工艺参数对透明光学制品残余应力的影响*
{::薹蒙詈季套萋矣≤{?1桂蓉06美;。。4,张于贤1’2
”
(2.桂林电子科技大学,桂林
541004)
’“
~
王
红2
摘要:通过光弹实验测量残余应力的分布形态,并通过应力一光学定律计算出相应的残余应力值,将该数值与模拟值做了分析比较。结果表明,对于同一工艺参数,残余应力的数值从浇口附近至流动末端逐渐减小;对于不同工艺参数,对残余应力的影响程度从大到小的顺序为熔体温度、模具温度、注射压力、冷却时间。关键词:工艺参数;残余应力;光弹实验中图分类号:TQ320.66
文献标识码:A
文章编号:l007—2012(2008)03一0209一03
Effectsofprocess
parameters
0n
residualstreSs
fortransparent0pticalproducts
ZHANGY小菇anl,2
WANGHon92
51064154l004
(1.S0utllChinaU11iversityofTechn0109y,Guangzhou(2.GuilinU11iversityofElectro血cTechnology,Guilin
Chim)
China)
Abs衄Id:First
sidual
stresses
of
are
all,theresidual
stressesdistributionis
optics
measuredbyphotoelastice印eriment,andthenthecorresponding
stresses
re-
calculatedbyapplying
There
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stress
ismelt
t锄per—
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ature,nloldfeebleness.
Key
t锄perature,injectionpressure,c001ingtime
according
to
theirinfluencingdegree
residualfromintensity
wor凼:residuaIstress;pmcessparameters;photoelasticexperiment
引言
1实验简介
1.1实验设备及试件
通过光弹实验测量残余应力的分布形态,然后
随着塑料工业的发展,塑料制品已从早期的低层次民生用品发展到近年来的高附加值产品,其中透明性塑料材料的使用占了相当大的比重。透明性塑料在成形过程中,往往会产生加工残余应力影响制品的力学、光学性能[1]。本文通过实验方法研究了工艺参数对PC透明注塑制品残余应力的影响。
通过应力一光学定律计算出相应的残余应力值,并依
据应力一光学定律量化相关的残余应力[2],以便和数值结果进行比较。
实验所用注塑机为震德CJ80EⅡ,为了改善材料的流动性和测量模具的温度,采用了加热线圈控制模温。光弹实验采用PJ20型偏光弹性仪,系统光源为白光源和钠光源(波长为589.3nm)。
试件为一矩形平板,主体厚度2mm,突起棱边的厚度2.5mm,试件长140mm,浇口为平缝式侧浇口,尺寸为2mm×50mm×1.50mm。1.2实验工艺参数
实验时将试件分为7组,每组3个共21个。工
*广西科学研究与技术开发计划资助项目(桂科基
073l008)。
张于贤Bmail:zyx631218@163.com
作者简介:张于贤。男,1968年生,重庆人,华南理工大学,博士后,桂林电子科技大学,教授,硕士生导师,主要从事超高压容器的理论与设计方面的研究收稿日期:2007一03—10;修订日期:2007一04一lo
210
塑性工程学报
第15卷
艺参数共有7个,对于每一组试件而言,给每个工艺参数设置3个水平变化,另外6个参数保持不变。具体工艺参数如表1所示。
表l成形参数表
Tab.1
Tableof
fomingpar锄eters
试件模具温熔体温注射压注射时保J{i压保压时冷却时
标签度/℃度/℃九?姆a间/s九fⅧa间/s
间/sMTl6027095470420MT27027095470420MT38027095470420METl
7027095470420MET2
7029095470420MET3
7032095470420IPl6027090350320IP26027095350320.IP360270105350320ITl60270105350320IT260270105450320IT360270105550320PPl60270105550320PP260270105570320PP360270105590320Prl6027095470320PT26027095470420P丁36027095470520CTl70270954704lOCT27027095470420CT3
70
270
95
4
70
4
30
2残余应力的实验测定
通过光弹实验,可以获得不同工艺参数条件下的条纹数目,如表2所示。
表2不同工艺条件下的残余应力
Tab.2
The
residual
stresseson
d.fferent
pmcessingconditions
