筋板类零件气辅注射成型模拟仿真与工艺参数优化

摘要

气体辅助注射成型(Gas-Assisted Injection Molding)简称气辅成型(GAIM)，该工艺是近年来为了克服传统注射成型的局限性而迅速发展起来的。在塑料成型加工的舞台上，气体辅助注射成型工艺属于一种相对较新的塑料成型加工工艺，这项技术正处在快速成长中，是塑料加工业的一次革命。
　　 气体辅助注塑成型技术利用高压气体(通常是氮气)在注塑件内部产生中空截面，实现气体保压，能消除传统注塑成型中一些无法解决的制品缺陷问题。气体辅助注射成型工艺由于具有可提高产品表面质量、增加制品的强度及刚度、减小缩水和翘曲变形、降低生产成本、提高生产效率等优点，已经在生产实际中得到广泛的应用。同时，气体辅助注射成型工艺过程因为气体注射过程的引入，其工艺过程较传统的注射成型过程更为复杂，在拥有诸多优点的同时，气辅成型生产的塑料制品也会产生很多新的缺陷，这些缺陷的产生同样会对制品的质量和性能产生重要的影响。
　　 文中通过对气体辅助注射成型工艺的研究，重点讨论了气体辅助成型的关键技术，分析总结了气体辅助注射成型零件设计和模具设计的总体原则。针对气体辅助注射成型工艺的产品壁厚设计、产品结构设计、气道布置及尺寸设计、成型模具设计和成型工艺参数设置提出了一套较为系统的设计参考准则。结合某具体电器托盘产品为例，对原有工艺方案进行改进，分析得到优化的气体辅助注射成型工艺方案。运用正交试验得到优化的工艺参数组合为：熔体温度270℃、气体延迟时间0.8s、气体注射压力4MPa、气体注射时间6s。分析出各工艺参数对电器托盘气指程度和气体穿透长度的影响规律。
　　 结合正交试验，建立泛化的筋板类模型，分析出各工艺参数对制品气体穿透长度大小的影响顺序为气体延迟时间＞气体注射时间＞气体注射压力＞气道直径＞熔体预注射量＞熔体注射温度。最终选出气体穿透长度最大的工艺参数组合为：气道直径7mm、熔体注射温度260℃、熔体预注射量94％、气体延迟时间1s、气体注射压力12MPa、气体注射时间8s。分析总结了各工艺参数对气辅成型质量的影响规律。
　　 在此基础上，应用响应面分析方法，以气体延迟时间和气体注射压力两个工艺参数为主要影响因素，建立响应面模型，得到这工艺参数对气辅成型质量的影响规律图，为气辅成型提供了理论指导。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2气体辅助注射成型技术背景与发展历程

1.3气体辅助注射成型原理及其分类

1.4气体辅助注射成型方法的主要特点

1.4.1气体辅助注射成型方法的主要优点

1.4.2气体辅助注射成型方法的局限性

1.5气体辅助注射成型技术国内外研究现状与发展前景

1.6气体辅助注射成型CAE仿真软件

1.6.1 MOLDFLOW软件简介

1.6.2 MPI气辅模块MPI/GAS简介

1.7本文的主要工作

1.8本章小结

第二章气体辅助注射成型的模拟理论基础

2.1气体辅助注射成型充填机理

2.2气体辅助注射成型充填流动分析的数学模型

2.2.1薄壁型腔充填分析的数学模型

2.2.2等效圆柱气道和浇注系统充填分析的数学模型

2.2.3粘度模型

2.3气体辅助注射成型充填流动分析的数值实现

2.3.1几何离散

2.3.2压力场离散

2.3.3温度场离散

2.3.4熔体流动前沿位置和熔体—气体边界位置的确定

2.3.5气体辅助注射成型充填流动分析的数值实现

2.4本章小结

第三章气体辅助注射成型设计的关键技术

3.1气体辅助成型零件设计的原则

3.1 1气体辅助注射成型零件壁厚设计原则

3.1 2气体辅助注射成型零件拐角设计

3.1 3气体辅助注射成型零件气道设计原则

3.1 4典型气道截面设计

3.2气体辅助注射成型模具设计原则

3.2.1浇注系统设计

3.2.2进气方式与进气位置设计

3.2.3型腔和溢流腔设计

3.2.4冷却系统设计

3.2.5顶出系统设计

3.3气体辅助注射成型电器托盘的工艺方案分析

3.3.1正交试验设计

3.3.2正交试验结果与分析

3.4本章小结

第四章基于响应面模型的筋板类零件气体辅助成型工艺参数优化

4.1基于试验设计的响应面模型方法

4.1.1响应面模型

4.1.2响应面模型适应性检验

4.2基于响应面模型的试验设计方法

4.2.1全因子设计

4.2.2中心点复合设计

4.2.3 BBD设计

4.2.4正交设计

4.3气体辅助成型工艺参数的优化设定

4.3.1正交试验设计

4.3.2正交试验结果与分析

4.3.3响应面模型设计

4.3.4响应面模型结果与分析

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1研究内容总结

5.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文