f b o d ys h o tm a t e r i a l ( a s a ) 0 nt h et w oq u a l i t yi n d e x ( p a r tw a r p a g ea n di n t e r f a c i a l b o n i n g f o r c e li sl i t t e r , t h ei n j e c t i o nt i m eo fo v e r m o l d i n gm a t e r i a l ( t p v ) h a sag r e a t e ra f f e c to nt h e t w oi n d e x e s ；t h ea s ah o l d i n gp r e s s u r ec a l lm o r eg r e a t l ya f f e c tt h ep a r th e i g h t d i r e c t i o n w a r p a g e ，b u to n l yh a sam e d i u md e g r e ei n f l u e n c eo nt h ei n t e r r a c i a lb o n d i n gf o r c e ；a n dt h e i n f l u e n c eo ft p vm e l tt e m p e r a t u r eo nt h ei n t e r f a c i a lb o n d i n gf o r c ei sv e r ys i g n i f i c a n t ，b u tt h e i n f l u e n c ei so p p o s i t eo nt h ep a r tw a r p a g e 3 a ne x t e r i o rc o m e rb r a c eo fw a r p a g er e d u c t i o n ( t o t a la n dh e i g h t d i r e c t i o n ) a n d i n t e r f a c i a lb o n d i n gi m p r o v e m e n tc a l lb eg a i nu n d e rt h ef o l l o w i n go v e r m o l d i n gp r o c e s s c o n d i t i o n s ：a s am e l tt e m p e r a t u r e2 5 5 。c ，i n j e c t i o n t i m e1 o s ，h o l d i n gp r e s s u r es e ta s7 0 o f t h em a xi n j e c t i o np r e s s u r e ，c o o l i n gt i m e1 5 sa n dt p v m e l t t e m p e r a t u r e2 0 0 。c ，i n j e c t i o n t i m e0 7 s ，h o l i n gp r e s ss e ta s7 0 o ft h em a xi n j e c t i o np r e s s u r e ，c o o l i n gt i m e2 5 s ，m o u l d t e m p e r a t u r e7 0 a s w e l la s k e y w o r d s ：e x t e r i o rc o m e rb r a c e ；i n j e c t i o no v e r m o l d i n g ；p a r tw a r p a g e ；i n t e r f a c i a l b o n d i n gf o r c e ；g a t el o c a t i o nc o m p o s i t i o n ；p r o c e s sp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o n i v 西华大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 1 绪论1 1 1 引言1 1 1 1 夹芯注射1 1 1 2 气辅共注射：2 1 1 3 水辅共注射2 1 1 4 双料重叠注射3 1 1 5 双料重叠注射发展趋势6 1 2 课题研究的背景及目的意义8 1 2 1 课题研究背景j 8 1 2 2 外角撑装饰板的成型性分析9 1 2 3 课题研究目的及意义1 1 1 3 课题研究的主要内容及技术路线1 2 1 3 1 主要研究内容1 2 1 3 2 技术路线1 2 1 4 本章小结12 2 课题研究相关理论13 2 1 高分子流变学基本理论1 3 2 1 1 高分子流变学基本概念1 3 2 1 2 高分子流变学研究的内容和意义1 3 2 1 3 双料重叠注射工艺中涉及的流变学问题1 4 2 2 双料重叠注射数值模拟基本理论1 4 2 2 1 双料重叠注射充模阶段数值模拟基本理论1 5 2 2 2 双料重叠注射保压阶段数值模拟基本理论1 7 2 2 3 双料重叠注射冷却阶段数值模拟基本理论1 8 2 2 4 双料重叠注射残余应力与翘曲数值模拟基本理论1 8 2 3 双料重叠注射质量控制基本理论1 9 2 3 1 双料重叠注射制件翘曲优化理论1 9 v 基于c a e 分析的轿车外角撑装饰件双料重叠注射成型质量控制 2 3 2 双料重叠注射界面结合力优化理论2 0 2 4 本章小结2 0 3 课题研究方法2 1 3 1 m o l d f l o w 概j 盎2 1 3 2 实验准备2 2 3 2 13 d 建模2 2 3 2 2 网格划分2 2 3 2 3 材料准备2 3 3 3 实验过程2 4 3 3 1 确定浇口位置组合2 4 3 3 2 优化注射工艺参数2 5 3 4 检测制件翘曲和界面结合的方法2 9 3 4 1 翘曲测量法2 9 3 4 2 界面结合力测量法3 1 3 5 本章小结3 2 4 浇口位置组合对成型质量的影响3 3 4 1 对制件翘曲的影响3 3 4 1 1 不同浇口位置组合下的制件翘曲3 3 4 1 2 不同浇口位置组合对制件翘曲的影响3 4 4 2 浇口位置对界面结合力的影响3 9 4 2 1 不同浇口位置组合下的界面结合力3 9 4 2 2 影响界面结合力的原因4 1 4 3 本章小结。4 3 5 工艺参数对成型质量的影响4 4 5 1 实验结果分析4 8 5 2 各因子的优水平选取4 9 5 2 1a s a 熔体温度4 9 5 2 2a s a 注射时间5 0 5 2 3a s a 保压压力5 1 5 2 4a s a 冷却时间；5 1 5 2 5t p v 熔体温度5 2 v i 西华大学硕士学位论文 5 2 6t p v 注射时间5 3 5 2 7t p v 保压压力5 3 5 2 8t p v 冷却时间5 4 5 2 9 模具温度5 5 5 3 因子优水平选取合理性验证试验5 5 5 4 本章小结5 7 6 结论5 8 参考文献5 9 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果6 2 致 射6 3 v 料同时或者顺序注射进同一个模具内的成型方法。双料注射成型具有许多其它塑料成型 技术所无法比拟的优点：如可综合利用各层材料的特性来实现制件的多功能；可以降低 塑料制件的生产成本等。随着社会发展，双料注射制件越来越多的出现在我们的生活当 中。按照成型原理及其成型工艺的不同，双料注射成型可以分为夹芯注射、气辅共注射、 水辅共注射、双料重叠注射等。 