隨著塑料合成技術的發展,塑料的力學性能得到顯著提高,在工程方面的應用日益廣泛。在傳動機構及其它有尺寸配合要求的場合,塑件的形狀尺寸精度往往很高,要求達到精密甚至超精密級,因此從事注塑成型加工領域研究的科研人員一直在努力減少注塑制品收縮率預測的誤差,以縮短注塑模具制造周期和提高注塑制品合格率。



1、收縮率預測的實驗數據擬合方法



起初,人們把注意力集中在注塑工藝條件的波動對收縮率所產生的影響上,進行大量的注塑實驗,試圖找出注塑工藝條件與收縮率之間的定量關系。



在積累了一定的經驗后,有學者提出用實驗數據擬合的方法來預測實際生產條件下的注塑制品收縮率,其基本思想是通過多因素正交實驗測量某種塑料在不同的料筒溫度、注射壓力、注射時間、保壓壓力、保壓時間、模具溫度、模內冷卻時間等工藝參數下的收縮率,根據實驗測得的樣點數據擬合出收縮率與各工藝參數之間的函數關系。



在應用時將實際注塑生產所采用的各工藝參數值代入對應的函數關系式,得到各自對應的收縮率數值,對其進行加權平均,便得到模具設計者所需要的“實際收縮率”。
但是一則當實際注塑制品的形狀尺寸以及澆口的數量、位置、大小與實驗情況不同時,制品內部的壓力分布情況以及溫度分布情況會與實驗時不同,從而使實際注塑工藝條件與實驗時的注塑工藝條件之間不具有可比性;二則這種方法沒有考慮制品收縮過程中的模內限定效應,所以用實驗數據擬合的方法預測收縮率難以推廣應用。

2、收縮率預測的數值模擬方法



為了較準確地預測收縮率,必須考慮模具成型結構對注塑制品收縮率的影響,而模具成型結構是千變萬化的,無法用幾種典型結構來代表,即不可能依靠實驗來確定模具成型結構與制品收縮率之間的定量關系,于是用計算機對注塑成型過程進行數學模擬的研究工作日益增多,成為聚合物加工科學中發展很快的前沿研究領域。



對注塑成型過程的數值模擬始于二十世紀60 年代。二十世紀90 年代以后,流動、保壓、冷卻分析的計算逐步成熟,許多學者在此基礎上開始預測注塑制品的形狀尺寸,即進行翹曲分析。



其計算過程為: 保壓過程結束后,根據塑料的可壓縮系數、熱膨脹系數與結晶動力學方程計算注塑制品的壓力變化與溫度變化所應產生的熱收縮與結晶收縮,但并不使收縮應變發生,而是把收縮應變轉化為等效的節點載荷,再應用彈性模型或粘彈性模型求解等效載荷作用下注塑制品的響應。



如果注塑制品上、下表面的冷卻條件不同,則厚度方向的溫度與應力分布將不對稱于中間層而使注塑制品有彎曲變形的趨勢。由于在模具型腔的約束下注塑制品的彎曲變形不能發生,于是將其轉化為殘余應力并作為脫模以后的初應力;制品脫模后,應用彈性模型或粘彈性模型求解在初應力載荷與溫度等效載荷作用下注塑制品發生的變形。