参数对透明光学制品残余应力的影响

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)

’“

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)

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sidual

stresses

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There

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par锄eters

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ismelt

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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

70

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◆

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

苫苦

j|}|jR翟

点位置,L,衄

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

[1]杨辉,王家邦,陆静娟.透明埋料用耐磨薄膜材料的研

究进展[J].材料科学与工程,2002.20(2):290一293

[2]丁凡,张曙光,李伟.光弹性方法在结构内力分析中的

应用[J].吉林建筑工程学院学报。1999.(3):40一46

[3]陆渝生,邹|一J彬,连志颖等.动光弹等差条纹的分析与

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

参考文献(5条)

1. 杨辉,王家邦,陆静娟.透明塑料用耐磨薄膜材料的研究进展[J].材料科学与工程,2002.20(2):290-2932. 丁凡,张曙光,李伟.光弹性方法在结构内力分析中的应用[J].吉林建筑工程学院学报,1999.(3):40-463. 陆渝生,邹同彬,连志颖等.动光弹等差条纹的分析与判读[J].解放军理工大学学报,2003.4(4):49-534. 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):6-95. 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

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设计了一套试验系统,并对影响振动时效效果的三个主要参数(动应力、频率以及初始残余应力)进行了试验研究: 1)通过正交试验来研究这三个参数的主次关系以及它们之间有无交互作用。试验结果表明:动应力σd和初始残余应力σr是影响振动时效消应力效果的最主要的因素,但是频率对时效效果的影响也比较大,不容忽视,频率和原始残余应力、动应力和原始残余应力之间的交互作用比较明显。 2)通过比较分析试验得出动应力对振动时效效果的影响:在残余应力一定的情况下,随着外加动应力的加大,残余应力减小量也非线性增加,且它们之间的关系接近二次非线形关系。 3)在动应力、初始残余应力以及振动时间一定的情况下,频率对消应效果的影响很大,随着频率的升高,消应率呈下降趋势,并对此结果进行了分析解释。 这些都将对动应力判据的进一步深入研究有着重要的参考价值和指导意义。

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本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxgcxb200803042.aspx

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工艺参数对透明光学制品残余应力的影响*

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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

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all,theresidual

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optics

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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

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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

70

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◆

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

苫苦

j|}|jR翟

点位置,L,衄

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

[1]杨辉,王家邦,陆静娟.透明埋料用耐磨薄膜材料的研

究进展[J].材料科学与工程,2002.20(2):290一293

[2]丁凡,张曙光,李伟.光弹性方法在结构内力分析中的

应用[J].吉林建筑工程学院学报。1999.(3):40一46

[3]陆渝生,邹|一J彬,连志颖等.动光弹等差条纹的分析与

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

参考文献(5条)

1. 杨辉,王家邦,陆静娟.透明塑料用耐磨薄膜材料的研究进展[J].材料科学与工程,2002.20(2):290-2932. 丁凡,张曙光,李伟.光弹性方法在结构内力分析中的应用[J].吉林建筑工程学院学报,1999.(3):40-463. 陆渝生,邹同彬,连志颖等.动光弹等差条纹的分析与判读[J].解放军理工大学学报,2003.4(4):49-534. 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):6-95. 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

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设计了一套试验系统,并对影响振动时效效果的三个主要参数(动应力、频率以及初始残余应力)进行了试验研究: 1)通过正交试验来研究这三个参数的主次关系以及它们之间有无交互作用。试验结果表明:动应力σd和初始残余应力σr是影响振动时效消应力效果的最主要的因素,但是频率对时效效果的影响也比较大,不容忽视,频率和原始残余应力、动应力和原始残余应力之间的交互作用比较明显。 2)通过比较分析试验得出动应力对振动时效效果的影响:在残余应力一定的情况下,随着外加动应力的加大,残余应力减小量也非线性增加,且它们之间的关系接近二次非线形关系。 3)在动应力、初始残余应力以及振动时间一定的情况下,频率对消应效果的影响很大,随着频率的升高,消应率呈下降趋势,并对此结果进行了分析解释。 这些都将对动应力判据的进一步深入研究有着重要的参考价值和指导意义。

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本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_sxgcxb200803042.aspx

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