微结构塑件注射成型特性实验研究

设计制造了一可成型具有微结构的塑件(微流控芯片)注塑模具,利用单因素实验方法研究了各种工艺参数(注射速度、模具温度、注射压力、保压压力和保压时间)对微结构复制不完全和表面缩痕这两种主要缺陷的影响.实验结果表明注射速度和模具温度是影响微结构复制不完全的主要因素;注射压力相对于注射速度和模具温度仅起次要作用;保压压力对其影响较为复杂,复制度随着保压压力的增加先提高后降低.影响芯片表面缩痕的主要因素是模具温度和保压压力.保压时间对微结构复制度的影响很小,但却是塑件整体翘曲变形的主要原因.     

PMMA微流控芯片注射成型多目标优化实验研究

随着微流控技术的不断发展和聚合物材料的广泛应用,注射成型技术因其快速、低成本、大批量的生产等优势而成为聚合物微流控芯片成型制造的主要方式之一,但也存在微结构成型难、残余应力与宏观变形等问题。为表征聚合物微流控芯片成型能力、研究工艺参数对成型质量的影响,采用正交实验研究熔体温度、注射压力、注射速度、保压压力和保压时间对聚甲基丙烯酸酯(PMMA)微流控芯片微通道复制度、残余应力、宏观翘曲变形三种指标的影响规律,并利用灰色关联分析法对三种指标进行多目标优化得到最优工艺参数。研究结果表明：影响微通道复制度最主要的因素是注射速度和熔体温度,影响残余应力与翘曲变形最主要的因素是熔体温度;利用正交实验对三种指标优化得到的最优参数存在差异,而利用灰色关联分析方法进行多目标优化得到了微通道复制度高、残余应力小和翘曲变形小的高质量芯片。最优注射成型工艺参数如下：熔体温度为245℃、注射压力为160 MPa、注射速度为50 cm³/s、保压压力为70 MPa和保压时间为5 s。     

注塑工艺参数优化的数值模拟分析

采用数值模拟和正交试验相结合的方法,对注塑成型过程进行模拟分析,得到工艺参数对制品翘曲值的影响次序和最佳工艺参数组合.结果表明:各工艺参数对翘曲值的影响依次为保压压力、熔体温度、模具温度、注射时间、保压时间、冷却时间,且保压压力和熔体温度对制品翘曲值的影响较为明显;最佳工艺参数组合是模具温度为75℃、熔体温度为260℃、注射时间为1.3s、保压时间为10s、保压压力为48MPa和冷却时间为2s.将得到的最佳工艺参数组合输入Moldflow中进行模拟,得到的翘曲值为0.089 3.该翘曲值比正交试验中任何一组翘曲值都小,验证了通过极差分析得到的最佳工艺参数组合的有效性.     

工艺参数对高光制品收缩及翘曲变形的影响

为了分析工艺参数对大型平板高光无痕注射成型(RHCM)制品收缩及翘曲变形的影响,以空调柜机出风面板RHCM产品开发为例,利用MOLDFLOW软件建立RHCM有限元模型并进行模拟分析,采用田口实验设计方法分析工艺参数对产品综合质量的影响,采用单因素实验方法分析了模具温度对制品收缩和翘曲变形的影响,以及不同模具温度下工艺参数对制品收缩和翘曲变形的影响.结果表明:工艺参数对制品综合质量影响的大小顺序依次为熔体温度、保压压力、加热时间、保压时间、冷却时间、注射时间;当模具温度升高到材料的玻璃化转变温度并进入RHCM区域时,制品的体积收缩率和翘曲变形量呈减小的变化趋势,当加热时间为35s时,制品的综合质量最好;在不同的模具温度下,制品的收缩率和翘曲变形量随熔体温度的升高而呈现出准线性增长的变化趋势,随保压压力的增大而减小,随保压时间的增加而呈小幅波动变化.     

