表达鸡新城疫病毒HN基因重组鸡痘病毒活疫苗的临床前研究

表达鸡新城疫病毒HN基因重组鸡痘病毒活疫苗的临床前研究北京化工大学硕士学位论文注射压缩精密成型原理研究姓名:许菲申请学位级别:硕士专业:机械设计及理论指导教师:王克俭;张文栓20210527摘要注射压缩精密成型原理研究摘要注射压缩成型/是将注射机料筒中的熔融树脂通过螺杆的挤压注射到不完全闭合的模具型腔中,在树脂冷却固化前,通过对模具施加额外的力进行二次合模,使模具完全闭合,从而对型腔中的树脂进行压缩,使其进一步密实,进而改善制品性能的一种注射成型方法。该方法能有效提高塑料制品的成型精度、工作稳定性,降低制品剩余应力,是成型精密塑料制品的有效方法。然而,目前在国内对注射压缩成型工艺及其原理的研究并不多。本文在深入研究注射压缩精密成型根本原理及前人研究成果的根底上,重点讨论了注射压缩成型工艺参数设定对制品剩余应力、熔接线等性能的影响,并考虑到聚合物..状态在实际生产中的重要性,通过超声检测的方法实现了对加工过程中聚合物.状态的在线检测。论文的主要工作包括:研究注射压缩成型的根本工艺流程,对注射压缩精密成型的充模流动过程、剩余应力的产生等原理性内容进行分析,明确充模流动及制品剩余应力的计算模型,并应用软件对薄壁制品剩余应力受工艺参数的影响进行了模拟分析,得出了各工艺参数对制品剩余应力的影响程度为:压缩距离模具温度注射速度压缩力压缩时机熔体温度压缩速度,同时获得以剩余应力为优化目标的最正确工艺参数组合。研究了注射压缩成型机械及模具的结构特点,采用模拟分析得北京化工大学硕士学位论文出的最正确工艺参数设定,用注射成型及注射压缩成型两种方法成型镜片,进行剩余应力效果比照,并研究了注射压缩成型工艺参数对镜片熔接线的影响。比照实验显示,用注射压缩方法成型的镜片剩余应力明显优于普通注射成型所得镜片,同时验证了模拟分析所得出的模具温度越高,残余应力越小的结论。镜片熔接线的可见度受充填入料量、压缩速度、压缩距离等参数的影响,充填入料量越多、压缩速度越慢、压缩距离越长,熔接线的可见度越低。讨论了聚合物.状态在注射压缩成型加工中的应用及常用聚合物.数据检测方法。引入超声波在线检测技术,通过对聚合物.数据与超声波声速进行关联,得出恒定温度或压力下超声波声速与聚合物比容关系的计算公式,并验证了公式对几种不同物料的适用性,从理论上验证了超声波在线实时检测聚合物.状态的可行性,为塑料制品精密成型提供了有效的控制手段。关键词:注射压缩成型,,剩余应力,超声检测,.,聚合物摘要.,,,.,.,....,,?..?二?,.:;北京化工人学硕十学位论文;;,?,.,’,:,.,.;;.,,.,,,,..摘要二;?..?..,,.;:;;;?;北京化工大学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承当。作者签名:日期:丝竺主:』.缉茎圭关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保存和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学位论文的全部或局部内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在土年解密后适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书。日期:作者签名:塑:竖三星遗韭日期:绁翌:堇:兰星导师签名:蔓蔓碱第一々绪论第一章绪论现如今,精密塑料制品以其重量轻、易加工等特点逐步代替工业产品中的精密金属制件,在仪器仪表、航空航天以及汽车等领域内得到了广泛的应用。而注射压缩成型工艺作为一种成型精密塑料制品的有效方法,也越来越多的被人们所采用。本章从根本注射成型设备及工艺入手,介绍了注射压缩成型工艺方法、聚合物..控制理论在注射压缩成型中的应用及相关领域的研究进展,明确提出了课鹿的研究内容与意义。.注射成型设备及工艺简介注射成型机根本组成典型的注射成型机主要包括注射局部、合模局部、机身、液压系统、加科装置控制系统等,如图?所示。台模局部注射局部圈注射成型机的根本组成一机槊;驻射油缸;.预塑机;.螺杆;珈料斗:良机菏:摸具:一顶出油缸;.台模油缸:一夹紧装置:控制柜酿::一;;;.:一:;注射局部主要作用是熔融塑誊并将其注射到模具中,包括塑化装置、注射座、注射油缸、移模油缸及液压马达等,其中塑化装置又包括机筒、螺杆、螺轩头以及喷嘴。合模局部支撑注射模具,起到合模、央紧和开模的作用。