工艺参数对医用注射器注射成型结晶度与壁厚均匀性的影响

摘要

与常规塑件注射成型不同，在薄壁塑件注射成型中，由于薄壁塑件制品的较薄壁厚，聚合物熔体在充模过程中会很快冷却，促使聚合物熔体更容易凝固冻结，导致成型生产难度加大，容易产生各种成型质量缺陷，严重影响了塑件产品的品质质量。聚合物注射成型过程是一种包含高度非线性、时变性的多工艺参数影响的复杂成型过程，其每个工艺参数对成型塑件产品质量的好坏都具有程度各异的影响。因此分析研究注射成型生产过程中工艺参数条件对塑件产品的品质质量的影响并对工艺参数条件组合进行优化，是提高成型薄壁塑件产品质量的一条行之有效的措施。
　　本文采用聚合物注射成型模流仿真分析软件Autodesk Moldflow Insight的流动分析模块（Filling?Packing，也可称为Flow）对聚合物注射成型过程中聚合物熔体的充模流动行为进行CAE有限元数值仿真模拟计算，研究了熔体温度、模具温度、注射时间和保压压力四个成型工艺参数对医用注射器针筒成型时最大剪切速率分布场的影响，分析结果表明，在聚合物熔体充模流动方向上，靠近浇口位置附近处的剪切速率远大于其他位置的剪切速率，在距浇口0~10mm这段距离内，随着距离的增加，最大剪切速率迅速减小。而从距离浇口10mm处至塑件产品的末端处，最大剪切速率的改变不甚明显。在聚合物熔体充模厚度方向上，熔体芯层处的剪切速率最小，向表层方向逐渐增大，呈现比较畸形的“M”状，在距离表面层大约0.1mm处到达剪切速率的最大值，接着再往表层减小直至表面层。最后基于最大剪切速率分布场结果对结晶度做出了预测。选取熔体温度、模具温度、注射时间和保压压力为实验的输入设计变量，以垂直于装配方向的最大体积收缩变形和最大型芯偏移为响应输出优化指标，通过响应曲面中心复合试验设计方法耦合CAE有限元数值仿真模拟试验，利用实验数据分析软件Design-Expert8.0对响应实验结果进行非线性回归拟合输入设计变量与响应变量之间的二次响应曲面数学模型，研究分析了成型工艺参数条件对医用注射器针筒成型质量的影响显著性及影响规律，对响应输出目标进行了多目标优化求解，获取最优成型工艺参数组合，在对其进行仿真模拟验证了准确度后，将其应用于实际生产，成型出符合厂家质量需求的医用注射器针筒。

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第1章 引言

1.1 概述

1.2 薄壁注射成型技术

1.3 成型工艺条件对聚合物结晶度、性能的影响

1.4 国内外研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 薄壁注射成型充模流动剪切速率CAE仿真及结晶度预测

2.1 薄壁注射成型CAE仿真相关基本理论

2.2 薄壁注射成型充模过程剪切速率仿真

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 考虑型芯偏移的注射成型CAE分析及多目标工艺参数优化

3.1 薄壁塑件产品及其工艺性分析

3.2 型芯偏移的基本理论

3.3 响应曲面法

3.4 响应回归模型的适配性分析

3.5 考虑型芯偏移的注射成型数值模拟

3.6 多目标工艺参数的优化

3.7 本章小结

第4章 医用注射器套筒注射成型实验研究

4.1 成型实验材料及实验设备

4.2 注射成型实验工艺过程

4.3 产品体积收缩及壁厚均匀性的测量

4.4 成型实验

4.5 实验结果

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 进一步工作的方向

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果