利用CAE分析注塑工艺参数对薄壁塑件翘曲形变的影响

利用Moldflow软件,分别模拟分析了模温、熔体温度、保压压力和保压时间对聚丙烯(PP)薄壁塑件翘曲形变的影响。结果表明,总体上来说注塑件在中心处的翘曲量最小,而越靠近注塑件边缘则翘曲变形越大。模具温度从40℃提高到60℃,注塑件中心处的翘曲量变小,而注塑件边缘的翘曲量变化不大。熔体温度从230℃提高到250℃,注塑件的翘曲量减小,且对注塑件边缘的翘曲量影响较大。随保压压力提高,注塑件在总体上的翘曲量减小,而浇口区的翘曲量增加。保压时间过短时注塑件在总体上的翘曲量明显较大;保压时间过长则会引起浇口区的翘曲量变大。     

无管式按摩泵泵体注塑成型工艺的稳健设计

为减少无管式按摩泵的翘曲变形量,引入稳健设计方法,使用模流分析软件Moldflow6.1对注塑成型的泵体进行模拟分析.将注塑成型过程中的模具温度(A)、熔体温度(B)、保压压力(C)、保压时间(D)、冷却时间(E)等5个因素作为影响因子,设计了L16(45)正交试验矩阵.通过信噪比分析,得到各工艺参数对泵体翘曲变形的影响程度,获得了最佳工艺参数组合.结果表明:保压压力和保压时间是影响泵体翘曲变形的主要因素,优化后的工艺参数组合为模具温度80℃、熔体温度275℃、保压压力90 MPa、保压时间6 s、冷却时间10 s.优化后泵体的最大翘曲变形量为1.098 mm,变形量减小了12.87%,泵体质量得到了较大的提高.     

超声塑化工艺参数对聚合物熔体流动性能的影响

为了测试超声塑化的聚合物熔体流动性能,采用自行研制的阿基米德螺旋模具进行超声塑化微注射成型充填实验,通过充填长度表征聚合物的流动性能。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,无定型)、聚丙烯(PP,半结晶型)、聚酰胺66(PA66,结晶型)这3种不同类型的聚合物为对象,采用单因素实验法分别研究超声振幅、塑化时间、塑化压力、保压时间、保压压力、模芯温度等关键工艺参数对聚合物充填长度的影响规律。研究结果表明:提高超声振幅、延长塑化时间、增大塑化压力、提高模芯温度均能显著提高聚合物的流动性能,在相同条件下,这3种聚合物的充填长度L关系为LPA66LPPLPMMA;当保压时间从2s提高到6s时,这3种聚合物充填长度分别提高24.3%,21.1%和24.1%;充填长度与保压压力呈线性增长关系。研究结果可为建立超声塑化的聚合物流动性测试标准提供参考。     

某水箱盖注塑成型数值模拟

通过对某水箱盖注塑成型过程的分析,应用正交试验法研究了保压时间,保压压力,熔体温度,冷却时间,注射时间,模具温度等工艺条件,应用PRO/E软件建立了三维模型。用Moldflow/MPI软件对其进行模拟,得到不同参数对翘曲量的影响规律,确定了影响翘曲变形的最主要因素为保压时间,其次是熔体温度。此外,进行单变量分析,分别分析了保压压力、保压时间、熔体温度对变形量的影响。综合两项分析,得出一组使注塑件翘曲变形量最小的工艺参数。     

平板类塑件翘曲变形数值模拟与实验分析

运用Moldflow分析软件,选取模具温度、熔体温度、保压压力与保压时间四因素三水平安排正交实验,模拟平板类塑件的翘曲变形.以模拟为基础,在注塑机上进行实际注塑成型,扫描获取塑件三维数据,并用Imageware软件提取平板类塑件长边与短边的点云,计算宽度与长度方向的翘曲变形量.结果表明:翘曲变形模拟分析与实际注塑成型误差为-0.083 1~0.094 9 mm;保压压力、熔体温度、保压时间与模具温度对翘曲变形模拟分析的影响依次减小.     