工艺模具温熔体温注射压注射时保瓜压保压时冷却时参数度/℃
度/℃
力f临a
间/s力/MPa问/s
间/s
607027029090955070
1020变化趋势345
345
8032010590
30条纹数
975
3614
554
555
555
888677
对残余应减小增大减小没有没有没有增大力的影响趋势
趋势
趋势
影响
影响
影响
趋势
从表2可知,注射时间、保压压力、保压时间3个工艺参数对残余应力没有影响,而熔体温度、
模具温度、冷却时间、注射压力对残余应力的影响
依次减小。
利用应力光学定律,残余应力加的实验值可
按下式求得[3|:
△盯一优C^朋
式中m——模型内任一点的光程差
C——模型材料的应力光学系数^——模型任一点的厚度A——所用单色光的波长
对于按表3考察点所得残余应力的实验值如表4“实验值”列所示,残余应力实验曲线如图1中曲线1所示。
表3考察点的位置
Tab。3
Thebcationofobservationalpoints
点标志ABCDEMET210.815.434.471.899.OMET3
28.5
37.3
47.7
67.4
90.7
表4各考察点应力的实验值、模拟值及误差/MPa
Tab.4
The
exp颤mental
values,simulationvalues
and
errors
of
stress
foreveryobsenratiomlpoints
点标志
实验值模拟值2模拟值3误差2
误差3
AO.35O.082.20O.271.85B
O.30O.091.500.211.20^ⅡET2
CO.29O.25O.30O.04O.01DO.23O.201.800.031.57E
O.10O.081.40O.021.30O.57
O.49O.24O.08O.33O.49O.500.Ol
O.OOME?r3
襄◆
A
B
O.50CO.45O.450.80
O.OOO.35D
0.25
O.251.50O.OO
1.25E
O.00
O.00
1.25
O.OO
1.25
点位置,L,mm
a
厶
矗
苫苦
司
^
j|}|jR翟
点位置,L,衄
b
图1不同条件下的实验值和模拟值
a)MET2(熔体温度290℃);b)MET3(熔体温度320℃)
Fig.1
TheexperimentaIvaIuesandsimulationvalues
on
differentprocessingconditions
第3期
张于贤等:工艺参数对透明光学制品残余应力的影响
211
2.2残余应力的模拟值
在试件上选一系列的考察点作为在建模时模型
特征点,然后分别用PartMolding软件和Moldflow软件对残余应力进行数值模拟[4]。
以MET2和MET3为例,共选A、B、C、D、
E5个点,A点靠近浇口,E点靠近充填末端,各
点至浇口的距离(mm)如表3所示。按PartM01d—ing软件及M01dflow软件所得残余应力的模拟结果分别如表4“模拟值2”列(见图1中曲线2)及“模拟值3”列(见图1中曲线3)所示。
3残余应力实验值的可靠性分析
按两种软件所得的模拟结果与实验值进行比较,误差如表4所示。
表4中“误差2”列表示实验值与PartM01ding软件的模拟值之差的绝对值,亦即曲线1与曲线2对应点应力之差的绝对值;“误差3”列表示实验值与Moldflow软件的模拟值之差的绝对值,亦即曲线1与曲线3对应点应力之差的绝对值。
由图1及表4可以看出,PartMolding的模拟结果与实验结果趋势吻合较好。对于MET2而言,除靠近浇口附近的模拟结果与实验结果存在较大误差(误差值与实验值在同一数量级)以外,其余大部分长度上(约占总长的70%以上)的误差均比实验值小一个数量级,且随着远离浇口位置,误差呈
减小的趋势,表明实验值与模拟值吻合较好。对于
MET3而言,其误差远小于MET2,即使在浇口附
近的误差也比实验值小一个数量级,其余大部分长
度上(约占总长的70%以上)的误差均比实验值小两个数量级,甚至在靠近充填末端几乎占总长50%的长度上,实验值与模拟值几乎不存在误差,且随着远离浇口位置,误差呈减小的趋势,表明实验值
与模拟值的高度吻合,同时也充分说明了该实验结
果的可靠性。
但是,由图1及表4也可看出,Moldflow的模拟值与实验值的吻合程度相当差,主要表现在:
1)误差值太大,甚至比实验值还高一个数量
级,最高值几乎是实验值的6倍;
2)误差跳跃幅度大,最大幅度高达1.2MPa,是实验值的4倍;
3)误差值变化方向不单调。所以该模拟结果无论在变化趋势上还是数值上都存在较大偏差。
PartMoIding与Moldflow两种模拟结果产生较大差异的原因在于模型和算法上的区别。PartMold—ing是用粘弹本构方程计算,以流动引入的残余应力为主;而Moldflow是用弹性本构方程计算,以热应力为主【5]。
4结论
通过对试件残余应力的实验和数值方法的研究,可以发现:
1)对于同一工艺条件,残余应力在浇口附近的应力值大于流动末端;
2)对于不同工艺参数条件,对残余应力的影响程度从大到小的工艺参数依次为熔体温度、模具温度、注射压力、冷却时间;
3)残余应力的数值模拟技术需要进一步完善,以便提高数值计算的准确性及和实验结果的吻合程度。对于本文所研究的试件而言,粘弹性本构方程完成的应力计算具有更好的准确性。
