注塑件熔接痕强度的局部控制工艺研究

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近年来,随着塑料制品需求的增多和对其质量要求的提高,对注塑成型技术提出了越来越高的要求。但注塑成型有其自身无法克服的缺陷,即当制品在注塑过程中因采用多个浇口而引起熔体分开再汇合时,就会不可避免地形成熔接痕。熔接痕作为一种常见的注塑缺陷,它的存在往往会对制品造成局部强度降低而影响结构受力零件的整体许用强度,大大地限制了塑件的广泛应用。本文通过模流-结构耦合有限元分析和实验研究,探讨熔接痕对注塑制品力学性能的影响。在研究常规注塑成型工艺参数对注塑制品熔接痕拉伸强度影响的基础上,提出在熔接痕形成区域采用局部控制工艺以改善注塑制品熔接痕强度的方法,并通过实验和模拟分析,较为深入的研究了该成型工艺方法对熔接痕强度的提高作用。具体研究内容如下:(1)根据熔接痕的形成机理,利用Moldflow和Algor有限元分析软件,对单浇口无熔接痕及双浇口有熔接痕的PP试样进行模流-结构耦合分析,研究熔接痕对注塑制品力学性能的影响作用。结果表明:在相同载荷条件下,单浇口无熔接痕试样的应力应变在整个区域中相一致,而双浇口有熔接痕试样则在长度方向中间位置的熔接痕处产生最大的应力应变。这表明熔接痕对注塑制品的影响作用主要表现在制品在受力情况下容易在熔接痕处产生应力集中和应力突变,降低制品的力学性能。(2)借助正交试验法,结合信噪比分析和方差分析,研究常规注塑成型工艺下不同注塑工艺参数对PP试样熔接痕强度的影响。结果表明:对于PP样条拉伸试样,注塑压力和模具温度是影响熔接痕强度的关键因素。在40MPa-55MPa的注塑压力及30℃~75℃的模具温度下,注塑压力和模具温度越大,熔接痕的拉伸强度越高。因此,通过实验分析,为文章后期提出的局部控制工艺提供了理论基础。(3)基于模具温度对熔接痕拉伸强度的影响,结合实际生产,提出采用局部加热成型工艺改善注塑制品熔接痕的拉伸强度。为此,结合模流-结构耦合模拟与实验分析,研究局部加热成型工艺对PP试样熔接痕力学性能的影响。结果表明:局部加热成型工艺能在一定程度上降低PP试样熔接痕处的应力应变,提高熔接痕的拉伸强度。在30℃~75℃的加热温度下,随着加热温度的升高,试样熔接痕拉伸强度先升高后降低,在加热温度为60℃时达到最大值。同时,通过与整体加热成型工艺的对比实验,表明局部加热成型工艺在提高注塑制品熔接痕拉伸强度的同时,在提高生产效率和节能等方面具有一定的优势。(4)基于注塑压力对熔接痕拉伸强度的影响,以实验为基础,提出采用局部加压成型工艺改善注塑制品熔接痕的拉伸性能。结果表明:1)局部加压成型的改性PP试样熔接痕拉伸性能整体要比常规注塑成型的高,并且不同的工艺参数组合对试样熔接痕拉伸性能的提高程度不同;2)模具温度和加压时间对局部加压试样熔接痕拉伸性能的影响表现在:在35℃-65℃的模具温度和5s-15s的加压时间下,随着模具温度的增加,试样熔接痕的拉伸强度随之提高,但断裂伸长率随之降低;而试样熔接痕的拉伸强度和断裂伸长率对加压时间的响应在加压时间为10s时得到最优值。
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