注塑成型工艺参数对制品体收缩率变化的影响及工艺参数.pdf

第20卷第!期高分子材料科学与工程v。I．2o．2
2004年3月POIYMERMATERIAISSCIENCEANDENGINEERINGMar
．2004

注塑成型工艺参数对制品体收缩率变化
的影响及工艺参数优化

王利霞，杨杨，王蓓，申长雨
(郑州大学橡塑模具国家工程研究中心．河南郑州450002)

摘要：结合CAE及TaguchiDOE技术研究工艺参数对注塑制品体收缩率变化(制品中体收缩率的最大
值与最小值的差值)的影响并获得优化的工艺参数以使制品的体收缩率变化最小。文中采用L9(3)正
交矩阵进行实验．并研究了各个参数对制品体收缩率变化的影响程度，对于所选参数，保压压力和模具
温度对注塑制品的体收缩率变化的影响较大。

关键词：注塑成型；工艺优化；收缩率
中图分类号：TQ320．66’2文献标识码：A文章编号：1000—7555(2004)02—0173一O4

注塑制品的收缩行为对最终尺寸和形状的CAE技术口J用来模拟既定条件F熔体在
确定起着重要的作用，制品的收缩率及分布是模具内的流动、传热情况，以验证模具设计和工
衡量制品质量的重要指标。注塑成型制品收缩艺设置的合理性，对于大型、复杂的和尺寸要求
率受几何参数、材料性能参数及工艺参数等许精确的制品显得尤为重要。应用CAE分析设
多因素的影响，其中成型工艺参数直接影响到计方案时，甚至可以没有制品和模具原型，并可
模具内熔体的状态和最终制品的质量，获取优节省大量的时间和资金。
化的工艺参数是成型高质量制品的前提。数值1．1注塑成型充填后充填阶段熔体流动的控
模拟技术L1可以辅助工艺工程师优化工艺，但制方程
目前CAE技术在工艺优化方面的应用仅仅是在注塑成型过程中，熔体在模具中流动的
反复验证一修改的过程，既浪费了时间，又只能动力学模型可表示为Ⅲ：
得到合理解，而不是最优解。2O世纪9O年代，
+(JD)+(JD·—o(1)
基于知识的专家系统可帮助提供工艺设计的智

能建议和智能决策。然而，因为其自身的定性和一c篝)一o(2)
定量推理的不完整性，仅仅靠基于知识的专家

系统还难以给出优化解。近年来，研究者们采用一()一o(3)
多种方法对工艺优化进行了研究，像传统优化
技术、遗传算法、神经网络等。注射成型的非线JD·Cp(丁)(++)一
性、多变量特性．使得其工艺的设置非常困难。
71)+㈩
本文结合CAE技术和DOE技术研究工艺参
数对制品质量的影响并优化工艺参数。上述方程中：(-『’)——制品平面方向的坐标；
z一一型腔狭缝方向的坐标；(，)——坐标
ICAE分析(’、，)方向的速度分量；f——时间；T——温

收稿FI期：2003，(]1—24：修订日期：20{)3—07一O1
基金项目：国家。十五”863项目资助(2oo2AA336120)
作者简介：王剩霞(1969一)．女．博士生．剐教授．Email：[e-mail]

高分子材拇科学与I=程

度；户——压力；l0——聚合物熔体密度；)7⋯一的水平组合，进行真实的实验并研究实验结果。
聚合物熔体粘度；(丁)一一比热：(T)一一聚然而，多数情况下真实实验难以进行且有些质
合物熔体的热传导率。量指标很难测量。所以，用多种解析和数值方法
在充填和后充填阶段，聚合物在模腔中的来模拟真实实验。本文即利用注塑成型充填／后
流动行为强烈地依赖于熔体的剪切粘度，这里充填的流动模拟代替真实实验进行模拟实验。
采用Cross—WlF粘度模型．一7、方程采用双注塑制品质量受到很多因素的影响，而且
域Tait经验方程。比热C(T)和热传导率这些变量的变化范围很广，即使采用CAE模
(丁)也采用如参考文献[1]中方程所描述的形拟，工作量也非常大。因此，如在实际实验中一
式。样，采用DOE技术可设计实验以减少实验次
1．2体收缩率数而获得足够的信息L3。这里采用Taguchi
体收缩率是聚合物材料线收缩的定性表DOE技术来设计实验和计算各个工艺参数对
示。如果材料收缩是各向同性的，线收缩率近似制品质量的影响，并通过一系列数值实验而得
等于体收缩率的三分之一。成型过程中制品在到近似优化解。
型腔中的非均匀的体收缩率是引起制品翘曲的在Taguchi1-~)E中，应用正交矩阵是一种
主要原因。型腔中制品的体收缩率变化(体收缩同时研究多个工艺参数对制品质量影响的有效
率的最大值和最小值的差值)越小越好，即，制方法。首先，选定要研究的工艺参数，并设置好
品的体收缩率越均匀越好。各参数的水平。一旦参数和水平确定，正交矩阵
体收缩率的计算是基于聚合物在大气压下即确定。在实验中，所选参数必须是相互独立的
松弛达到室温下的松弛密度。体收缩率的定义且在操作窗口内连续，否则将导致错误结论L4]。
如下]：。
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