1 1 1 夹芯注射 夹芯注射( 亦称顺序共注射或共注射) 最先由i c i 公司于1 9 6 7 年提出【2 】，它是将两 种不同的塑料熔体先后注入模腔内，形成以先注入的熔体为表层，后注入的熔体为芯层 的成型技术。这种技术既可用发泡材料或流动性能较好的材料作为制件芯层，以减少制 件总重或降低注射压力，又可综合各层材料的独特性能，生产出具有多种功能的复合注 射件。例如：以电磁屏蔽材料或导电树脂为芯层，以色彩和表面质量俱佳的塑料为表层 的电磁波屏蔽制件。夹芯注射流程大致包括三个阶段：注入壳层熔体；当壳层熔 体注射量达到工艺要求后，注射芯层熔体；后注入的芯层熔体推动先注入壳层熔体继续 充填型腔空隙部分；由于同型腔壁接触的壳层熔体很快冷却固化，从而使得芯层熔体难 于透过壳层与型腔壁接触；一旦芯层熔体注射量达到规定，即开始重新注射壳层熔体， 以封闭芯层浇口；全部熔体冷却后便得到壳层芯层结构的制件。 夹芯注射的主要质量问题是熔体前沿冲破，即在成型过程中，芯层熔体前沿赶上并 超过壳层熔体前沿，使得芯层材料暴露在壳层之外，从而造成制件报废的现别3 1 。文献 3 作者以矩形板制件为例，研究了矩形板不同长宽比下进料方向对熔体前沿冲破趋势的 影响。结果表明，矩形板制件长宽比不同，分别沿长度方向和宽度方向进料时芯层熔体 在不同方向上受到的阻力不同。当矩形板制件长宽比较大和较小时，分别沿长度方向和 宽度方向进料可显著防止熔体冲破的发生。另外，匡唐清，柳和生等【4 】基于h e l e s h a w 模型建立的夹芯注射充填数学模型已经能够非常好地与物理实验结果相吻合，这对于夹 芯注射过程中多重界面运动及熔体冲破的研究具有重大意义。传统夹芯注射成型工艺 中，熔体前沿冲破是主要的质量控制因素之一，但由b e m i s 公司与米拉克隆公司共同提 出的“可控露出工艺颠覆了这一传统理念【5 】。“可控露出工艺是在可控制其程度和可 重复性的前提下，故意让芯层材料穿透部分表层，即制件的芯层只有“部分”被表层材 基于c a e 分析的轿车外角撑装饰件双料重叠注射成型质量控制 料密封。该工艺适合加工刚柔兼具的部件，典型案例如汽车挡泥板。因为汽车挡泥板与 车身连接的一端要求有一定刚度，另一端则要求柔软，以阻挡道路上的泥土和灰尘。 1 1 2 气辅共注射 气体辅助共注射工艺是在共注射成型工艺和气辅成型工艺的基础上发展起来的一 种新型成型工艺，它可以看作在气辅注射的基础上增加了共注射，也可以视为在共注射 上增加了气辅注射过程【6 】。由于气辅共注射用气体填充塑件的内部空间，因此气体辅助 共注射与传统共注射相比更加节约物料。气辅共注射一般分为3 个阶段：共注射阶段： 该阶段与传统的共注射工艺相同，主要是将两种物料按一定比例先后注入型腔，形成壳 芯结构雏形；气辅阶段：共注射结束后经短暂延迟，接着注入高压惰性气体；注入的 气体一方面穿透芯层熔体以形成中空，另一方面推动整个熔体继续前进，直至充满型腔； 保压冷却阶段：熔体在高压气体的作用下保压、冷却，最后得到中空的壳芯结构制件。 对气辅共注射制件而言，壳层和芯层的厚度分布是其主要质量指标，而这在很大程 度上决定于壳芯层的黏度比以及壳芯层注射质量。壳芯层黏度比过小，则芯层熔体难 以穿透，导致芯层熔体在浇口处聚集；壳芯层黏度比过大，则极易产生壳层熔体冲破现 象，导致芯材外露。随着气辅共注射应用的日益广泛，如何获得理想的壳芯层厚度分布、 保证制件质量是目前最紧迫的问题。匡唐清，柳和生等人【_ 7 8 】采用c a e 手段系统研究了 气道布局、工艺参数( 模温、料温、注气延迟时间等) 对气辅共注射制件最终质量，尤 其是壳芯层厚度分布的影响，为气辅共注射的实际生产提供了理论基础和数据支撑。 1 1 3 水辅共注射 水辅共注射融合了共注成型与水辅成型的优点，除能明显缩短制件成型周期、节省 原料外，还能成型壁厚更薄更均匀的中空制件，是一种生产高性能、低成本制件成型技 术。