参考文献
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判读[J].解放军理工大学学报,2003.4(4):49—53
[4]程军,扶名福,林治平.三维全息光塑性法在金属塑性
加工中应用的探索[J].南昌大学学报,2000.22(1):6—9
[5]尹沾松,黄汉雄,刘吉虎.PET拉伸吹塑数值模拟采用
的本构方程[J].塑料,2006.35(4):62—67
工艺参数对透明光学制品残余应力的影响
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):引用次数:
张于贤, 王红
张于贤(华南理工大学,广州,510641;桂林电子科技大学,桂林,541004), 王红(桂林电子科技大学,桂林,541004)
塑性工程学报
JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERING2008,15(3)0次
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下载时间:2010年3月20日
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{::薹蒙詈季套萋矣≤{?1桂蓉06美;。。4,张于贤1’2
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红2
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文献标识码:A
文章编号:l007—2012(2008)03一0209一03
Effectsofprocess
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0n
residualstreSs
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WANGHon92
51064154l004
(1.S0utllChinaU11iversityofTechn0109y,Guangzhou(2.GuilinU11iversityofElectro血cTechnology,Guilin
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引言
1实验简介
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表l成形参数表
Tab.1
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fomingpar锄eters
试件模具温熔体温注射压注射时保J{i压保压时冷却时
标签度/℃度/℃九?姆a间/s九fⅧa间/s
间/sMTl6027095470420MT27027095470420MT38027095470420METl
7027095470420MET2
7029095470420MET3
7032095470420IPl6027090350320IP26027095350320.IP360270105350320ITl60270105350320IT260270105450320IT360270105550320PPl60270105550320PP260270105570320PP360270105590320Prl6027095470320PT26027095470420P丁36027095470520CTl70270954704lOCT27027095470420CT3
70
270
95
4
70
4
30
2残余应力的实验测定
通过光弹实验,可以获得不同工艺参数条件下的条纹数目,如表2所示。
表2不同工艺条件下的残余应力
Tab.2
The
residual
stresseson
d.fferent
pmcessingconditions
工艺模具温熔体温注射压注射时保瓜压保压时冷却时参数度/℃
度/℃
力f临a
间/s力/MPa问/s
间/s
607027029090955070
1020变化趋势345
345
8032010590
30条纹数
975
3614
554
555
555
888677
对残余应减小增大减小没有没有没有增大力的影响趋势
趋势
趋势
影响
影响
影响
趋势
从表2可知,注射时间、保压压力、保压时间3个工艺参数对残余应力没有影响,而熔体温度、
模具温度、冷却时间、注射压力对残余应力的影响
依次减小。
利用应力光学定律,残余应力加的实验值可
按下式求得[3|:
△盯一优C^朋
式中m——模型内任一点的光程差
C——模型材料的应力光学系数^——模型任一点的厚度A——所用单色光的波长
对于按表3考察点所得残余应力的实验值如表4“实验值”列所示,残余应力实验曲线如图1中曲线1所示。
表3考察点的位置
Tab。3
Thebcationofobservationalpoints
点标志ABCDEMET210.815.434.471.899.OMET3
28.5
37.3
47.7
67.4
90.7