发生器座塑料模具设计及成型工艺分析

发生器座塑件具有较高的尺寸精度、刚度和耐油性要求。分析了塑件结构并设计了模具;重点讨论了温度、压力和时间参数对塑件质量的影响,并得到较佳的成型工艺参数:料筒温度为240℃,模具工作温度70℃,注塑压力80bar,保压时间20s,模内冷却时间50s。     

薄壁注射成型中聚合物与模具间接触热阻研究

基于薄壁注射成型过程中聚合物熔体与模具之间的热量交换分析,提出一种可用于计算聚合物与模具界面之间接触热阻(RTC)的新算法,通过结合实验研究与理论分析,获得聚碳酸酯(PC)薄壁制件注射成型中聚合物与模具界面之间的平均RTC,研究注射成型工艺参数以及聚合物与模具之间界面环境对RTC的影响规律。研究结果表明:薄壁注射成型中聚合物与模具界面之间的RTC与成型条件密切相关,其影响不可忽略;RTC随着模具温度、熔体温度、保压压力和保压时间的增加而减小,其中模具温度和保压时间的影响最显著;通过更换导热率较高或者型腔表面粗糙度较高的模芯材料,同样可降低RTC。     

电热式变模温注塑改善微结构复制度方法

为解决在注塑成型过程中微结构特征难以精确复制的问题,搭建了一套电热式变模温注塑成型系统.该系统采用高功率密度电热棒加热,低温水冷却,并利用压缩空气吹气排水以提高加热效率.该系统各部分动作由外设可编程控制器PLC控制,并与注射机内部控制器的信号互锁.以典型微结构塑件——微流控芯片为例,研究了变模温注塑成型对微结构复制度的影响.结果表明,与传统油加热模具相比,该系统在优化成型工艺参数条件下,可以明显改善芯片微结构复制度,复制度接近100%,并呈现出很好的宏观表面质量.     

超快激光切割金属材料中快速相变的数值模拟

采用二维双温度模型对多脉冲激光照射金薄板的相变传热情况进行研究，通过等效比热容方法确定固液界面的位置并研究了激光参数对传热过程的影响。结果表明，当激光垂直照射金薄板时，表面整体温度不断上升，而在脉冲间隔时间内略有下降，但温度的峰值相比激光作用的中心有延迟。随着激光的移动，激光照射点处的温度会出现一个峰值，之后会回落。激光作用时间内热影响区的横向变化比纵向大，移动光源向内部的热传递占主要作用，脉冲间隔时间内，热影响区的纵向变化比横向大，金薄板内部导热占主要作用。随着激光的照射，熔化状态横向不断增加的同时，熔化的深度也在不断增加。提高入射脉冲激光能量，会导致熔化的时间提前且熔化深度增加。     

沥青路面在半正弦荷载下的力学响应

研究轮胎/路面的接触印迹特征及随机荷载作用特点,采用ABAQUS软件构建路面结构三维有限元模型,对半正弦荷载作用下的沥青路面力学响应进行分析。结果表明,半正弦荷载作用下沥青路面的上面层和中面层出现应力应变集中,应力应变值随路面深度的增加而逐渐减小;沥青路面的竖向、横向及纵向应力最大值均出现在上面层,且竖向应力最大,横向应力次之,纵向应力最小;竖向、横向应变最大值出现在上面层,纵向应变最大值出现在上-中面层,且路面结构内部出现反复的纵向拉-压变形,这很可能是沥青路面轮迹带附近材料产生疲劳损坏的根本原因。另外,荷载作用时间和路面温度对沥青路面应变的影响要大于其对应力的影响,路面温度的升高导致应变增大且延迟了残余应变的恢复时间。     

高锰钢辙叉与碳钢钢轨闪光焊接工艺的有限元模拟研究

高锰钢辙叉与碳钢钢轨的高质量焊接是铁路全线无缝的技术关键。闪光焊接工艺对辙叉焊接质量有重要影响,本文利用DEFORM有限元模拟软件对高锰钢辙叉与碳钢钢轨添加中间焊接材料的闪光焊接过程进行模拟,观察焊接工艺中保压阶段时间与焊接材料长度对钢轨钢一侧温度的影响,并根据实际焊接条件下的温度变化对模拟结果进行验证。研究结果显示,当焊接材料长度为25 mm时,若保压时间为10 s,钢轨钢一侧最高温度达732℃,超过了钢轨钢的Ac1温度点,容易导致钢轨钢一侧冷却过程中产生马氏体;而当保压时间为3 s时,钢轨钢一侧的最高温度为668℃,与实际焊接结果较为接近,满足钢轨钢温升不超过Ac1温度点的要求。从改变焊接材料长度的模拟结果看,保压时间为3 s时,当焊接材料总长度超过25 mm,整个焊接过程钢轨钢温升都不会超过Ac1温度点。     

