汽车B柱窗框塑料件RHCM注塑翘曲变形分析及工艺优化

通过对汽车B柱的窗框塑料件快速热循环注塑成型(RHCM)过程及其工艺方案的研究,将翘曲变形量作为优化目标,运用Taguchi试验法设计了5因素4水平工艺组合方案,采用Moldflow软件进行模拟仿真工艺优化。将16组翘曲变形结果进行极差和方差分析,结果表明,RHCM下蒸汽温度对窗框塑料件翘曲影响最为显著,其最佳工艺方案为蒸汽温度145℃、保压压力90 MPa、加热时间20.7 s、保压时间26 s、冷却时间24 s。该工艺组合方案下翘曲变形量为1.583 mm,较优化前降低了56.5%。通过分离翘曲原因,塑料件的变形主要是由Z方向上的收缩不均引起的。将优化结果与传统注塑(TIM)相比,分析表明RHCM工艺在注塑过程中对模具温度进行动态控制,使得塑料件内部收缩率分布更加均匀,翘曲变形量更小,可显著提高塑料件成型质量。

基于响应曲面法与改进遗传算法的RHCM成型工艺优化

以自主开发的车载高光蓝牙产品为例,研究高光注射成型(Rapid heat cycle molding,RHCM)工艺优化技术。以中心复合试验法(Center composite design,CCD)进行试验规划,采用成型试验与数值模拟并重之方法获取试验样本数据,通过人为引入干扰因子的方法以实现仿真结果可以更真实地反映实际成型状态;引入熵值权重法(Entropy-based weight,EBW)确定各品质指标对制品综合品质影响权重,并结合顺序偏好法(Technique for order preference by similarity ideal solution,TOPSIS)等数据处理技术,从数理角度处理试验数据使之能更客观反应制品最终成型品质状况;引入响应曲面法(Response surface methodology,RSM),结合方差分析(Analysis of variance,ANOVA)与误差统计分析,建立高光注射成型制品综合品质预测模型;针对传统遗传算法的不足之处提出改进算法(Improved genetic algorithm,IGA),实现品质预测模型的寻优过程;并经生产验证该优化技术具有很好的适用性。

基于Kriging模型与遗传算法结合的RHCM成型工艺参数优化

为了提高高光无痕注塑成型(rapid heat cycle molding,RHCM)制品综合品质,提出了一种基于Kriging模型与遗传算法(genetic algorithm,GA)结合的工艺参数优化策略。将该策略应用于某空调柜机出风面板成型,以正交实验法规划实验,通过CAE分析获取实验样本数据,借助数据归一化法、线性加权法、直观分析法等数据处理方法,得到了对RHCM成型影响显著的工艺参数依次为保压时间、冷却时间、熔体温度、加热时间。然后引入Kriging建模理论,建立了RHCM成型制品综合品质与主要成型工艺参数的近似模型,采用GA对建立的近似模型在可行解空间搜寻最优解。得到的最优工艺参数为:加热时间36.9 s,熔体温度182.9℃,保压压力88.5 MPa,冷却时间51.3 s。最后,通过CAE分析和生产试制分别验证了该优化策略的可行性和合理性。

RHCM成型制品高光面形成微观机理研究

根据快速冷热成型技术(RHCM)成型塑料熔体在型腔内的填充流动规律,在普通注射成型机理研究基础上,从微观角度对 RHCM 技术在提高制品对模具的复原性,消除熔接痕、凹痕、银丝纹、流纹、表面浮纤等表观缺陷以及改善制品表面色差等方面的成型机理进行研究。结果表明,正是由于 RHCM 高温快速成型这一工艺特点,一方面确保熔体在型腔内的充分扩展与汇合,另一方面最大程度的限制制品的成型收缩,从而确保制件的最终成型品质。

RHCM成型高光制品的结构设计技术

根据快速冷热成型(RHCM)对制品结构设计的基本要求,结合普通制品结构设计一般原则,研究了高光注塑制品的主体结构及其筋、凸起、孔、圆角等类型结构的基本设计技术,得出了高光注塑制品结构设计需要同时满足壁厚均匀性与结构协调性两个主要准则,并以音箱前面壳和液晶显示器(LCD)电视机前壳为例进行了设计研究,为高光制品结构设计提供了理论上的指导。

RHCM模具的三维瞬态传热建模与分析

研究RHCM模具的三维有限元瞬态传热建模,分析进入稳态工作状态的模具和熔体之间的耦合传热过程,提出了模具和熔体接触热阻计算模型。案例对比分析发现:三维模型可克服目前简化二维模型存在的加热时间预测偏短,精密模具型腔边缘与模具中心温差误差大的问题;接触热阻导致热传导效率大大降低,冷却时间增长,可通过减小热阻来解决;减少加热时间可避免冷却阶段初期型腔壁面温度继续上升。

