纤维含量对注塑件翘曲变形的影响分析

陈晨

摘 要：文章重点研究能够使汽车成功减重的塑料复合材料的注塑成型方法和在此过程中遇到的种种问题，并通过专业的软件Moldflow模拟仿真进行试验得出结论来解决问题，分析了制品在注塑成型过程中各个重要的参数，以及对整个过程甚至最终成品的影响程度。

关键词：纤维；注塑；变形；影响

中图分类号：TQ320.66 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）09-0175-02

1 玻璃纤维对注塑成型过程及制品质量的影响

本文选取玻纤维增强塑料作为研究对象。它是以树脂（高分子）为基础，组织结构及其牢固，用涂、注、挤、压等方法来制成成品。玻璃纤维增强塑料由于其基体树脂种类繁多所以本身属性各不相同，但归纳起来大致可以分为两个大类，以热塑性树脂基体和热固性树脂基体为基体的两大类玻纤维增强塑料。这两大类玻纤维增强塑料中总共涉及到十几种常用的基体树脂。这两大类玻纤维增强塑料均可以通过注塑的方法使其成为成品。

本文使用三种方程对注塑成型的过程进行定性分析，包括连续性方程、动量方程和能量方程。

1.1 连续性方程

1.2 动量方程

1.3 能量方程

2 数值模拟

本文数值模拟选取短玻纤维增强的PP材料，由Idemit su Petrochemical公司生产的纤维质量分数为10%、20%、30%的材料。

本文的数值模拟对了对成型过程中的注射压力、锁模力以及翘曲变形的影响进行分析，因此试验观察的参数主要包括：模具温度（factor A）、熔体温度（factor B）、纤维含量（factor C）、保压时间（factor D）、保压压力（factor E）五个因素作为监测指标。

对于Taguchi方法进行注塑件翘曲变化试验中使用的主要工艺是采用正交矩阵计算注射位置处的压力与翘曲变形的关系，再通过偏差分析对定量进行估计，从而发现每个因素对翘曲变形的影响程度，采用信噪比优化的方法得到试验数据。

3 不同纤维含量对制件翘曲的影响

3.1 不同纤维含量对制件的成型工艺参数的影响分析

本文采用的正交试验步骤如下：

第一步：根据试验目的对试验指标进行选取，本文选择的指标包括充填时间、保压压力、保压时间、模具温度、熔体温度。

第二步：根据试验指标的具体情况选择参数的取值水平，从而对试验数据进行筛选，本文分别对纤维含量分别为0%、20%、30%的制品进行分析，其因素水平表如下文中所示。

第三步：以指标因素为列、水平程度为行结构设计正交表，并将实验数据与最后得到的翘曲变形量记录到正交表中。

通过对上述实验的数据和结论进行详细地分析和研究得出，具体结论如下：

前文所说的两个对制品翘曲程度影响比其他因素更大的因素是充填时的注射压力和注射速度。当纤维含量在0～20%之间时，翘曲变形量与填充时间呈正相关关系。当纤维含量为30%时，翘曲变形量与充填时间先是维持了一段时间的正相关关系后又突然变化为了负相关关系。因为充分的保压压力可以使制件注塑成型过程中的收缩量大幅缩小，增加制品的刚度，减小翘曲变形量。

3.2 对制件翘曲的影响

上面的试验的优化当中已经得到了针对不同纤维含量的注塑工艺参数，之后利用专业的模拟软件进行模拟分析，得到的纤维含量完全不同的翘曲变形量但是翘曲变形程度和分布卻非常相似，中心小，周围大，位置分布相似，并且与纤维含量同步变化，因此本文基于以上特点将翘曲变形量的最大值作为衡量变形情况的指标，见表1。

在表1中可以看到，纤维含量在0～20%之间的时候，优化的效果最明显，所以这个纤维含量区间为最优值。但如前文所说，纤维含量30%是个极为特殊的点，因为在这个点上翘曲程度优化完全失效并且效果还不如尚未优化之前，所以这里的最优值取的是尚未优化之前的最小值，见表2。

4 结 语

可以利用玻璃纤维来改变注塑品容易变形的现状，但不可忽视的是其也会为充填这个过程增加难度。增加纤维含量只能有效降低流动方向的注塑品的变形，而对别的方向上基本没有任何作用。高压力和高速度的注射是解决之前所说的充填难度的最好的方法。本文进行了上述模拟实验研究得出数据后进行分析最终得出：纤维在填充过程中受力后会产生取向，切产生的取向与纤维含量呈正相关关系，制件模量值也与纤维含量呈正相关关系，制件翘曲变形量则分两个阶段，第一个阶段是当纤维含量保持在20%以下时，其与纤维含量呈正相关，而反之超过了20%这个分界点则是负相关关系，这是因为在纤维量不足的情况下，纤维取向会比较大，此时基体和纤维变形不均匀导致变形量增大，而在纤维量足够大的时候由于模具也足够大，使得制件刚度增加翘曲变形的难度就随之增大了。

参考文献：

[1] 吴家福，丁毅.基于Moldflow与正交试验法的注塑参数优化[J].现代机械，2014，（1）.

[2] 刘成娟，吴秋平，何海琴，等.注塑浇口对带金属嵌件打印机板翘曲变形的影响[J].塑料工业，2014，（4）.