该局部主要零部件有定模板、动模板、格林柱、央紧装置、调模装置和顶出装置。北京化大学硕±学位论女液压与控制系统为注射局部与合模局部提供动力..注射成型工艺简介注射成型是利用塑料的热物理性质,使塑料先在加热机倚中均匀塑化,然后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中,经冷却固化而得到成型制品的一种加工方法,是塑料制品成型加工中最重要的工艺过程之一。一般的注射成型周期可分为四步,其根本流程如下:第一步,合模,注射。注射成型机合模并且注射座前移使得颦化机筒前端的喷嘴顶到摸具的主浇道上。此时,螺杆停止转动,并向前推进,使螺杆前端的熔融塑料能够被强制注入至模具型腔中。第二步,保压。当模具完全充满后,螺杆继续对前端熔体施加一定的压力,以便熔融塑料在压力的作用下停留在模具中,这段时间那么称为“保鹾时间〞。在保压阶段。附加的焙体会注入模具中以补偿冷却造成的塑料收缩,之后模具的浇口处熔体冷却固化,模具与注射装置隔离。第三步,塑化。当浇口固化后,螺杆开始转动,使得熔融塑料向前输送。当塑料向前移动时,在来自机筒的外加热源和蝶杆剪切的双重作用下开始熔融,到达并堆积在螺杆前端的塑料将完全熔化。熔体在螺杆前端的堆积速率可通过螵杆背压进行控制。当螺杆前端熔融塑料到达一定量之后,螺杆停止转动,塑化结束。第四步,成型制品顶出。当模具中的塑料充分冷却固化,能够维持其形状不变时.模具翻开,零件从模具中顶出。当成型制品顶出后,模具关闭.成型周期再次开始。循环结束/循环开始望化/复原图注射成型周期坷第一章绪论图.展示了一个注射成型周期过程。从图中可以看出,成型周期的绝大局部时间为冷却固化所占用。当然在某些情况下,塑化时间也可能大于冷却时间,例如,成型制品壁厚较薄且一模多穴时。整个成型周期时间可根据如下公式‘进行计算:.总合模%却剩余冷却注射.注射压缩精密成型技术注射压缩精密成型是一种在常规注射成型根底上开展而来的,其成型制件可到达高精度和高稳定性的注射成型方法。塑料制品精度包括两方面的内容:一是几何精度,即制品的尺寸精度、形位精度等;二是功能精度,即对塑料制品的使用性能提出的要求,如透光度、机械强度、剩余应力等。注射压缩精密成型与常规注射成型相比,其制品不仅具有较高的尺寸精度、较低的翘曲变形、优良的转写性能,而且还具有优异的光学性能等,这是常规注射成型手段无法到达的【】。本节重点介绍了精密注射成型的根本要求与相关技术,注射压缩精密成型的原理与分类,以及现阶段国内外对注射压缩精密成型技术的研究进展。..精密注射成型技术精密注射成型制品的高精度对成型工艺与设备提出了更高的要求,因此影响精密注射成型的因素更加繁杂,如材料选择、模具设计与制造、注射机精度、成型工艺、工人技术水平以及生产管理等。在这些因素当中,最重要的当属注射成型机械及成型’工艺方法。精密注射成型机械【。】精密注射成型机是指具有成型精密塑料制品能力,制品重量重复精度低于.%的注射成型机。在世纪年代,工业兴旺国家就率先研制出了精密注射成型机,如德国公司研制的、、、系列精密注塑机,美国.生产的.系列精密注塑机。我国于年代在精密注射机研制方面也取得了一定的成绩。年,上海第一塑料机械厂成功研制出./精密注射机;同年,杭州厂制造出微型精密注射机;之后,浙江塑料机械厂研制出闭环控制的精密注射机。目前,世界上已有不少企业开发生产、精密注射成型机,如日本的、日精树脂,德国的、奥地利的等。国内也有不少厂家研发精密注射成型机,其中有许多厂家也取得了一定的进展,如广东泓利机械生产的光盘精密注塑机,东华机械生产的全电动精密注塑机等。北京化工人学硕士学位论文精密注射成型工艺方法【,】为满足精密塑料制品各种性能的要求,从多方面对传统注射成型工艺加以改良,形成了精密注射成型新工艺。主要的改良方法有如下几种:①注射与模压相结合将注射成型与模压成型两种工艺方法结合在一起,以长距离压缩模具及注塑机相应控制程序为实现手段,使得模具初始模腔尺寸大于实际制品尺寸,可在较低的注射压力下进行塑料熔体的充模,又采用机械压缩的方法对充模后或过程中的塑料熔体进行加压,极大的减少甚至消除由注射压力和螺杆保压引起的分子取向与成型内应力,提高了成型制品的尺寸稳定性,并大大提高强度、光学等性能。该方法的典型工艺代表为注射压缩成型技术。②提高注射速度该方法的特点是熔体的充填速度比传统注射成型方法快.倍。由于材料在极高的剪切速率下流动,材料受到高剪切发热而使黏度降低;此外,材料与模具中流道的低温壁面接触固化时通常会形成一个皮层,在高速充模注射成型情况下,这一皮层的厚度也较薄,使高分子材料在充模过程中能较好的保持在高温状态,从而有利于实现超薄壁制品成型。