基于模腔压力曲线的注塑成型实验研究

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1、基于模腔压力曲线的注塑成型实验研究谢北萍，刘斌(华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021)摘要：注塑成型过程中的模腔压力曲线可反映出塑料制品的最终质量。借助模腔压力传感器测量模腔压力，得到模腔压力曲线。通过改变保压条件，得到不同模腔压力曲线和塑料制品，并研究模腔压力曲线与制品残余应力的关系。在此基础上，研究了注射压力和保压压力等两个工艺参数对模腔压力曲线形状的影响规律。关键词：注塑成型，压力传感器，模腔压力曲线，注塑工艺参数中图分类号：TQ320.662模腔压力反映了塑料在注塑过程中作用于模腔内壁的压力场分布[1]。注塑成型

2、过程的模腔压力曲线反映了塑料熔体在模腔内的变化情况。模腔压力曲线的形态与注塑工艺参数具有密切的联系[2]。残余应力是导致注塑制品翘曲变形的主要原因，它是由塑料制品的由于塑料产品结构的厚度不均和工艺参数导致塑料冷却不均匀引起的。残余应力的存在，会严重地影响塑料制品的强度、精度及美观程度[3]。注塑过程中的模腔压力曲线能够精确地反映出成型后塑料制品的应力存留情况。注塑完成后，若模腔压力能够回归到零，则说明塑料制品中没有残余应力；若模腔压力不能回归到零，则说明塑料制品中存在残余应力[4-5]。因此，研究模腔压力曲线与残余应力的关系，具有

3、重要的工程意义。李林楠[6]和邱斌[7]分别利用模腔压力曲线对注塑工艺进行优化来提高塑料制品的质量。佘少玲[8]等人研究了注塑工艺参数对模腔压力的影响规律。吴廷[9]等人研究了不同控制方式的转压方式，实验结果表明，利用模腔压力控制的方式得到的制品质量重复度最好。安静[10]等人研究了模腔压力与制品熔接痕强度的关系。本文借助模腔压力传感器进行试验研究。首先测量注塑过程中的模腔压力和塑料制品残余应力，研究模腔压力曲线形态与塑料制品残余应力的关系。在此基础上，研究注射压力和保压压力等两个工艺参数对模腔压力曲线的形状的影响规律。1模腔压力

4、曲线完整周期的模腔压力曲线能够直观地反映出注塑过程中塑料熔体在模腔中的变化情况，是众多注塑工艺参数的综合反映，更与塑料制品的最终质量有密切联系。典型的模腔压力曲线图如图1所示。图1模腔压力曲线典型图由图1可知，完整周期的模腔压力曲线可分为若干个重要阶段，每个阶段的曲线形态都直观地反映出其对应时间段的注塑成型特点。各阶段的具体含义如下：1）特征点1~2。塑料熔体接触到传感器，传感器开始测量到数据。2）特征点2~3。该阶段为填充阶段，模腔压力不断增大。3）特征点3~4。该阶段为保压阶段，模腔压力增速最大，并得到最大值。4）特征点4~5

5、。该阶段为凝固阶段，点5为浇口凝固点。5）特征点5~6。浇口凝固后，模腔内的熔体继续凝固，模腔压力值急剧下降，最终回归为0bar。根据上述各阶段的特点，在实际生产中，可以根据得到的模腔压力曲线迅速地对工艺参数进行调整，从而提高塑料制品的成型质量。2实验方案2.1实验设备本文主要通过模腔压力传感器测量得到注塑成型过程中的模腔压力曲线，并将所得到的曲线进行保存。所需的实验设备主要有：注塑模：一模四腔的哈夫模；注塑机：卧式注塑成型机；传感器：瑞士奇石乐公司6190CA型模腔压力温度传感器；数据采集系统：瑞士奇石乐公司2269型ComoI

6、njection模腔压力温度数据采集系统。2.2传感器的安装根据研究内容需要，分别在如图2所示的位置，即模具流道处、边上模腔处和中间模腔处安装模腔压力传感器。其中，边上模腔处的模腔压力传感器安装位置和中间模腔处的模腔压力传感器安装位置处于对称状态。图2模腔压力传感器安装位置2.3实验材料本实验用的材料为ABS，根据实际的试模情况来确定基本工艺参数组合，具体如表1所示。表1工艺参数表工艺参数熔体温度注射压力保压压力保压时间参数值21095352.02.4模腔压力曲线的获取①在正式实验开始之前，先注射50模，等注塑机工作稳定之后在进行

7、正式的实验。②将工艺参数调整为表1中的参数，即熔体温度为210℃，注射压力为95bar，保压压力为35bar和注射时间为2.0。先注射10模，等注塑机工作稳定后，注射1模，并保存相应的模腔压力曲线，作为后续实验之用。③改变步骤2中的保压条件，即将保压时间改为0s，保压压力改为0bar。先注射10模，等注塑机工作稳定后，注射1模，并保存相应的模腔压力曲线，作为后续实验之用。3模具不同部位的模腔压力曲线研究由于分析软件的算法的缺陷，模流分析技术得到的分析结果的精度相对较低，只能作为实际生产的参考。例如，对对称模腔进行分析，得到的结果总

8、是一致的。模腔压力曲线则能够直接、精确地反映出熔体在模腔内的实际情况。将注塑成型实验步骤②得到的模腔压力曲线进行研究。本实验的模腔压力曲线主要测量了灯罩模具中的流道和两个对称模腔处的模腔压力，因此得到了三条不同的模腔压力曲线，具体如图2所示，分别是