图1 1 是水辅共注射原理示意【9 】：首先由共注成型机在模腔内顺序填充部分熔体， 再由水辅装置通过水针注入高压水，迫使熔体充满整个模腔并保压，最终获得空心复合 塑料制件。 西华大学硕士学位论文 动模 水针 水道 图1 1 水辅共注射原理示意 f i 9 1 1s c h e m a t i cd i a g r a mf o rw a t e r - a s s i s t e dc o i n j e c t i o nm o l d i n g 水辅共注射发展较晚，在理论研究方面，南昌大学闫丽和周国剔1 0 】以长方体模型为 例，分别就芯层熔体稠度系数、芯层熔体幂率流变指数、注射温度、注射压力，以及注 水温度、注水压力和注水延迟时间等对芯层熔体和注水穿透过程的影响进行了研究。结 果表明，随着芯层熔体稠度、流变指数、注射量和注射压力的增大，芯层熔体和水的穿 透深度均减小，而穿透宽度增加；而随着注水延迟时间、芯层熔体注射温度增加，芯层 熔体和水的穿透深度均增加。此外，注水温度对芯层熔体自身的穿透深度和宽度基本没 有影响，而水的穿透深度则随着注水温度增加而增加。因水辅共注射的机理复杂，影响 参数众多，故文献 1 0 】作者并未对壳层性质以及芯层熔体注入延迟时间对芯层熔体和注水 穿透过程的影响做进一步的研究。 1 1 4 双料重叠注射 ( 1 ) 双料重叠注射技术特点 双料重叠注射，实际上是一种“模内组装”或“模内焊装 成型工艺，其成型原理 是将两种不同的塑料在两个料筒内分别塑化，再注入模具型腔，后注射组份通常包覆或 半包覆在先注射组份( 亦称基体) 上，从而成型出不同颜色或质地的塑料制件【1 1 , 1 2 。 双料重叠注射具有很多优点【l3 】：可将不同特性的材料复合成型：提高制件手感 和外观，集多种功能于一体；缩短制件的设计、生产及成型周期；取消传统注塑成 型后的二次加工装配过程，有效降低成本。因此，随着社会发展及市场需求的增加，尤 其在汽车，电子消费品，包装及医药等领域，双料重叠注射的应用越来越多，常见制件 如手机按键，牙刷手柄，圆珠笔杆，医疗器械等。但是，由于双料重叠注射模具设计与 制造较传统注射模具复杂，影响制件质量的因素众多，也在一定程度上限制了这种技术 的应用。 ， 3 控制两组份的熔体温度，才能兼顾双料重叠制件翘曲及界面结合力要求，是非常值得探 讨的一个问题。 ( 3 ) 双料重叠注射面临的主要问题 4 西华大学硕士学位论文 双料重叠注射可以大幅度提高生产效率，降低生产成本，但仍有许多问题值得探讨。 从目前掌握的资料来看【2 0 1 ，双料重叠注射制件的主要质量缺陷有：注射不足，主要发 生在先注射组份部分，尤其是远离浇口或薄壁处；翘曲，制件的形状在制件脱模后或 稍后一段时间内产生扭曲现象；项白，在双料重叠制件面对喷嘴一侧的地方发现应力 泛白和应力升高现象；缩痕，主要出现在双料重叠制件壁厚变化较大处，在加强筋背 面尤易发生；烧焦纹，双料重叠制件表面出现银色和暗棕色的暗条纹，主要由熔体的 过度热降解造成，在采用热流道时尤易发生：界面结合强度差，两组份在界面处粘结 不牢甚至脱离，这与材料选择，工艺参数等都有很大关系。 当双料重叠注射制件作为结构装配件使用时，由于存在同其它制件或零部件的配合 要求，因此，质量控制因素主要集中在减小翘曲和保证足够的界面结合强度上。 翘曲变形是指注射制件形状相对于模具型腔形状而产生的超出技术要求的变形，是 塑料制件常见的质量缺陷之一【2 。翘曲变形不仅会极大影响双料重叠制件的表面平整度 和装配精度，而且在残余应力较大的区域，制件的机械强度明显降低。 目前的研究认为，引起双料重叠制件翘曲的主要因素有：分子取向不均，一般而 言，平行分子( 纤维) 排列方向的收缩率要大于垂直分子( 纤维) 排列方向的收缩率，引 发制件内应力，引起翘曲变形l 2 2 】。