高聚物在较低黏度下流动,成型制品各局部所承受的压力也比拟均匀,温度梯度较小,从而使制品的翘曲、扭曲等变形较小。制品外表的流纹、流痕和熔接线等残缺与传统注射成型相比大为改观。③加强模具温度与压力的控制模具是制品成型的根底,模具的可控制参数包括温度和压力两类,这两类参数的变化直接影响着塑件的质量。通过改良对模具温度与压力的控制形成的精密注射成型新工艺主要有超精模压成型技术与动态模温控制技术。将模具加热到树脂的玻璃化转变温度以上的某一温度,将熔融树脂注射入型腔并立即封堵;注射压力和树脂充填量按初始树脂压力等于大气压来设定;封堵之后,将模具温度保持在玻璃化转变温度以上,使树脂的压力和温度分布均匀;然后,在维持树脂压力和温度均匀的同时,以恒定比容将模具冷却到树脂的热变形温度;最后,开模取出塑料成型光学制件。这一成型方法即为超精模压成型。动态模温控制技术既是在注射时提高模具型腔的温度,以阻止聚合物熔体黏度增加,保证熔体和模具充分接触,在注射完成后,又能够使模具温度迅速下降至聚合物固化温度以下,保证开模时制品有足够的刚性。实现动态模具温度控制的方法很多,但真正实用的并不多,目前两种比拟实用、应用较多的方法是感应模温控制方法和快速热响应成型技术。第一章绪论..注射压缩精密成型技术的原理与分类注射压缩成型是将注射机料筒中熔融状态的树脂通过螺杆的挤压注射进不完全闭合的模具型腔中,在熔体固化前,通过对模具施加额外的力进行二次合模,使模具完全闭合,并对模腔中的熔融树脂进行压缩,使其进一步密实,从而改善制品性能的一种注射成型方法。该技术的原理是注射前模具型腔局部封闭,当注入型腔的树脂由于冷却而收缩时从外部加一个强制的力使模腔的尺寸减小至实际尺寸,从而保证制品尺寸精度,同时使收缩的局部得到补偿。【注射压缩成型的工艺流程如图.所示。成型开始时,初次合模,用较小的锁模力使模具在型腔厚度稍大于制品厚度的位置上闭合,型腔封闭且保存一定的压缩间隙;然后向型腔中注射精确计量的熔融树脂,由于初始型腔厚度较大,模腔压力较低,因此可以采用较低的注射压力,从而可以有效降低由充模引起的分子内应力;注射完毕或注射同时,合模装置接受到控制信号开始第二次合模,立即增大锁模力并推动带有动模的动模板前进,通过动模型芯对型腔内的物料进行压缩,使其充满整个型腔;模具完全闭合后,型腔内的物料在压缩作用下取得型腔的精确形状,并开始冷却;型腔内的物料完全冷却定型后即可开模取出制品。图.注射压缩成型工艺流程图按照模具二次合模时机以及压缩面大小的不同,可将注射压缩成型分为四类【】,分别是顺序注射压缩成型、同步注射压缩成型、间歇注射压缩成型和选择性注射压缩成型。在实际生产时可根据零件形状、产品外表质量及注射机等不同要求选择适合的方法。所谓顺序注射压缩成型,是指注射和模具型腔的压缩按照先后顺序进行。其成型过程如图.所示。初始状态时模具没有完全闭合,型腔厚度约为制品最终壁厚的两倍。将产品所需数量的熔融物料注射到模具型腔之后开始二次合模,模具完全闭合。型腔中的物料在由注射过程向压缩过程过渡时保持静止。这种在流动过程中的停顿易导致产品外表产生流动条纹,其可见程度取决于所采用的聚合物材料的颜色、种类、等级和成型零件的结构等。北京化工人学硕十学位论文名书瑚?一卜一?一.一???一臣围牺压缩预定间隙注射图顺序注射压缩成型?同步注射压缩成型与顺序注射压缩成型初始状态相似,模具没有完全闭合。在熔融物料注射到模具型腔中的同时,模具开始二次合模,并最终完全关闭。其成型过程如图.所示。注射与二次合模之间可能存在几秒钟的延迟。这种螺杆与模具型腔的同步运动意味着熔体流动前沿在模具型腔中将持续移动,因此不会像顺序注射压缩成型那样,由于流动停顿而导致产品外表产生流动条纹。顺序注射压缩成型或同步注射压缩成型用于生产壁厚较大的零件时均存在一定的弊端。当熔融物料进入到模腔中而尚未受到任何压力的时候,将会在重力的作用下首先流入型腔中较低的一端,导致模具型腔较低的一端首先充满。零件壁厚越厚,流动距离越长,模具闭合时间越长,越容易出现上述现象。如?叫卜一?叫卜一?..?一上一秀厂一籽耔压缩注射预定间隙图同步注射压缩成型.间歇注射压缩成型在注射开始时模具即处于完全闭合状态,在向型腔中注射熔体时,模具也逐渐拉开,型腔厚度逐渐增大,而模腔内的熔融物料那么始终保持在一定压力之下,当物料快要充满型腔时,模具开始反向关闭至完全闭合,模腔内的物料进一步压缩并到达零件所需的实际壁厚。