基于综合平衡法的RHCM成型LCD电视机前面壳工艺优化研究

在综合利用正交实验法、CAE 分析和数据处理技术的基础上,对快速冷热成型技术(RHCM)成型 LCD 电视机前面壳成型工艺进行了优化研究。通过实验设计及数值模拟获得样本数据,结合方差分析技术确定了该产品各成型品质指标的显著性影响因素;进而通过级差分析和综合平衡分析研究得出了该产品的最佳工艺因素组合,并经实验验证了该优化组合的工艺可行性。

工艺因素对RHCM成型制品收缩的宏观影响

开发了车载高光蓝牙快速热响应实验模具和动态模温控制系统,基于单因子实验和Taguchi理论,以无定形ABS塑料为实验材料,研究了模具温度对高光注塑成型(Rapid Heat Cycle Molding,RHCM)制品收缩的影响规律。结果表明:适当升高模具温度可以有效降低制品收缩,最佳模温应控制在塑料热变形温度附近;在高模温作用下,熔体温度(低于210℃)和注射压力(低于100 MPa)较低时,制品收缩性态较为复杂,当二者高于该临界值之后则趋于稳定减小或大体不变状态;保压压力、保压时间和冷却时间的影响呈"V"型小幅波动,且均在塑料热变形温度附近达极小值;模温设定条件下,保压压力对制品收缩影响最大,其次是保压时间,冷却时间影响最小,熔体温度和注射压力的影响效应相当.

RHCM成型工艺对制品复原性的影响

以自主开发的车用蓝牙高光模具和成型温控辅助装置为试验基础研究了高光注射成型(RHCM)工艺参数对制品型腔复原性的影响规律。结果表明,高光成型的高模温充型、保压及快速冷却等技术特点可更好地保证制品对型腔的高复制率;压力因素和温度因素对制品复制度的影响比较显著,而时间因素影响甚微;相对于普通成型,高光成型所需熔体温度和注射压力均有所提高,且保压时间对制品复制度的影响有所增加。通过对各工艺参数对浇注系统凝料影响研究发现,可采用提高成型温度的方法在不增加系统凝料的前提下大幅提高制品复制度。

基于RHCM与CIM熔接痕形成的分子形态演化研究

针对注塑成型中的熔接痕问题,建立了聚合物流动前锋汇合时垂直取向的初始界面模型。采用分子动力学方法,通过对比分析传统注塑成型(Conventional injection molding,CIM)和快速热循环注塑成型(Rapid heat cycle molding,RHCM)熔接痕界面分子链的迁移扩散、分子链取向、回转半径及界面结合能,研究了熔接痕界面弱连接与强连接的分子形态演化规律。结果表明,温度低、冷却速率快的CIM熔接痕表层和中间层分子取向快速冻结,分子链运动受阻,扩散速率慢,使得熔接痕界面分明,界面结合能低,分子形态变化不大,形成弱连接;而RHCM熔接痕及CIM熔接痕芯层高温保持时间较长,保压阶段冷却速率缓慢,有利于分子链的迁移扩散,同时促进分子链松弛,解取向明显,回转半径减小,使聚合物分子链团呈缠绕卷曲状态,界面分子链穿绕缠结在一起,界面结合能也增大,形成强连接。因此,熔接痕界面聚合物分子形态演化的实质是取向分子链的松弛和相互扩散的过程,而RHCM工艺则极大促进了分子形态演化进程,显著改善了熔接痕的弱连接问题。

基于ANSYS对HRHCM随形绝热结构热响应分析

采用ANSYS软件模拟分析模芯水热性快速热循环热响应过程,提出了一种带有随形绝热层和随形换热通道的组合式模芯换热结构,分析该特殊模具结构和绝热条件对加热冷却效率和模温均匀性的影响。结果表明,使用该结构,加热和冷却阶段所用时间分别缩短125.0%和136.8%;加热速率和冷却速率分别提高124.2%和135.8%;加热和冷却阶段最大温差分别降低9.0%和24.2%。

快速热循环成型技术研究进展

综述了快速热循环成型技术在模具成型领域的研究进展,简要介绍了其不同于传统注塑成型技术的原理及其优点,同时详细介绍了几种加热方式不同的快速热循环成型技术,包括蒸汽加热、电加热、感应加热和辐射加热,说明了各自的优缺点并且总结了数值模拟软件在快速热循环成型技术上的应用,分析表明感应加热作为一种新型的加热方式,是未来快速热循环成型技术发展的一个重要方向。最后对快速热循环成型技术目前存在的问题及未来发展趋势进行了展望。

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.