笔者认为，分子取向引发翘曲的本质原因是分子解取 向的存在。分子取向高的部分，解取向程度相对较大，在冷却过程中，由于没有热熔体 的持续补入，导致这部分较大的线性收缩率，最终引发内应力及翘曲的产生；冷却不 均，由于塑件壁厚不均匀、模具型腔各部分复杂程度不一、冷却管道布局方式、模具材 料不同等，造成制件各部分冷却速率不一致，后冷却部分会对先冷却部分产生拉应力， 若制品强度较低，则产生翘曲变形。另外，冷却不均还会导致结晶型制件薄壁部分与厚 壁部分的结晶度不同，从而引发收缩率差异，带来翘曲问题；压力差异，充填及保压 过程中，压力随流动路径而逐渐降低，对于流动长度较长的制件及薄壁件，压力差距情 形尤为严重。模腔压力较高区域收缩率较低，模腔压力较低区域收缩率较高，由此造成 的收缩率差异引发制件内应力，使双料重叠制件发生翘曲变形。 另外，组份间界面处粘接不牢也是目前双料重叠注射目前面临的主要问题之一。后 注射组份的成型明显受基体( 先注射组份) 的影响，反过来后注射组份也会影响基体。 以下因素都会在一定程度上影响双料重叠注射制件界面结合力【2 3 j ：聚合物的交联度， 不同聚合物间的交联可在分子层面上提高界面粘结力；成型压力，更高的成型压力有 利于界面处微接触的亲密性：加工温度，更高的模温及料温将促进界面大分子间的穿 插交联；基体表面粗糙度，高的表面粗糙度可加大两组份间的接触面积，从而增加界 面机械结合力；收缩应力，界面两侧不均匀收缩产生的应力差促使界面分离。 很好地 解决了二次工序问题( 见图1 4 ) ，这种技术对于减少甚至取消二次装配，取代传统的装 配方式，为现代大规模工业生产提高效率提供了一种很好的途径。 模内喷涂工序示意图 图1 4 型芯转动技术原理示意乜5 1 f i g1 4s c h e m a t i cd i a g r a mf o rs p i n s t a c kt e c h n o l o g y 这种技术不仅可以生产模内双料重叠注射制件，也可以进行某些二次装配工序。其 核心在于其立方体结构型芯连接在一个可以3 6 0 度旋转的装置上，可以绕垂直轴以9 0 度或1 2 0 度的增量旋转，不同工位可以同时工作，在一个周期内，可以完成模内焊装， 喷涂，质检等工序，从而能大大缩减制件生产时间。目前，国外的i n n a t e c h 、m g sm f g 和g r a m 等多家公司都已经采用这种技术生产多组份制件2 5 1 。由于其模具结构较为复杂， 6 成件i爷表杜后己奉于线便像化转将刮曩面目菔 西华大学硕士学位论文 造价较高，所在中国大规模的应用报道不多。另外，s p i r e x 公司提出了一种特殊的双阶 螺杆技术，可分别独立地塑化2 种不同的材料，目前这种技术已成功应用于双料重叠注 射生产中，仅使用一个料简便可以塑化不同种类的塑料。 在双料重叠注射方面，用热固性塑料重叠注射热塑性塑料，正越来越多地引起人们 的关注。目前，恩格尔公司已成功地将热固性液体硅橡胶重叠注射于药品级p c 部件。 生产方面，双料重叠注射技术应用越来越广泛，很多制件开始考虑使用双料重叠注 射工艺，其中最成功的应用案例之一，便是创造性地加工出聚碳酸酯车用玻璃，同时兼 带有密封件或窗框部件p 】，这主要归功于材料、模具和加工方面所取得的巨大进步。新 兴的模塑公司都加入了双料重叠注射产业，不具前景的小公司正在被一些大公司所吞 并，双料重叠注射工业的合并产生了全球服务供应商，这些供应商在人力，物力方面将 做好充足的准备来满足2 1 世纪不断增长的需求。双料重叠注射工业是很有发展前景的， 可以预见双料重叠注射工业在可预知的将来将提供更多的商业和就业机会。 在多相聚合物界面研究方面，目前主要形成三种主流的界面理论【2 6 】： 机械互锁理论这是界面结合最早的一种理论，指的是固化胶黏剂与基体在宏 观尺度上的结合。