采用间歇注射压缩成型时,熔融物料一进入模腔就保持受压状态,这就克服了前面两种方式可能出现的问题。上述模具型腔扩展运动,第一章绪论可借助于注入型腔内的熔融物料所传出的注射压力或预置的注塑机运动程序来实现。间歇注射压缩成型过程如下图。:???????一??十一?一卜一??上一殄■秀匕己●??厂一几一压缩注射预定间隙图石间歇注射压缩成型.选择性注射压缩成型也称为“精压〞,其成型过程如图.所示。初始状态时模具完全闭合,在熔融物料注射充模过程中或注射完毕之后,一个单独的型芯从型腔的局部某个位置压向型腔中,从而使成型零件的某一局部位置受压减薄。这种局部压缩可以由注塑机的模具型芯控制程序或一个单独的液压机构预设程序来控制。乃?吃?包厂..注射压缩精密成型技术的研究进展六十年代英国公司开始开发用低锁模力制得较大成型品的方法【】,该方法是预先以较低锁模力保持模内注射熔融物料,在注射充模过程中,由锁模力负担注射压力,模具的分型面是自然开着的,在充模完成时浇口封闭,然后加压压缩工序,到达最终锁模力。公司采用此成型方法后,用的注射机即可成型以往要用注射机生产的制品。北京化工大学硕士学位论文由于这一成型方法比直接注射成型具有明显的优越性,随后人们开始不断研究这一成型工艺。等人研究了超高分子量聚乙烯的注射压缩成型工艺过程;∞】等人研究了注射压缩成型的有关装置:】等人提出了一种通过注射机动模板移动来实现注射压缩成型的方法。然而,注射压缩成型工艺的研究更主要的集中在光盘成型与镜片成型方面。】等人在光盘制造方法的专利中指出,为防止出现由摩擦或剪切引起的双折射效应,必须先在不完全合模的状态下过量低速注射,然后通过压缩减少模腔容积,使过量的塑料溢出,直至模具完全闭合。在时间上,注射结束前即开始压缩,压缩未完成即开始冷却固化。.和.‰咖【】介绍了采用注射压缩成型方法生产热塑性塑料光学元件的设备与工艺流程。该装置包括一系列带有注射孔的套筒及与套筒配套的光学镜片前后外表成型嵌件,将成型嵌件与套筒组装在一起即形成模具型腔,将该组合模具加热到待成型塑料的玻璃化温度之上。注射机喷嘴深入到注射孔中将熔融的塑料注入组合好的模具型腔中。注射完毕后,两成型嵌件同时向中间压缩,在此过程中,多余的物料将被挤出模腔中,压缩那么一直持续到模腔内物料冷却固化。物料完全固化成型后,将嵌件同制件一同从套筒中顶出,然后去除嵌件取出制品。八十年代末至今注射压缩精密成型技术开展非常迅速,以往使用传统加工成型方法和手段所不能或难以生产的零件,大多已经转为使用注射压缩成型技术来生产。对注射压缩成型工艺的研究也越来越深入。我国在注射压缩成型工艺的研究方面也取得了一定的进展。李雪梅【】等人在对光盘的注射压缩成型研究中发现,压缩速度、压缩行程、切换时间等不同的工艺参数决定了熔体温度及充模过程的有关温度分布,而熔体温度和在压缩充模阶段的模腔温度分布决定了熔体的收缩率和均匀度。因此,在熔体充模结束后,在保持同样的压缩压力下,采用短的切换时间、高的压缩速度和短的压缩行程将导致光盘制品的收缩率下降。工艺参数对光盘基片双折射具有一定的影响,压缩行程减少、压缩速度提高和切换时间缩短将对盘片双折射的增加起到很大的作用。李沙、黄汉雄【】在注射压缩成型精密制品收缩率均匀度的研究中发现,压缩力对制品收缩率均匀度影响最大,压缩力越大,收缩率均匀度越高;模具温度和压缩延迟时间对制品收缩率均匀度有一定的影响,提高模具温度、缩短延迟时间,制品收缩率均匀度也得到提高。三者的影响程度由强到弱排列为:压缩力模具温度延迟时间。.聚合物?理论的应用及其检测方法的研究进展注射压缩精密成型除与成型机械、模具有密切关系外,在很大程度上也受到聚合第一章绪论物本身性质的影响。因此,研究聚合物的根本性质??聚合物的.关系,具有很大的必要性和研究意义。聚合物的.关系,即聚合物的压力、体积、温度之问的相互关系,反映在图形上即聚合物.状态曲线。研究聚合物.关系可获得聚合物加工的最正确工艺路线,从而降低收缩,获取高精度的产品;研究聚合物.关系也可以说明塑料加工过程中与压力、密度、温度等相关的现象,并以此为依据实现注射量、制品内局部子结构的精确控制。另外,聚合物..关系还是进行注射成型流动分析及注射成型制品模具的计算机辅助设计、制造和工程//分析的依据。..?状态曲线及最正确工艺路线的选择所谓.控制,是将聚合物的..曲线作为控制的参考模型。现代注射机电液系统用于注射成型的过程控制,要解决三个问题:一是如何根据模具结构、原料特性以及工艺参数,实现注射、保压的多级控制;二是在注射过程中如何以注射速度控制切换到压力控制;三是如何进行保压工程的.控制。