表4各考察点应力的实验值、模拟值及误差/MPa
Tab.4
The
exp颤mental
values,simulationvalues
and
errors
of
stress
foreveryobsenratiomlpoints
点标志
实验值模拟值2模拟值3误差2
误差3
AO.35O.082.20O.271.85B
O.30O.091.500.211.20^ⅡET2
CO.29O.25O.30O.04O.01DO.23O.201.800.031.57E
O.10O.081.40O.021.30O.57
O.49O.24O.08O.33O.49O.500.Ol
O.OOME?r3
襄◆
A
B
O.50CO.45O.450.80
O.OOO.35D
0.25
O.251.50O.OO
1.25E
O.00
O.00
1.25
O.OO
1.25
点位置,L,mm
a
厶
矗
苫苦
司
^
j|}|jR翟
点位置,L,衄
b
图1不同条件下的实验值和模拟值
a)MET2(熔体温度290℃);b)MET3(熔体温度320℃)
Fig.1
TheexperimentaIvaIuesandsimulationvalues
on
differentprocessingconditions
第3期
张于贤等:工艺参数对透明光学制品残余应力的影响
211
2.2残余应力的模拟值
在试件上选一系列的考察点作为在建模时模型
特征点,然后分别用PartMolding软件和Moldflow软件对残余应力进行数值模拟[4]。
以MET2和MET3为例,共选A、B、C、D、
E5个点,A点靠近浇口,E点靠近充填末端,各
点至浇口的距离(mm)如表3所示。按PartM01d—ing软件及M01dflow软件所得残余应力的模拟结果分别如表4“模拟值2”列(见图1中曲线2)及“模拟值3”列(见图1中曲线3)所示。
3残余应力实验值的可靠性分析
按两种软件所得的模拟结果与实验值进行比较,误差如表4所示。
表4中“误差2”列表示实验值与PartM01ding软件的模拟值之差的绝对值,亦即曲线1与曲线2对应点应力之差的绝对值;“误差3”列表示实验值与Moldflow软件的模拟值之差的绝对值,亦即曲线1与曲线3对应点应力之差的绝对值。
由图1及表4可以看出,PartMolding的模拟结果与实验结果趋势吻合较好。对于MET2而言,除靠近浇口附近的模拟结果与实验结果存在较大误差(误差值与实验值在同一数量级)以外,其余大部分长度上(约占总长的70%以上)的误差均比实验值小一个数量级,且随着远离浇口位置,误差呈
减小的趋势,表明实验值与模拟值吻合较好。对于
MET3而言,其误差远小于MET2,即使在浇口附
近的误差也比实验值小一个数量级,其余大部分长
度上(约占总长的70%以上)的误差均比实验值小两个数量级,甚至在靠近充填末端几乎占总长50%的长度上,实验值与模拟值几乎不存在误差,且随着远离浇口位置,误差呈减小的趋势,表明实验值
与模拟值的高度吻合,同时也充分说明了该实验结
果的可靠性。
但是,由图1及表4也可看出,Moldflow的模拟值与实验值的吻合程度相当差,主要表现在:
1)误差值太大,甚至比实验值还高一个数量
级,最高值几乎是实验值的6倍;
2)误差跳跃幅度大,最大幅度高达1.2MPa,是实验值的4倍;
3)误差值变化方向不单调。所以该模拟结果无论在变化趋势上还是数值上都存在较大偏差。
PartMoIding与Moldflow两种模拟结果产生较大差异的原因在于模型和算法上的区别。PartMold—ing是用粘弹本构方程计算,以流动引入的残余应力为主;而Moldflow是用弹性本构方程计算,以热应力为主【5]。
4结论
通过对试件残余应力的实验和数值方法的研究,可以发现:
1)对于同一工艺条件,残余应力在浇口附近的应力值大于流动末端;
2)对于不同工艺参数条件,对残余应力的影响程度从大到小的工艺参数依次为熔体温度、模具温度、注射压力、冷却时间;
3)残余应力的数值模拟技术需要进一步完善,以便提高数值计算的准确性及和实验结果的吻合程度。对于本文所研究的试件而言,粘弹性本构方程完成的应力计算具有更好的准确性。
参考文献
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加工中应用的探索[J].南昌大学学报,2000.22(1):6—9
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的本构方程[J].塑料,2006.35(4):62—67
工艺参数对透明光学制品残余应力的影响
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):引用次数:
张于贤, 王红
张于贤(华南理工大学,广州,510641;桂林电子科技大学,桂林,541004), 王红(桂林电子科技大学,桂林,541004)
塑性工程学报
JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERING2008,15(3)0次
参考文献(5条)
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下载时间:2010年3月20日