宋满仓,等薄壁注塑成型数值模拟技术的发展现状 常规注塑成型有很大不同。模拟时,熔体流动数学模会成为一种不可缺少的注塑成型技术。薄壁注塑成型 型的许多假设和边界条件在薄壁注塑成型中需要进行技术的新颖性和复杂性决定了其数值模拟技术是其应 适当的调整 用的重要环节,也是该技术研究的热点,是确保该技术 (2)测定在薄壁注塑成型过程中的某些流变学数顺利应用的关键,因此致力于薄壁注塑成型数值模拟 据,比如,随冷却速率而改变的玻璃化转变温度、具有理论的研究很有必要。 方向性的机械性质以及快速冷却的PVT曲线等。因 为现有注塑成型数值模拟软件中所使用的这些流变学参考文献 数据都是在常规实验所得,这些数据不一定适合薄壁1 GuojunⅪu, M. E Study of thirwall injection molding 塑件的流动模型 (Doctors academic dissertation )[M]. The Ohio State (3)确定在薄壁注塑成型中增加的因素,并正确 The Ohio State University, 2004 地考虑这些因素。一些在常规注塑中可以忽略的因 2 Ming- Chih Huang, ChingChih Tai. The effective factors in the warpage problem of an injection-molded part with a 素,往往会对薄壁成型熔体流动产生较大的影响。比 hin shell feature [J]. Materials Processing Technology 如,在薄壁注塑中粘度对压力有明显的依赖性,而在 001,110(1):1~9 常规注塑成型中却没有;要求模型能够预测成型过程3sJ.LAO,DY. CHANG,HJ. Chen et al.Optr 中材料的降解,因为材料降解会影响粘度;考虑表面 mal Process Conditions of Shrinkage and Warpage of Thir 张力和模具粗糙度对薄壁注塑成型过程的影响;熔接 Wall Parts]. Polymer Engineering and Science, 2004, 44 线强度对塑件性能影响很大,尤其是薄壁塑件,熔接 (5):917~928 4黄虹.塑料成型加工与模具[M」北京:化学工业出版社, 线强度与温度和压力有关,但常规数值模拟时没有考 2003:179 虑压力的影响;材料的比热、传热系数和压力损失5 Yao. Donggang, Kim. Byung Increasing flow length in 等。现有的商品化数值模拟软件由于忽略了这些影响 thin wall injection molding using a rapidly heated mold]. 因素,因而在预测薄壁注塑成型时会出现不一致的现 Polymer Plastics Technology And Engineering, 2002, 41 象 (4)应用真正的三维数值模拟。现有商品化的数 Losch,k Thin Wall molding: demanding but rewarding 值模拟软件都是使用二维、二维半要素代表三维几何7 Maloney, R P. Polinski,A. Viscosity Pressure De- 图形的简化模型,没有考虑物理量在厚度方向上的变 pendence and Material Degradation Effects on Thin Wall 化。三维流动区域即拐角处流动、厚度变化区域、熔体 Mold Filling Simulation( JI. ANTEC, 1998, 542-546. 前端喷泉效应在现有的数值模拟软件中还不能表示,8 Tantakom,P.Nck, R s Processing Strategies for Thin 而它们在薄壁注塑成型中起重要作用 Wall injection molding[J], ANTEC, 1998, 367-731 (5)注塑成型全过程模拟。目前的模拟软件主要 9 Y. K Shen. P. H. Yeh and J S Wu Numerical simulation for thin wall injection molding of fiberreinforced thermo 包括填充、流动、保压冷却、应力应变和翘曲分析等模 plastics[J]. International Communications in Heat Ma 块,各模块的开发是基于各自独立的数学模型,忽略 Transfer,2001,28(8):1035~1042 了相互之间的影响。但是,从注塑成型工艺过程来10 K M. B. Jansen,DJ. Van Dijk, M. H. Hussel man 看,塑料熔体的充模流动、保压和冷却等是交织在 Effect of Processing Conditions on Shrinkage in Injection 起并相互影响的,这在薄壁注塑成型中尤为明显。因 Molding[J]. Polymer Engineering and Science, 1998, 38 此,充模流动、保压与冷却分析和翘曲模块必须有机 (5):838~846 I1 A.J. Poslinski. Efects of processing conditions and mate- 地结合起来,进行耦合分析,才能综合反映实际的注塑 rial models on the injection pressure and flow length in thin 成型。 wall parts. ANTEC96: 470-474. 12谷诤巍.薄壳注塑成型中熔体充填过程的模拟研究[D] 4结束语 吉林大学博士学位论文,长春:吉林大学,2001 随着3C产品越来越广泛的应用,它们向短、小 【下转第31页】 轻、薄方向的发展必将会更深入,薄壁注塑成型技术将 201994-2007chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net常规注塑成型有很大不同。模拟时 ,熔体流动数学模 型的许多假设和边界条件在薄壁注塑成型中需要进行 适当的调整。 (2) 测定在薄壁注塑成型过程中的某些流变学数 据 ,比如 ,随冷却速率而改变的玻璃化转变温度、具有 方向性的机械性质以及快速冷却的 PV T 曲线等。