对于保压过程控制,以.曲线为模型,实现压力.比容.温度的自适应控制。现代注射机的保压控制采用精度和稳定性较高的.保压控制,即先用压力和温度传感器对型腔压力和型腔温度及喷嘴处的物料温度进行检测,并作为反响信号输入给控制装置进行“.〞逻辑运算,再发出指令比照例压力电磁阀进行比例调节,从而使注射与保压时的系统油压能按..特性曲线的指令变化。在注射模塑过程中,有个阶段的温度是至关重要的。分别是:物料的塑化温度熔体温度,是指注射充模时瞬间的熔体温度;浇口冻结时的温度,按照注射过程的概念,在此温度下,物料实际上就不能再流入模具型腔,型腔内聚合物比容的大小决定了模塑制品的收缩率的大小;模具温度,其上限是高聚物的热变形温度;环境温度,可以指室温。高聚物及加工环境的不同,那么这些温度参数也不同。根据所加工的高聚物的特性及其在这几个阶段中的状态,可得出其在注射成型时的一系列.状态变化曲线。.关系曲线应用的目的是:减少制品的收缩,保持制件的成型尺寸;重点关注的是制品收缩率,对应的是各个状态点比容的变化。制品收缩率可按下式计算:.:亟堑%√匕式中,为浇口封闭时的比容,为常压下室温的比容。假设某聚合物在注射成型时的熔体温度、浇口冻结温度、模具温度和室温分别为、、、,如图.所示。又假设选择的第一条注射成型工艺路线为.?..北京化工人学硕上学位论文图.中工艺路线,另一条注射成型工艺路线为....图.中工艺线路,两条工艺路线的起点、终点相同。对于第一条工艺路线:、、点表示已塑化好、处于熔融温度下的熔体在注射前的状态,常压下,为比容;、、点仍在熔融温度线上,表示注射充模压缩后物料在型腔中的状态,此时的压力为,比容为;、、点是型腔内物料在一定的压力下冷却到浇口冻结温度,此时其所对应的比容为,,从此时起,再不会有物料进入型腔,实际上就决定着制件的收缩率;、、点是模具型腔中的制品在一定的压力下继续冷却到常压线,此时的比容为,且,,此时温度为模具温度;、、点表示取出制品在常压下冷却到室温,此时,为所加工物料在常温下的比容。按此工艺路线,由公式.可得,此时该制件的收缩率为::哔×%:哔×%≈≈从图中可知,。假设为精密注射成型制品所允许的最高收缩率。置\砘筮死几温度/图.状态曲线及加工工艺路线蟾.对于第二条工艺路线:、、点状态与线路相同;、、点即物料经注射充模后在型腔内状态,其压力为,比容为;、、点型腔内的物料在压力下冷却到浇口冻结的温度,,压力为;、、.第一章绪论点,型腔内物料在压力下继续冷却,其压力为,比容;、、点到达常压下的模具温度,;、、点冷却到常压下的室温,:,;同样,按收缩率计算公式得,该工艺路线下制品的收缩率为::?:型堡二型竖×%‘≈/.从图.可知,产,得到的制品收缩率为。显然,在上述这两条路线之间的区域还可以任选其它路线。从上述所展示的注射工艺路线过程可知,对于同一种物料,在注射成型时所选取的工艺路线不同,其状态也不同,最终的制品收缩情况也不同。因此,在制定注射工艺路线时必须仔细思考,利用.关系图选取适宜的线路和参数。..?状态曲线在注射压缩成型中的应用帕根据.最正确保压冷却控制曲线的工艺路线的选择原理,注射压缩成型成功的用到了塑料透镜的生产。这一生产方式是采取在压力下进行等比容保压冷却的方法来实现的。在注射成型时,型腔尺寸预先放大留出压缩余量,流通截面变大,充模相对容易,因此对于中心薄边缘厚的凹透镜也能良好充模。根据注塑制品的收缩规律,制品各点处的收缩率还与该点到浇口之间的距离有关,距离浇口越近的位置收缩率越大;由于透镜的浇口不能设在中心位置,只能采用边缘浇口,因此透镜各点到浇口之间的距离就有很大差异,收缩率相差大,难以保证透镜厚度的对称性,也无法保证其光学要求。非球面透镜的壁厚变化远不如球面透镜那么规那么,因而制品各点处的收缩率变化也很不规那么,严重影响到其曲面精度,由于注射压缩成型有一个压缩的动作,那么使镜片在稳定一致的压力下冷却收缩,从而解决了这一问题。图为树脂的温度.压力.比容的关系。从图中可以看出,树脂在℃时可以在完全不加压力的情况下注射到℃的模具中,塑化状态的树脂比容是./,而冷却至模具温度时树脂的比容是./,收缩率约为%,数值较大,不能满足塑料透镜的精度要求。假设采用注射压缩成型,在浇口封闭后,通过模具的快速压缩使树脂外表压力沿.路径瞬间增至,然后在树脂温度从℃降低到℃的区间内使压力按照..的路径逐渐降低到。当树脂温度降低到℃时翻开模具。此时模具型腔的压力沿着路径降低到大气压,透镜再次膨胀,但随着透镜的进一步冷却,树脂沿着的路径产生收缩,从而成型出质量符合要求的透镜。北京化工大学硕士学位论文绕钧压力日:/觏;羹拶.钉::弓芝;;‖迨。.钢’鞠承/、夕艄¨×,世貌静瓣:/、幺缎
