注塑制品加强筋区域残余应力相关缺陷的研究

发布时间：2020-04-28 02:47

【摘要】：注塑制品广泛应用于航空航天、汽车、家电、日用品等行业,人们对制品表面质量要求越来越高。其中,制品残余应力会引起制品翘曲、缩痕、应力发白和开裂等缺陷,这些缺陷在聚丙烯等结晶型聚合物制品中更加明显。学者们对翘曲进行了较为全面的研究,但是对缩痕和应力发白现象研究相对较少,特别是从局部残余应力角度对缩痕和应力发白现象进行定量阐述的相关研究较少。目前,企业一般通过反复试模来解决缩痕和应力发白,但需要花费大量时间和金钱,甚至会出现难以解决上述问题的情况。本文研究多加强筋PP制品,通过模拟和实验相结合提出缩痕和应力发白产生的判据,建立PP制品缩痕和应力发白缺陷产生的定量分析方法,从而为提高制品表面质量提供理论指导和技术手段。本文首先通过Moldflow有限元模拟,得到注塑制品局部的应力分布规律。随着芯层残余应力的减小,应力发白区域的面积随之减小;随着次表层残余应力的增大,制品表面缩痕也随之增大。其次,通过退火处理得到和缺陷处结晶度相近的拉伸试样,对其进行高低温拉伸实验,得到应力发白和塑性变形时的应力状态。将模拟得到的缺陷处局部残余应力与实验相对比,对缺陷的产生与否进行判定。实现在产品设计阶段对缩痕和应力发白的预测,为减少无根据的试模提供技术手段。最后,采用多种表征手段对应力发白区域进行研究,发现应力发白是某一区域内大量微孔聚集,引起制品光学性能改变导致的;通过XRD实验发现应力发白会降低制品的结晶度,并且会影响晶型构成。表征实验说明应力发白只出现在制品芯层,由此验证了发白判据的准确性。此外,基于制品表面缩痕验证缩痕判定的准确性,通过外部气体辅助成型实现对缩痕改善,并解释了应力发白的产生会影响缩痕深度。综上所述,本文研究了聚丙烯不同温度下的应力应变属性;采用Moldflow模拟制品不同位置的残余应力分布,研究残余应力分别与缩痕和应力发白缺陷之间的内在联系。对某一温度下,缩痕和应力发白是否产生通过有限元模拟和实验结合的方式进行了判定,来实现缩痕和应力发白形成的预估,实现产品缺陷避免和引导工艺生产的作用。
【图文】：

常见缺陷,残余应力

1.1 课题背景及意义聚合物具有可加工性好、加工成型效率高、质量轻和机械性能好的特点[1]，，已成们广泛使用的工程材料之一，逐渐代替越来越多的传统材料。随着高分子科学的高展，新的聚合物种类不断被发现与改性，聚合物应用的广度和深度都在不断延伸。针对不同的聚合物制品，聚合物有多种加工工艺，主要包括：挤出成型、吹塑成型胶硫化和注塑成型等。其中，注塑成型制品占塑料制品的 30%以上[2]。注塑成型能现制品形状的复杂化和定制化，并且注塑成型工艺生产效率高，自动化程度好。注品广泛应用于航空航天、汽车、家电、日用品等领域，对制品质量要求随着社会的也越来越严格。在注塑过程中，熔融聚合物经过保压和冷却阶段后在制品内部存在不均匀的温度场子取向和剪切场，而且聚丙烯还在不同的温度、取向和剪切作用下产生结晶。这些导致聚合物不均匀的收缩，从而产生残余应力。制品内部过大的残余应力，会使制生翘曲、缩痕、开裂和应力发白等缺陷。

示意图,充填过程,缩痕,保压压力

图 1-2 充填过程中的喷泉流[3]图 1-3 缩痕示意图痕的形成机理，国内外学者已经做了很多的研究工作。Lee 等[7]研究发生缩痕表层的残余应力有关，通过调整保压压力、熔体温度、模具温度等工艺参数来
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ325.14

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