Vol 34 Nal( Sum. 171) 塑料科技 February 2006 PL ASTICS SCL TECHNOlOGY 文章编号:10053360(2006)010051- 薄壁注塑成型数值模拟技术的发展现状 宋满仓,颜克辉 大连理工大学模具研究所,辽宁大连116023) 摘要:由于3C产品向薄、轻、短、小方向发展得越来越快,所以薄壁注塑成型技术也受到人们的高度重视 而薄壁注塑成型数值模拟技术是薄壁注塑成型技术得以应用的重要保证。介绍了薄壁注塑成型数值模拟技术产 生的背景和科学意义,综述了薄壁注塑成型数值模拟技术的研究与应用概况,探讨了其发展中所面临的一些关键 问题,指出了薄壁注塑成型数值模拟技术的研究发展方向 关键词:薄壁注塑成型;数值模拟;流长厚度比;冷凝层 中图分类号:TQ320.662 文献标识码:A 近年来笔记本电脑和移动电话等3C( Comput-的厚度小于1mm2(或1.5mm13)或者t/d(t: t hick- er, Communication and Consumer)产品更新换代的ness,塑件厚度;d: diameter,塑件直径,针对圆盘型塑 速度非常快,这类产品的设计理念正朝着“轻、薄、短、件)在0.054以下的注塑成型定义为薄壁注塑成型 小”方向发展,同时人们对这些产品的需求也在快速增由此可见,要给出一个适合所有塑料材料和塑件形状 长,于是在常规注塑成型( Conventional Injection的薄壁注塑成型定义比较困难;同时随着技术的发展 Molding,CIM)技术的基础上,薄壁注塑成型(Thin-薄壁注塑成型定义的临界值也将发生变化,它应该是 Wall Injection Molding,TWM)技术迅速发展起来。一个相对的概念 薄壁化因具有减小产品质量及外形尺寸、便于集成设 常规注塑成型工艺已为人们所熟悉,但薄壁注塑 计及装配、缩短生产周期、节约材料和降低成本等优点成型则不然,因为随着壁厚的减薄,聚合物熔体在型腔 成为塑料消费行业追求的目标,已成为塑料成型行业中的冷却速度加剧,在很短的时间内就会固化,这使得 中新的研究热点 成型过程变得复杂,成型难度加大,常规的注塑成型工 薄壁注塑成型技术仅有十几年发展历史,其理论艺条件已不能满足需要。常规注塑成型的一个不足就 体系尚未形成,缺少系统性的研究,而薄壁注塑成型数是填充过程和冷却过程往往交织在一起,但由于常规 值模拟研究也只是近几年才提出的,还有许多理论上塑件的尺寸比较大,所以对成型过程影响不大,但在薄 和实践中的问题尚待解决 壁注塑成型中这个不足就成为致命的问题。所以,不 薄壁注塑成型技术 能把常规注塑成型中的理论和操作简单地照搬到薄壁 注塑成型中去。 目前关于薄壁注塑成型还没有统一的定义,Mah ishi和 Maloney"把其定义为塑件的流长厚度比L/T2薄壁注塑成型数值模拟技术 (L: Length,流动长度;T: Thickness,塑件厚度;L/T 也简称为流长比)在100或者150以上的注塑为薄壁 在注塑成型中,对填充过程进行数值模拟可以预 注塑;而 Whetten和 Fasset'是这样定义薄壁注塑成 测实际注射过程中可能出现的缺陷,优化模具结构设 型的:所成型塑件的厚度小于1mm,同时塑件的投影计、调整工艺参数,有针对性地制订解决方案,从而达 到减少材料浪费,降低生产成本,提高产品质量和市场 面积在50cm2以上的注塑成型;还有人把所成型塑件竞争力的目的。目前,对于常规模具的数值模拟已经 成为模具设计中不可缺少的一环;在薄壁注塑成型技 收稿日期:2005-0926 术越来越引起关注的今天,出于同样的目的,人们希望 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net文章编号 :100523360 (2006) 0120051204 薄壁注塑成型数值模拟技术的发展现状 宋满仓 ,颜克辉 (大连理工大学模具研究所 ,辽宁 大连 116023) 摘 要 : 由于 3C 产品向薄、轻、短、小方向发展得越来越快 ,所以薄壁注塑成型技术也受到人们的高度重视 , 而薄壁注塑成型数值模拟技术是薄壁注塑成型技术得以应用的重要保证。