∑馋一遮;蛰/’汐霉茁..剑文/一≯口≮矿’’旷一辫:巍∑?/百一.。一√//一叫敬射朔瘸麓?冀约嗣番馥钓渥度?图透镜注射压缩成型.玎状态曲线【】矗..聚合物?关系测试技术研究进展常规..检测技术【¨柱塞技术直接加压法与封闭液技术间接加压法是常见的两种Ⅵ检测方法。直接加压法的测试设备主要由样品室、加热冷却系统、加压动力系统、传感器一级数据采集控制系统等几局部组成。在测试时,将聚合物样品放入样品室中,并将其上下密封,然后通过柱塞对其进行加压。其优点在于其原理简单,未引入任何非样品物质,以密封垫或环取代了起封闭作用的液体介质,从而既保证了系统的气密性,又省去了诸多校准步骤。间接加压法的测试设备相对于直接加压法而言,在样品室中增加了封闭液传压介质通常为水银。测试时,样品完全浸没在传压介质中,加压动力系统驱动柱塞通过液体对聚合物试样间接加压。间接法的优点在于引入了起封闭作用的液体介质,保证了系统良好的密封性,使外部气体不会侵入到样品中,而且采用传压介质可使内部到达较高的真空度,使样品处于流体静压状态下,受力均匀。因此,间接法测量精度较高。聚合物..改良测量技术由于常规的聚合物.检测技术均是在较低的冷却速度下进行的,且很多测试条件并不符合实际聚合物加工成型条件,因此,研究者对常规方法进行技术改良,引第一章绪论入快速冷却条件或其他加工条件以求得到更符合聚合物加工成型条件下的.关系变化。删【等在不同的冷却速度最高达℃/条件下对.关系进行了研究,并通过计算机模拟了这些冷却速度对..关系的影响;和提出了一种在快速冷却冷却速度达。/和高压达条件下测试聚合物.关系的方法。考虑到更贴近加工条件,研究者们直接利用注塑机进行在线检测聚合物..关系。】等研发了一种在微机控制的注塑机上取得聚合物.数据的方法:.等【】利用发泡挤出机和齿轮泵研发了一种可以在线测试熔融状态下聚合物及聚合物溶液的性质的膨胀计,来研究聚合物在混有气体时的性质;王建、杨为民等研发了一种基于注塑机可在线测试聚合物.关系的测试设备。超声波.关系测试技术在高分子领域中,超声检测已广泛应用于聚合物取向结构、松弛行为以及共混体系相容性的评价中。少数研究者将超声手段应用于聚合物.测试。..【’】等人用有限差分瞬时冷却模型来预测聚合物冷却过程中超声波声速与?.的对应关系,并研发了一种超声设备,可同时测量聚合物.关系与超声速率,以获得较为精确的聚合物.关系与超声波声速的对应关系。.及.】等人开发了一种通过测定不同温度、压力下超声波声速来获取聚合物熔体..关系的超声检测方法。研究说明,超声波声速与聚合物.关系具有很好的一致性。.课题的意义及主要研究内容..课题的意义现如今,“轻量化、精密化、高效化’’已成为诸多工业产品生产的大趋势。由于塑料材料重量轻、易加工等特点,已开始逐步取代金属零件,仪器仪表、电子通讯、航空航天及汽车等行业中也开始大量应用精密塑料元件。注射压缩精密成型方法能有效提高塑料制品的成型精度、工作稳定性,降低制品剩余应力,是成型精密塑料制品的有效方法。注射压缩精密成型方法越来越多的被人们所重视,成为精密塑料制品加工的主要成型手段。然而,目前国内对注射压缩成型工艺及其原理的研究并不多,在实际生产中大多依靠以往普通注射成型的经验来调试工艺,需反复试验才能获得较好的工艺路线,造成人力物力的极大浪费。因此,深入研究注射压缩成型工艺原理,分析各工艺参数对制品质量的影响,并开发新型在线检测方法以实现注射过程中或模腔内物料的..实时监控,对今后精密塑料制品注射北京化工大学硕士学位论文压缩成型的生产具有重大的实际意义。..论文的主要内容本文对注射压缩成型根本原理、各工艺参数对制品剩余应力和熔接线的影响以及聚合物.的超声在线检测等内容进行了深入研究,主要工作包括:从注射压缩精密成型的原理、成型过程入手,讨论注射压缩成型充模流动过程的相关计算模型,并研究了制品剩余应力的数值计算方法。根据有关模型,采用模流分析软件,分析注射压缩成型工艺参数对薄壁制品剩余应力的影响,得出各工艺参数对制品剩余应力的影响程度进行排序,并获得以剩余应力为优化目标的最正确工艺参数组合。研究了注射压缩成型机械及模具的结构特点,采用模拟分析得出的最正确工艺参数设定.用注射成型及注射压缩成型两种方法成型镜片,进行剩余应力效果比照,并研究了注射压缩成型工艺参数对镜片熔接线的影响。讨论了聚合物.的检测原理及超声检测方法,分别对聚丙烯、高密度聚乙烯、聚碳酸酯三种材料进行.数据标定及超声波声速同步测量。通过对聚合物.