其原理参见图1 5 。图中，在任何情况下形式a 胶黏剂与基体之间都 能形成机械互锁结构，而形式b 在基体表面粗糙的前提下可以形成胶黏剂与基体间的机 械互锁结构，形式c 中能否形成机械互锁结构以及互锁力的大小则要考虑胶黏剂与基体 间的作用力方向。 扩散理论当两种聚合物相互接触时，如果所处的温度高于两者的玻璃化温度， 此时链段可以向另一种聚合物活动，使两种聚合物链互相扩散。这种扩散理论只对聚合 物聚合物黏结体系有效，而对其他体系包括聚合物金属体系并不适用。 吸附理论该理论认为，要得到理想的界面结合，必要的条件就是一相必须能 够自发地在另一相表面铺展开来，使两者之间的界面面积最大化，这取决于两相间的润 湿性能。固体表面的润湿性能越好，则界面结合效果越好。现阶段，一般以润湿角臼来 表征两相间润湿程度的好坏( 图1 6 ) 。若0 = 0 ，则表示液相在固相表面完全铺开，此 时达到最佳的润湿效果。 基于c a e 分析的轿车外角撑装饰件双料重叠注射成型质量控制 图1 5 机械互锁结构【2 6 】 f i g 1 5m e c h a n i c a li n t e r l o c k i n g 图1 6 润湿角【2 6 】 f i g1 6w e t t i n ga n g l e 在界面研究方面，现阶段己普遍采用激光扫描共聚焦荧光显微镜法【2 7 】，并且在逐步 引入分子模拟技术【2 8 1 。目前，界面不稳定产生的原因及演化机理的研究是聚合物界面研 究的热点。对于界面不稳定机理，目前学术界尚没有定论。张效迅 2 9 】等认为，聚合物多 相成型过程中各层的流率、黏性、弹性等的差异是最终造成界面不稳定的直接原因。在 双料重叠注射制件界面结合力的测定方面，国内外尚没有相关标准，目前仍以拉伸实验 为主【3 0 1 ，在涂层基体中广泛采用的划痕法、剪切法和侧向挤压法等 3 1 , 3 2 】，能否同样适 用于测定双料重叠制件界面结合力尚未有报导。 双料重叠注射由于工艺参数众多，涉及的参数组合数量庞大，传统的试模法已不能 满足现代化生产的要求。因此，很多研究者利用数值仿真c a e 技术优化工艺参数组合， 取得了良好的效果。而人工神经网络、正交实验与c a e 技术的结合，则可以进一步缩 短优化工艺参数的时间，提高工艺设计效率，并能获得比单纯数值模拟方法更为优化的 结果【3 3 】。 1 2 课题研究的背景及目的意义 1 2 1 课题研究背景 ( 1 ) 外角撑装饰板简介 外角撑装饰板用途及结构特点 外角撑装饰板通常位于轿车后侧窗玻璃拐角处，通常由两部分组成：一是主体结构 支撑部分，主要由硬质塑料成型而得；二是边缘密封功能部分，主要由热塑性硫化橡胶 成型而得。以上两部分主要靠界面结合力粘接在一起，在实际生产中多采用双料重叠注 射成型外角撑装饰板。图1 4 是本文研究对象外角撑装饰板的实物照片及3 d 模型，其 中制件外形投影尺寸1 7 8 m m 6 0 m m 。主体结构平均壁厚3 m m ，材料为a s a 西华大学硕士学位论文 ( a c r y l o n i t r i l e s t y r e n e a c r y l a t e ，丙烯腈- 苯乙烯丙烯酸酯三元共聚物) ，密封边材料为 t p v ( t h e r m o p l a s t i cv u l c a n i z a t e ，热塑性硫化橡胶) 。 a 前视b 背视c 3 d 模型 图1 7 外角撑制件 f i 9 1 7e x t e r i o rc o m e rb r a c e ：a f r o n tv i e w , b b a c kv i e wa n dc 3 dm o d e l 外角撑装饰板的成型质量要求 双料重叠注射成型外角撑装饰板的主要质量要求有： 无欠注； 外观光泽，无飞边及熔接痕； 制件外表面无缩痕； 制件的总体翘曲量