介绍了薄壁注塑成型数值模拟技术产 生的背景和科学意义 ,综述了薄壁注塑成型数值模拟技术的研究与应用概况 ,探讨了其发展中所面临的一些关键 问题 ,指出了薄壁注塑成型数值模拟技术的研究发展方向。 关键词 : 薄壁注塑成型 ;数值模拟 ;流长厚度比 ;冷凝层 中图分类号 : TQ3201662 文献标识码 :A 收稿日期 : 2005209226 近年来 ,笔记本电脑和移动电话等 3C (Comp ut2 er , Communication and Consumer) 产品更新换代的 速度非常快 ,这类产品的设计理念正朝着“轻、薄、短、 小”方向发展 ,同时人们对这些产品的需求也在快速增 长 ,于 是 在 常 规 注 塑 成 型 ( Conventional Injection Molding , CIM) 技术的基础上 ,薄壁注塑成型( Thin - Wall Injection Molding , TWIM) 技术迅速发展起来。 薄壁化因具有减小产品质量及外形尺寸、便于集成设 计及装配、缩短生产周期、节约材料和降低成本等优点 成为塑料消费行业追求的目标 ,已成为塑料成型行业 中新的研究热点。 薄壁注塑成型技术仅有十几年发展历史 ,其理论 体系尚未形成 ,缺少系统性的研究 ,而薄壁注塑成型数 值模拟研究也只是近几年才提出的 ,还有许多理论上 和实践中的问题尚待解决。 1 薄壁注塑成型技术 目前关于薄壁注塑成型还没有统一的定义 ,Mah2 ishi 和 Maloney [1 ]把其定义为塑件的流长厚度比 L/ T (L :Length ,流动长度 ; T : Thickness ,塑件厚度 ;L/ T 也简称为流长比) 在 100 或者 150 以上的注塑为薄壁 注塑 ;而 Whetten 和 Fasset [ 1 ] 是这样定义薄壁注塑成 型的 :所成型塑件的厚度小于 1mm ,同时塑件的投影 面积在 50cm 2 以上的注塑成型 ;还有人把所成型塑件 的厚度小于 1mm [2 ] (或 115mm [ 3 ] ) 或者 t/ d (t :t hick2 ness ,塑件厚度 ; d :diameter ,塑件直径 ,针对圆盘型塑 件) 在 0105 [4 ]以下的注塑成型定义为薄壁注塑成型。 由此可见 ,要给出一个适合所有塑料材料和塑件形状 的薄壁注塑成型定义比较困难 ;同时随着技术的发展 , 薄壁注塑成型定义的临界值也将发生变化 ,它应该是 一个相对的概念。 常规注塑成型工艺已为人们所熟悉 ,但薄壁注塑 成型则不然 ,因为随着壁厚的减薄 ,聚合物熔体在型腔 中的冷却速度加剧 ,在很短的时间内就会固化 ,这使得 成型过程变得复杂 ,成型难度加大 ,常规的注塑成型工 艺条件已不能满足需要。常规注塑成型的一个不足就 是填充过程和冷却过程往往交织在一起 ,但由于常规 塑件的尺寸比较大 ,所以对成型过程影响不大 ,但在薄 壁注塑成型中这个不足就成为致命的问题。所以 ,不 能把常规注塑成型中的理论和操作简单地照搬到薄壁 注塑成型中去。 2 薄壁注塑成型数值模拟技术 在注塑成型中 ,对填充过程进行数值模拟可以预 测实际注射过程中可能出现的缺陷 ,优化模具结构设 计、调整工艺参数 ,有针对性地制订解决方案 ,从而达 到减少材料浪费 ,降低生产成本 ,提高产品质量和市场 竞争力的目的。目前 ,对于常规模具的数值模拟已经 成为模具设计中不可缺少的一环 ;在薄壁注塑成型技 术越来越引起关注的今天 ,出于同样的目的 ,人们希望 15 Vol134 №1 (Sum1171) February 2006 塑 料 科 技 PLASTICS SCI1 & TECHNOLO GY