玎数据与超声波声速进行关联,得出恒定温度或压力下超声波声速与聚合物比容的计算公式,并验证了公式在几种不同聚合物材料中的适用性。第二章注射压缩精密成型的数值模拟第二章注射压缩精密成型的数值模拟随着计算机技术的开展和人们对计算力学、流体力学、聚合物加工流变学、传热学等学科的深入研究,以及以有限元为代表的数值模拟技术的完善,以数值模拟来代替实验越来越普遍。通过建立成型过程的数学模型,采取有效的数值计算方法,借助计算机对成型过程进行仿真模拟,能方便有效地预测成型制品的性能、探索加工条件的变化规律、确定工艺条件的最正确方案。本章首先讨论了注射压缩成型充模流动的根本方程,然后介绍了数值模拟的相关软件,并采用计算机软件模拟的方法,讨论了注射压缩成型工艺参数对薄壁制品剩余应力的影响情况。.注射压缩成型充模流动的根本方程..流体力学的根本方型聚合物在:过程的流动场中,首先表现为连续介质的性质,物质的流动又伴随着动量的变化,并且几乎所有的高聚物加工都要经过加热、冷却的过程,存在能量的交换。因此,注射压缩成型充填阶段熔体的流动也必然遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒三大定律。在直角坐标系下,三大定律可用如下方程表述:连续性方程:望曼幽.皇型.塑堕:.瓠恕劫动量方程:昭昭昭盟历堕历丝所吨堡锄眈监瑟监瑟堕瑟盟砂哝可峨可能量方程:。瓦一?一丁历,?。,其中,连续性方程的物理意义可理解为:输出的质量流率.输入的质量流率累积的质量流率;将动量方程展开后得到如式所示方程,等式左边的局部是流场中某微团的加速度随流导数,右边局部是静压力项,反响静压力对动量的影响,北京化工人学硕学位论文?是黏性力项,反响流体黏度对动量的影响,是重力项,反响重力对动量的影响,整个方程的物理意义可以看作:惯性力静压力黏性力重力;能量方程等式左边表达式是单位时间内某一点的温度变化,右边第一项为哪一项由热传导引起的温度变化,即空间位置变化引起的热传导变化,第二项是膨胀功引起的温度变化,第三项是机械功变为热能所引起的温度变化。鲁岐警等屹警卜篆誓誓誓帅鲁吱警哆等哆警卜爹誓誓誓帅昌鲁岐警哆等吐警,一箬警誓誓,昭:..本构方型本构方程又称流变状态方程,是描述应力与应变关系的方程,反映了流变过程中材料本身的结构特征。在聚合物加工流动过程定量分析时,除需要用到流体力学三大方程外,还必须选取适宜的本构方程与其联立求解。常用的本构方程有如下几种:广义牛顿流体的本构方程通常将与应力历史无关的非牛顿流体称为广义牛顿流体,它的本构方程可以写成:.厂,式中,是非牛顿黏度,是应变速率或应力张量的函数。目前对于广义牛顿流体本构方程的应用形式有以下四种。①.幂律幂律流体模型的黏度可用和两个参数来描述..夕驴式中,在一定温度下为常数,在一定温度和剪切速率下也是常数。该模型用来解决工程中流动问题时,只对于一定范围内的/才适用,过小或过大时,该模型就不能描述流体的特性。②模型用四个参数来描述流体的黏度尘丑五少一一∞式中/是零剪切速率黏度;是极限剪切速率黏度;旯是时间常数;是流动指数。③模型用应力表示流体的黏度/的例子就是模型第.二章注射压缩精密成型的数值模拟口.‰一刁三‰式中是零剪切速率黏度;/是在//时的剪切应力;一是甙鱼一对三作图的斜率。/④模型当丁勺时物质将像牛顿流体那样流动,其黏度用下式表征≤勺.丁≥丁一:手当时,物质己不是线性的,可能存在着黏弹性,那么称之为广义塑性体,其黏度用如下公式表示≤刀.‖少舻≥线性黏弹性流体本构方程应力和应变与其导数之间呈线性关系的流体,称为线性黏弹性流体。现介绍几种黏弹性模型所构成的本构方程。年用一只弹簧表示物质的弹性和一只黏壶来①模型表示物质的黏性,将其串联起来组成力学模型,用来研究物质的黏弹性。..丁驴“。芳一。九其中厶与‰均为常数,分别表示松弛时间和黏度。②模型年用三元力学模型建立了本构方程:乃誓一毗如?其中是松弛时间,五是推迟时问。该模型是研究一些重要非线性黏弹流体本构方程的出发点。北京化工大学硕士学位论文非线性黏弹流体本构方程上面所讨论的本构方程,仅当应变速率很小和应力很小,且它们的平方项和乘积可以忽略时,方才有效。而非线性黏弹流体的本构方程在应变速率和应力不是很小的时候也是客观有效的。这些方程是将上述本构方程放在共转坐标系下,遵照本构方程的原理来建立的。如..方程,是对于模型,将其参照共转坐标系来考虑,得到如下表达式:、囝。.丁■■一厂拗另外还有广义模型、共转模型等等、非线性微分共转模型等等。.数值分析软件本章主要采用软件来进行注射压缩成型工艺过程的仿真模拟及产品残余应力等方面的分析研究。