复合材料注塑成型工艺参数优化及宏介观模拟与试验研究

发布时间：2020-06-15 14:03

【摘要】：短纤维复合材料是以聚合物为基体相,各种短纤维为增强相的复合材料,它具有比强度高、耐腐蚀、抗疲劳、工艺性好等优点,因此在航天、航空、家电、电子等领域得到广泛应用。注塑成型是短纤维复合材料的主要成型方式之一,具有加工过程简单,费用低廉等优点。然而在成型过程中,很容易因收缩变形而导致制件尺寸产生误差。虽然在注塑件研发设计中会根据注塑件结构与成型工艺的特点进行设计,但不同的成型材料以及设置不同的工艺参数,注塑件的收缩结果往往不同,因此通常难以准确预测。同时,对于用于承力结构的注塑成型产品,其力学性能的预测也是非常重要的环节。因此,如何在注塑件设计阶段进行预测以及提高其成型质量及其力学性能成为目前研究的重要课题。首先,通过三维绘图软件CATIA建立注塑件模型,导入Moldflow软件对模型进行诊断修复同时划分网格,选择成型材料并设定浇口位置,然后进行初步的注塑成型模拟,得到默认参数下的仿真结果。分别以制件的体积收缩率、缩痕深度和翘曲变形量为指标,以注塑成型过程中的工艺参数为因素,建立了六因素五水平正交试验并应用Moldflow软件逐一模拟分析。将模拟结果进行信噪比计算并分析其均值与极差,得出各个指标下最佳注塑成型工艺参数组合及工艺参数对各指标的影响程度。最后基于加权综合评分法的综合评价,以注塑件的综合质量为指标,进行制件注塑成型工艺参数优化,结果显示:对比默认成型工艺参数下模拟结果,在优化后工艺参数组合下注塑成型最大体积收缩率减少了48.37%;最大缩痕深度减少了55.56%;最大翘曲变形量减少了12.74%,均取得了优化。然后,将制件模型在ABAQUS软件中进行平面切割分为了若干区域,通过moldflow注塑成型结果可以得到制件各个区域的纤维取向张量,在各个区域平均选取若干点并提取纤维取向张量数据并进行平均值计算,得到了该区域的平均纤维取向张量。将各个区域的平均纤维取向张量作为参数,同时设置纤维和基体的各项参数,建立了相应的RVE模型并计算得到了其工程弹性常数和刚度矩阵。将计算结果导入ABAQUS软件,模拟计算得到了该注塑成型构件的力学性能。最后,按照已完成的模拟仿真,在注塑成型机上制备了注塑成型试验件。注塑前先提前将纤维长度为6mm、体积分数为20%的玻璃纤维与PA6树脂均匀混合,并设置各类工艺参数,在最佳注塑成型工艺参数下进行试验,得到了注塑成型的试验件。测量试验件的各项整体尺寸,然后在万能试验机上进行整体压缩试验,测试注塑成型试验件整体及浇口处的力学性能。结果表明,试验件与模拟后注塑件整体尺寸误差较小,测试的力学性能与模拟结果接近,均验证了仿真分析结果的准确性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ320.662
【图文】：

纤维取向,单位矢量,矢量

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文5 6T b +bt p为材料的压力敏感度；1 4b ~ bs s、1 4b ~ bm m、5 9b ~ b 为维增强聚合物复合材料在注塑成型过程中的纤维取向取向进行量化描述的方法，然后又有了量化特定位置状态的方法，但该方法计算效率低。为了更为全面的向状态，研究人员又提出了一种取向张量的概念。而为了描述注塑成型纤维取向的主要方法之一。向的描述，首先假设纤维是刚性的，通过单位向量 P表示单根纤维的纤维取向。如图 2-1 所示。

注塑件,三维实体,工程硕士学位,三维模型

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文仿真模型的建立模型分析用 CATIA 软件建立三维实体模型，如图 2-2 所示模型尺m×152mm×72mm，然后将三维模型导入 CADdoctor for Autodesk Sim行模型的修复和简化，如图 2-3 所示，使注塑分析能够顺利进行，同真的准确性。最后将修复及简化过后的三维模型导出为 moldflow 注格式，用 Autodesk Moldflow Insight 软件打开。

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