快速热循环注塑技术的研究与应用

研究了一种新颖的快速热循环(高光无熔痕)注塑过程的工艺原理,建立了高光无熔痕注塑工艺流程;提出了一种利用蒸汽加热、冷凝水冷却的模具温度动态控制方法,自主研制了以PLC为控制核心的温度控制系统,并开发了相应的控制软件,实现了注塑模具温度的快速准确实时控制;利用人机界面技术,实现了注塑工艺全过程的实时监控,可保障生产系统的稳定性、可靠性和易操作性;建立了高光无熔痕绿色注塑生产线,实现了大型液晶平板电视机面板的绿色注塑生产,塑件表面无熔痕、流痕、凹陷等缺陷,达到镜面效果,无需环境污染严重的喷涂工艺等二次加工过程。

高温快速成形工艺对制品复原性影响试验研究

以自主开发的车用蓝牙高光模具和温控辅助装备为基础,利用高温快速成形工艺对制品型腔复原性的影响进行试验研究。结果表明:高温快速成形与普通成形主要区别在于当模温升高至塑料热变形温度附近时,制品复制率明显提高,在低于或超出塑料热变形温度区域,模温变化影响甚微,而其他参数的影响与普通成形类似;各参数对浇道凝料的影响与普通成形区别不大,且浇道凝料对模温的变化并不敏感,故可通过提高模温在不增加废料的前提下提高制品复制率。

快速热循环注塑模具加热与冷却过程分析及其结构优化设计

快速热循环注塑成型技术(Rapid Heating CycleMolding,RHCM)是一种新兴的注塑技术,能够消除塑件表面熔痕、流线、银线等缺陷,塑件表面达到镜面效果,可消除污染严重的喷涂工艺。该文以大型液晶平板电视机面板为例,建立了RHCM注塑模具的传热分析模型,给出了RHCM模具的几种加热和冷却管道的布局结构,并通过对不同结构模具型腔表面加热和冷却分析,讨论了影响型腔温度分布的主要因素及其规律,并选定了一种较优的管道布局方式,在实际生产中得到了很好的应用。

蒸气辅助快速热循环注塑技术及模温响应模拟

快速热循环注塑采用动态模温控制新策略,可以彻底解决常规注塑工艺存在的短射、喷射痕、缩痕、流动痕、熔接痕、浮纤等缺陷。文中通过对快速热循环注塑工艺与常规注塑工艺的比较,深入研究了蒸气辅助快速热循环注塑工艺的原理,制定了相应的工艺流程,提出了一套新的利用蒸气加热和冷凝水冷却的动态模温控制方案。利用ANSYS模拟了快速热循环注塑工艺和常规注塑工艺的模温响应过程,分别获得了两种注塑工艺的模具加热速率和冷却速率,讨论了快速热循环注塑对塑件成型周期的影响规律。

高光注射成型及其关键技术

简述了高光塑料产品注射成型技术的原理和流程,介绍了高光塑料材料、高光模具材料与结构、模面加热方法与模具温度控制系统等关键技术及其应用,并分析了高光注射成型发展趋势。

模具温度对高光注射成型制品表面沉降的影响

以自主设计的车载高光蓝牙外壳为例,对模具温度对高光注射成型制品表面沉降影响规律,相同及不同模温条件下其他成型参数对制品表面沉降影响规律进行成型模拟研究。结果表明:高光成型制品沉降指数明显小于普通成型,且随模具温度的升高呈准线性减小趋势;模具温度设定情况下,保压压力对制品沉降指数影响最大,熔体温度、注射压力和保压时间影响效应相当,冷却时间几乎不具影响;随着模具温度的逐步升高,制品沉降指数随熔体温度的升高、注射压力增大呈减小趋势,随着其他参数的变化则呈波动变化趋势,且均在塑料热变形温度附近达极限值。

工艺参数对高光注射成型制品翘曲的宏观影响

以线性、小变形、热弹模型Duhamel-Neumann方程为基础,研究了温度因素对高光(无痕)注射成型(Rapid heat cycle molding,RHCM)制品残余应力的影响。开发了车载高光蓝牙模具和温控辅助装置,研究了工艺参数对RHCM制品翘曲的宏观影响。结果表明:RHCM成型模温设定应该有上限值,在相同的模温下各参数在可行范围内设定条件下,对制品翘曲的影响由大至小依次为:保压时间、保压压力、熔体温度、注射压力、冷却时间。随着模温逐步升高,制品翘曲呈准线性减小趋势,且随着熔体温度和注射压力的升高而小幅度减小,随着保压压力的升高、保压时间和冷却时间的延长而小幅度'V'型波动,且均在塑料热变形温度附近达到极小值。