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Materials and Design
j o u r n a l h o m e p a g e : w w w . e l s ev i e r . c o m / l o c a t e / m a t d e s
塑料注射成型中薄壳塑料的翘曲和结构分析
关键词
注射成形
薄壳结构
结构分析
翘曲
田口
摘要
在这项研究中，用聚碳酸酯/丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（PC / ABS）热塑性塑料生产的细胞薄壳手机外壳被确定为模型。首先，使用Taguchi方法检查注入参数对不同厚度值的翘曲的影响。通过Moldflow plastic insight（MPI）4.0软件进行的分析发现翘曲值。发现PC / ABS材料翘曲最有影响的参数为包装压力。其次，为了确定导致塑料部件在手机外壳顶面上确定的点处失效的力，使用CATIA V5R12（一般结构分析）。除了用于电话制造的PC / ABS材料之外，还进行了ABS，PC，增强ABS，增强PC / ABS热塑性材料的结构分析，以确定性能。当我们看结构分析时，最强的材料是15％碳纤维增强PC / ABS，15％碳纤维增强ABS，PC，PC / ABS和ABS。手机顶部表面上最关键的一点是第2点
2008 Elsevier Ltd.保留所有权利。
1介绍
塑料材料通常用于工业的每个领域。最重要的原因是塑料的材料特性。这些特性中的一些是轻质，耐腐蚀，易于成型。最重要的是它们的物理和化学性质可以根据需要改变。塑料材料可用于包装，航空航天，建筑和建筑，汽车，电子产品。由于技术的进步和客户的需求，现在电子产品变得更小，更强，更美观。这种进步可以在日常生活中的手机中看到。今天手机尺寸越来越小，外观越来越美观。除了这些属性，用户还关心手机的耐用性。用户不希望它掉到地上，受到撞击，暴露在外会对手机造成伤害。随着手机的尺寸变小，构建手机的部件变得更小。这种情况对本研究中使用的部分有效。随着零件尺寸变小，其厚度变小。在塑料注射成型中，薄壁部件的生产非常困难。这很难，因为熔化的塑料不能轻易填充模腔。因此，薄壁部件中最重要的问题是翘曲。由于翘曲问题，通过使用注塑方法生产的部件不具有期望的形状和尺寸。预防翘曲问题的最佳方法是选择合适的塑料材料和注塑参数。部件厚度的减小也削弱了部件的强度。通过选择适当的耐久性材料可以解决这个问题。但是材
料可能适合零件的强度，但不适合零件的外观。
Huang和Tai [1]研究了注塑成型薄壁部件对翘曲的影响。使用C-Mold软件进行分析。他们使用Taguchi实验方法来决定注射参数。它们已达到这些参数的最佳值。结果，包装压力被认为是影响翘曲的最重要因素。可以看出，浇口位置和填充时间对翘曲影响不大。本文的结果作为本研究的参考。Shen et al. [2]对薄壁部件进行了数值分析，薄壁部件采用纤维增强的热塑性材料。使用模流软件进行分析。不同的注射参数（注射压力，熔体温度，模具温度，注射时间），不同的纤维（玻璃，长玻璃）不同的纤维比（40％，50％）和不同的厚度值（0.9 mm和1 mm）被使用了。笔记本计算机的外壳用作分析模型。Shen et al. [3]研究了注射镁和塑料之间的差异。通过使用不同的材料（ABS，ABS / PC和Mg），不同的注射参数（注射温度，模具温度，注射压力，注射时间）和不同的厚度值（0.9mm和1mm）在MPI软件中进行分析。为了达到最佳结果，模拟与田口实验方法相结合。笔记本计算机的外壳用作
分析模型。Shen et al.[4]通过使用MPI软件 检查了电子和计算机行业中使用不同参数（模具温度，注射温度，注射压力和注射时间），不同浇口位置的部件。Shen et al.[5]研究了塑料注射法生产的零件中的残余应力。为了分析，使用薄壁玩具车。
Liao et al.[6]已经做了一项研究，根据收缩和翘曲问题确定薄壁部件的最佳条件。手机盖用于分析。将模具温度，熔体温度，填充压力和注射速度作为注射参数。实验测试建立在Taguchi实验方法上。Cyco-one扫描仪，polycad和polyworks用于测量收缩和翘曲值。作为实验的结果，包装压力被认为是最有影响的参数。Kikuchi和Koyama [7]通过有限元法注塑，研究了采用塑料注射生产的圆盘形零件（采用含有33％玻纤的PA66材料）的零件厚度，翘曲和各向异性的关系。MARC命名软件用于有限元方法。 Kikuchi和Koyama [8]研究了圆盘形部件厚度对翘曲的影响。研究中使用的材料是30％纤维增强PA66。
利用Taguchi [9,13]，神经网络模型和遗传算法[10]，综合响应面法和遗传算法[11]，修正复杂方法[12]等优化方法优化翘曲的研究[12]，ANO-VA，薄壳塑料件的神经网络模型和遗传算法[14]，具有薄壳特征的热塑性部件的灰色模糊逻辑[15,16]，薄壳塑料件的响应面法[17]，制作了薄壳塑料件的响应面法和遗传算法[18]。在其他研究中，Guo et al.[19]对翘曲进行了数值模拟和实验验证。
