注塑成型过程中应力的在线测量及其模拟

摘要

注塑成型是比较成熟的一种高分子材料加工的方式，可以一次性成型结构复杂，品种多样的制品，成型精度高，成型周期短，适合批量生产，是目前高聚物材料最主要的加工方式之一。
　　由于产品或模具设计和工艺参数等原因，注塑制品中或多或少的存在着残余应力，不仅影响制品的表面质量、力学、光学性能、物理性能，而且在很大程度上决定着制品的尺寸稳定性。因此，残余应力产生的机理、分布以及大小一直是学者和业界关注的重点。
　　已有研究表明注塑制品中的残余应力可以分为两种：流动残余应力与热残余应力。相较于流动残余应力，热残余应力可以通过退火等热处理减小或消除。但流动残余应力对透明制品的光学性能影响显著，是生产高附加值光学制品的一个难题。目前，流动残余应力与热残余应力通常按照线性关系进行叠加，二者相互作用机理尚需进一步研究。因此，在线应力测量利于研究残余应力的形成过程和作用机理。
　　一般来讲，流动残余应力的形成与注塑成型充模过程密切相关，因此本文重点关注注塑成型充模过程中的应力大小及其演变历程。通过实验和数值模拟方法获得注塑成型充模过程中的应力数据。
　　利用材料的介电电致伸缩效应，和自行设计的平面电容传感器以及去噪放大器，搭建了应力在线测量平台。利用该平台对注塑成型过程中的电信号进行实时记录。通过对不同工艺条件下采集的信号量化分析，有如下研究结果：
　　1)利用自制的传感器和搭建的试验平台，稳定可靠的获得了塑料熔体充填型腔过程中的实时电信号曲线，实现了注射成型过程的在线测量。测量系统记录了聚碳酸酯、聚苯乙烯和结晶塑料聚丙烯注射成型过程的电压变化曲线，表明了测量理论的合理性及测量装置的有效性、实用性。
　　2)数值方法模拟了注塑成型充模过程中的应力以及工艺参数变化对各分量数值的影响。
　　3)通过分析电压实时曲线(电信号曲线)，结合数值模拟结果、实时压力传感器曲线，标定了实时电压变化曲线的工艺阶段及其物理意义；
　　4)利用应力介电方程，建立了实时电压变化曲线与应力的变化关系，获得了在线测量的应力结果；在线应力测量结果、数值模拟结果，二者变化趋势吻合较好。

目录

声明

1 绪论

1.1.1注塑成型过程中应力的研究现状

1.1.2注塑制品应力在线测量研究现状

1.2本课题主要工作

2实验及模拟的理论基础

2.1.2介电电致伸缩效应

2.1.3电容传感器的电容值推导

2.2 CAE数值模拟

2.2.1注塑成型过程中物理假设及数学描述

2.3介电性能测量

3注塑成型过程中应力的在线测量及数值模拟

3.1实验方法一

3.1.1应力在线测量

3.1.2数值模拟

3.2实验方案二

3.2.1应力在线测量

3.2.2数值模拟

4结论与展望

参考文献

致谢