因 为现有注塑成型数值模拟软件中所使用的这些流变学 数据都是在常规实验所得 ,这些数据不一定适合薄壁 塑件的流动模型。 (3) 确定在薄壁注塑成型中增加的因素 , 并正确 地考虑这些因素。一些在常规注塑中可以忽略的因 素 , 往往会对薄壁成型熔体流动产生较大的影响。比 如 , 在薄壁注塑中粘度对压力有明显的依赖性 , 而在 常规注塑成型中却没有 ; 要求模型能够预测成型过程 中材料的降解 , 因为材料降解会影响粘度 ; 考虑表面 张力和模具粗糙度对薄壁注塑成型过程的影响 ; 熔接 线强度对塑件性能影响很大 , 尤其是薄壁塑件 , 熔接 线强度与温度和压力有关 , 但常规数值模拟时没有考 虑压力的影响 ; 材料的比热、传热系数和压力损失 等。现有的商品化数值模拟软件由于忽略了这些影响 因素 , 因而在预测薄壁注塑成型时会出现不一致的现 象。 (4) 应用真正的三维数值模拟。现有商品化的数 值模拟软件都是使用二维、二维半要素代表三维几何 图形的简化模型 ,没有考虑物理量在厚度方向上的变 化。三维流动区域即拐角处流动、厚度变化区域、熔体 前端喷泉效应在现有的数值模拟软件中还不能表示 , 而它们在薄壁注塑成型中起重要作用。 (5) 注塑成型全过程模拟。目前的模拟软件主要 包括填充、流动、保压、冷却、应力应变和翘曲分析等模 块 , 各模块的开发是基于各自独立的数学模型 , 忽略 了相互之间的影响。但是 , 从注塑成型工艺过程来 看 , 塑料熔体的充模流动、保压和冷却等是交织在一 起并相互影响的 , 这在薄壁注塑成型中尤为明显。因 此 , 充模流动、保压与冷却分析和翘曲模块必须有机 地结合起来 ,进行耦合分析 ,才能综合反映实际的注塑 成型。 4 结束语 随着 3C 产品越来越广泛的应用 ,它们向短、小、 轻、薄方向的发展必将会更深入 ,薄壁注塑成型技术将 会成为一种不可缺少的注塑成型技术。薄壁注塑成型 技术的新颖性和复杂性决定了其数值模拟技术是其应 用的重要环节 ,也是该技术研究的热点 ,是确保该技术 顺利应用的关键 ,因此致力于薄壁注塑成型数值模拟 理论的研究很有必要。 参考文献 : 1 Guojun Xu , M1 E1 Study of thin2wall injection molding : (Doctor’s academic dissertation ) [ M ]1 The Ohio State : The Ohio State University , 20041 2 Ming2Chih Huang , Ching2Chih Tai1 The effective factors in the warpage problem of an injection - molded part with a thin shell feature [J ] 1 Materials Processing Technology , 2001 , 110 (1) : 1～91 3 S1 J1 L IAO , D1 Y1 CHAN G, H1 J1 CHEN et al 1 Opti2 mal Process Conditions of Shrinkage and Warpage of Thin2 Wall Parts[J ]1 Polymer Engineering and Science , 2004 , 44 (5) : 917～9281 4 黄虹1 塑料成型加工与模具[ M ]1 北京 :化学工业出版社 , 2003 :1791 5 Yao1 Donggang , Kim1 Byung1 Increasing flow length in thin wall injection molding using a rapidly heated mold[J ]1 Polymer2Plastics Technology And Engineering , 2002 , 41 (5) : 819～8321 6 Losch , k1 Thin Wall molding : demanding but rewarding [J ]1 Modern Plastics , 1998 , 74 (11) :79～821 7 Maloney , R1 P1 Poslinski , A1J1 Viscosity Pressure De2 pendence and Material Degradation Effects on Thin Wall Mold Filling Simulation[J ]1 AN TEC , 1998 , 542～5461 8 Tantakom , P1 Nick , R1 S1 Processing Strategies for Thin Wall injection molding[J ] , AN TEC , 1998 , 367～7311 9 Y1 K1 Shen , P1 H1 Yeh and J1 S1 Wu1 Numerical simulation for thin wall injection molding of fiber2reinforced thermo2 plastics[J ]1 International Communications in Heat Mass Transfer , 2001 , 28 (8) : 1035～10421 10 K1 M1B1 J ansen , D1J1 Van Dijk , M1 H1 Husselman1 Effect of Processing Conditions on Shrinkage in Injection Molding[J ]1 Polymer Engineering and Science , 1998 , 38 (5) : 838～8461 11 A1J1 Poslinski1 Effects of processing conditions and mate2 rial models on the injection pressure and flow length in thin wall parts[J ]1 AN TEC’96 : 470～4741 12 谷诤巍1 薄壳注塑成型中熔体充填过程的模拟研究[D ] 1 吉林大学博士学位论文 ,长春 :吉林大学 ,20011 【下转第 31 页】 45 宋满仓 ,等 薄壁注塑成型数值模拟技术的发展现状