在该研究中，通过使用MPI4.0软件进行的分析发现了翘曲值。翘曲分析是在借助Taguchi实验方法建立的表的帮助下完成的。 在通过模拟的结果获得翘曲值之后，使用MINITAB V14软件进行ANOVA分析以查看每个参数对war-page的影响。PC / ABS热塑性材料具有三种不同的厚度值（0.9,1和1.1mm）用于分析。在翘曲分析之后，为了分析导致塑料部件在手机盖的顶面上确定的点处失效的力，使用CATIA V5R12（生成结构分析）。采用ABS，PC / ABS，PC，15％碳纤维增强ABS和15％碳纤维增强PC / ABS材料（厚度为1 mm）进行分析，由CATIA完成。
2 实验研究
2.1塑料件
为了分析，使用手机外壳作为模型。它采用CA-TIA V5R12设计。 零件的尺寸为145 mm 60 mm 20 mm。通过使用三种不同的厚度值进行分析。这些值为0.9,1和1.1毫米。
2.2 注射参数
注塑成型中使用了一些参数，如填充时间，模具温度，浇口尺寸，熔体温度，填充压力，填充时间。Huang和Tai [1]发现翘曲问题中最有影响的因素是填料压力，模具温度，熔体温度，填料时间。在本研究中，注射参数取决于包装压力，模具温度，熔体温度，包装时间。
2.3 热塑性材料
在该研究中，使用了用于翘曲问题的PC / ABS-Cycoloy C1200（GE Plastics USA）材料。PC / ABS材料被选中，因为这种材料被学术界[6,16,17]和工业领域使用。研究了用于模型结构分析的五种不同材料。材料是：
ABS-Cycolac EP（GE Plastics Europe）。
PC / ABS - Cycoloy C1200（GE Plastics USA）。PC - Lexan 105（GE Plastics USA）。
ABS（15％碳纤维增强）- Electrafil J-1200 / CF / 15 / VO / ND BK2089（DSM工程塑料）。
PC / ABS（15％碳纤维增强） - Panlite BN-3120N（帝人化学品）。
这些材料的物理性质见表1;[20]。 这些值取自MPI 4.0的数据库。
2.4找到最佳的浇口位置
为了确定在模拟中将浇口位置放在何处，在MPI 4.0中进行了最佳浇口位置分析。该分析的结果如图1所示。根据分析结果，我们必须将浇口定位到用红色1 [13]显示的区域。
2.5使用的参数
用于翘曲分析的参数有包装压力，包装时间，熔体温度，模具温度。 用于分析的参数值可以在表2中看到。
在表2中，熔体温度和模具温度的第一和第三值取自MPI 4.0数据库。这些值属于PC / ABS（Cycoloy C1200）。表中的第二个值是第一个和第二个值的平均值。包装压力和包装时间的注射范围被组织为平均值。
3田口实验方法
在该研究中，L27（34）正交阵列显示在表3中。通过定位表2至表3中的值进行分析。
3.1注塑成型分析
该研究的分析由MPI 4.0软件完成。 使用的网格类型是“Midplane Mesh”。分析模型由5318个元素组成。 检查了PC / ABS材料的三种不同厚度值。浇口的位置由MPI 4.0的最佳浇口位置分析确定。冷却系统并不是最有效的因素之一; 属于冷却系统的值被视为默认值（冷却通道直径：10 mm，冷却通道与部件之间的距离：25 mm，通道编号：2，通道中心之间的距离：30 mm ）如图2所示的MPI 4.0软件。用于注射机器和模具材料，MPI 4.0软件的默认值（注塑机：模具材料：工具钢P-20）已经像冷却系统一样。
在MPI中完成的分析类型是“Cool Flow Warp”。从该分析可以获得4种不同类型的翘曲值。这些值是：
-
翘曲总数
（b）沿X轴的翘曲
（c）沿Y轴的翘曲
（d）沿Z轴的翘曲
在本研究中，总翘曲值用作翘曲值。
|
表1 |
表3 |
||||||||||||||||
|
材料的物理特性 [20] |
L27 (34) 正交阵列 |
||||||||||||||||
|
ABS |
ABS PC |
PC |
钢筋 |
钢筋 |
Analysis no |
A |
B |
C |
D |
||||||||
|
ABS |
ABS PC |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||||
|
材料结构 |
Amorf |
Amorf |
Amorf |
Amorf |
Amorf |
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资料编号：[2917] |
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