基于Moldflow的电池盒工艺参数优化及注塑成型研究

以电池盒的注塑成型模具设计为例,利用Moldflow对电池盒的浇口位置进行有限元分析,确定出最佳浇口位置及浇口数目。电池盒的翘曲变形主要受到熔体温度、模具温度、注射时间、保压时间、冷却时间5个工艺参数的影响。利用Moldflow软件对电池盒进行翘曲分析,采用正交实验方法对这5个工艺参数进行组合分析,得出影响翘曲变形的主要因素是保压时间,并得到最佳成型工艺参数组合。通过注塑成型实验验证了Moldflow模拟分析结果的可靠性。     

工艺参数对7075半固态铸-锻组织均匀性的影响

在半固态模锻过程中,经常会出现液相偏析现象,使零件中出现"弱点"或"弱区",这些"弱点"或"弱区"通常又是潜在的裂纹源和服役条件下失效的起因。为了分析研究半固态模锻液相偏析的影响因素,采用手工搅拌法制备半固态7075合金,利用压力机及杯形实验模具,进行7075半固态铸-锻成形,研究了合金温度、压头预热温度、保持时间等工艺参数对7075半固态铸-锻组织均匀性的影响。结果表明:在一套模具内实现铸造和锻造是可行的;在压头预热温度为400℃,保持时间为2s,成形比压为50MPa的条件下,随着合金温度的增加,杯形件的液相偏析度增加,组织越不均匀,当合金温度为628℃时,杯形件的液相偏析度为14.02%;随着压头预热温度的增加,杯形件的液相偏析度减小,组织越均匀;在合金温度为621℃,成形比压为50MPa,压头预热温度为400℃时,随着保持时间的增加,杯形件的液相偏析度减小,组织越均匀,当保持时间为4s时,杯形件的液相偏析度为2.99%。该结果可为铝合金半固态铸-锻成形工艺的制定和相关研究提供理论参考。     

6061铝合金反向热挤压工艺参数优化及其模拟

利用GLeeble-1500热模拟试验机对6061铝合金进行单轴压缩试验,采用ABAQUS软件对6061铝合金在不同温度和不同挤压速度的成形过程进行数值模拟,分析各种工艺参数对挤压过程的影响.模拟的结果表明,在挤压速度2 mm/s、挤压温度和模具预热温度420 ℃条件下,挤压力随时间变化曲线、出料口温度都与实验较接近,通过模拟发现在挤压速度15 mm/s、挤压温度和模具预热温度350 ℃条件下,出料口温度为488.4 ℃,制品横截面温度梯度差较小.观察跟踪点处温度和应变随时间变化曲线,发现金属在死区和模具出口附近温度最高,应变达到最大值.     

用正交法研究注塑过程参数对产品质量的影响

通过正交试验研究了注射速度、模具温度和保压时间对注塑件几何尺寸、重量、翘曲变形、溢料飞边和拉伸力的影响,发现保压时间是影响注塑件质量的一个重要因素;通过对实验结果的分析,为注塑缺陷的消除和注塑参数的设定提供了有益的参考。     

基于MLS66加速加载试验的半刚性基层沥青路面力学响应分析

为研究半刚性基层沥青路面结构的力学响应变化规律，采用MLS66加速加载设备在不同路面温度场及加载速度下进行路面测试.结果表明：测点位置对面层层底横向应变的影响最为显著，对纵向应变的影响较弱，二者最不利荷载位置均为双轮中心；竖向应变受测点位置的影响最不明显.基层和底基层层底的最不利荷载点也在双轮中心.面层层底三向应变幅值与温度正指数相关，其中竖向压应变最为明显，温度每升高1℃,应变增加59.4×10^-6;基层、底基层应变幅值受温度影响较小.加载速度降低导致面层层底纵向、竖向应变幅值和作用时间的增加，速度由22 km/h降低至10 km/h时，作用时间分别增加110%和67.6%,这将引起面层的疲劳开裂以及压密型车辙.因此对于交叉路口和停车频繁的路段，应注意对该层位进行优化设计.