软件是目前功能最全、应用最多的注射成型仿真模拟软件,可为用户提供设计分析和制造等方案,其中设计分析解决方案应用最为广泛,其产品包括、和。本章使用的就是软件的产品。【下面对本文中所用的软件的相关模块进行简单介绍。目前几乎所有的仿真模拟软件都是以有限元计算方法为根底的,通过划分有限元网格将复杂的问题简单化,最终求得近似解。根据用户的不同要求,提供三种不同的网格划分模式,分别是/、/和。而对于论文所要分析的注射压缩成型过程,只允许/的网格划分,这也是该软件的一点缺乏之处。但由于本文所要分析的制品为壁厚均匀的薄壁制品,网格用于分析壁厚较均匀的薄壳类零件非常适用。它提取实体壁厚的中间面作为网格外形,并赋予它厚度,使用较少的网格数目快速分析得到最精确的分析结果。软件包含许多分析模块,如充填模块/、流动分析模块/、冷却分析模块/、翘曲分析模块、收缩分析模块/及最优化分析模块/等。本章主要涉及/和/两个模块。//模块可根据给定的模具、注塑机、材料等参数及流动分析结果自动产生保压曲线,用于注塑机参数的设置,从而免除了试模时对注塑机参数的反复调试。/能够采用用户给定的或默认的质量控制标准有效地产品的尺寸精度、外表缺陷及翘曲变形。第二章注射压缩精密成型的数值模拟/模块用于分析聚合物熔体在模具中的流动,从而优化模腔的布局、材料的选择、填充和保压的工艺参数;可以在产品允许的强度范围和合理的充模情况下,增减塑料制品的壁厚,将熔接线与气穴等缺陷置于产品结构和外观允许的位置,并且给出一个范围较宽的工艺窗口。.咿注射压缩成型模拟分析原理..充模过程注射压缩成型充模过程的逻辑流程图如图.所示。图充填过程的逻辑流程图北京化工人学硕:学位论文程序在开始时,需要读入的初始数据包括型腔形状、网格单元、塑料材料特性数据及流开工艺条件等参数。开始分析时,假定塑料熔体入口的第一个控制体积已被熔体充满。此时可以近似认为,熔体仍处于等温状态,其温度即为熔体的入口温度,这样便可获得初始时刻熔体的前沿位置和温度场,然后再求解压力场。利用压力场的计算结果,更新流动前沿位置,确定时间增量,求解新时刻的温度场、压力场、如此循环下去,直至整个型腔被熔体充满为止。..剩余应力计算模型软件采用线性黏弹性性模型来描述注塑成型过程中材料应力.应变关系和应力松弛现象。该模型的优点在于无论有无收缩率数据,材料从熔融态到玻璃态的热剩余应力以及分子冻结取向应力流动剩余应力都可以用它来描述。该线性黏弹性模型基于如下假设:①物料停止流动前无应力产生;②在中性层法线方向上;⑧在厚度方向上正应力保持恒定;④当时,模内塑料紧贴模壁;⑤忽略模具弹性形变;⑥顶出后制品视为弹性固体。在没有材料收缩率数据的情况下,软件采用以下通式计算剩余应力:.。%%幽一奂。一岛暾一奂’’一岛暾一奂。%
%幽一奂二。。/其中,‰和磊分别为材料机械性能及热性能的张量表达式;孝为材料温度的时间度量,可表示为:.孝与’式中晰是温度和时间的转化因子。对于非纤维增强材料,%以材料的模量以及泊松比来描述,岛那么表达为材料的热胀系数。相关数据在软件中均已给出。..材料的物性参数软件自带材料数据库,包含世界上绝大局部塑料生产厂商及其所生产的几乎全部牌号的塑料产品,根本满足用户在模拟分析中对材料的选择需求。如果用户所用材料未能包含在软件的材料数据库中,软件还提供了交互式的材料物性操作界面,允许用户自行输入所用材料的各种参数。第章Ⅱ甜压缩精密成型的数值模拟,其性能参数实验选择美国公司的聚碳酸酯,牌号为./在软件中均已给出,如表所示。表各项性能参数∞啊熔融指数弹性模量泊松比固体密度收缩率剪切模衄最大剪应力?%/’/帅基于注射压缩成型模拟分析本节采用软件,分别通过下交实验和单因素实验模拟研究注射压缩成型工艺参数对薄壁制品剩余应力的影响。剩余应力是指注塑件脱模后剩余在制品中未松弛的各种应力之和。注塑制品的残余应力不仅影响制品的力学、光学性能,而且在很大程度上决定制品的蛙终几何形状。根据剩余应力的来源将注塑制品剩余应力分为流动剩余应力和热剩余应力。通常认为热剩余应力比流动剩余应力大一个数量级,但有研究说明,该理论仅适用于厚壁产品,薄壁制品中剩余应力主要为流动诱导剩余应力。〞模型建立及网格划分模拟塑件为实际工业产品,长度、宽度方向最大尺寸分别为、,产品厚度。实验摸具安装热流遒,建模时忽略流道的影响;为方便分析,将扇形浇口视为产品的一局部进行模拟。本实验采用中性面模式划分网格,共划分个网格单元。几何模型与网格划分如图、图所示。弋围模拟塑件几何模型北京化大学硬±学位论文◆图模型两格划分“【.正交模拟分析变量