高分子材料PVT特性在线测试技术及其在注射成形CAE仿真中的应用

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第１ 期
谢 鹏程 ， ： 等 高分子材 料 Ｐ Ｔ特性 在 线测试技 术及 其在 注射 成形 Ｃ Ｅ仿 真 中的应 用 Ｖ Ａ
针对 高分子 材料 样 品 ， 由于需要 人为创 造 高温 、 高压 的成形 环境 ， 测试 条 件 与 实 际加 工 工 艺 过程 并 不 一 致 ． 用这 种离 线测 试 方 法 虽然 可 以得 到高 分 子 材 采 料 Ｐ Ｔ参数 ， 由于测试 过程 无 法真 实 反 映成 形 过 Ｖ 但 程 中材料实 际 的温 度 、 力 和 比体 积 等 物理 量 的 变 压 化历 程 ， 用这 些参数 进行 Ｃ Ｅ数值 模 拟分 析必 然 利 Ａ
ｓ ｍ ｐ ｅ ． Ｔｈ ｒ ｓ ｌｓ ｈ ｗ ｔ ａ ｔ ｓｍｕｌｔ ｎ ｈｒｎ ａ ｅ ａｅ ｂ ａ ｎ ｄ ｙ ｓｎ ｏ －ｉ ｅ ｅ ｔ ＶＴ ａ ｌｓ ｅ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｈｅ ｉ ａ ｉ ｓ ｉ ｋ ｇ ｒ ｔ ｏ ｔ ｉ ｅ ｂ ｕ ｉ ｇ ｎ ｌｎ ｔ ｓ Ｐ ｏ Ｄ ｒ ｍｅｅ ｓ ｉ ｌｓ ｒｔ ｈｅ ａ ｔ ａ ａｕ ． Ｔｈ ｔ ｔ ｑ ｔｏ ｆＰＶＴ ｅ ａｉｎｓ ｉ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｏ －ｉ ｅ ｔ ｓ ａ ａ ｔ ｒ ｓｃ ｏ ｅ ｏ ｔ ｃ ｕ ｌｖ ｅ ｌ ｅ ｓａ ｅ ｅ ｕａｉｎ ｏ ｒ ｌｔｏ ｈ ｐ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎ ｌ ｅ ｔ ｎ
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响应 更快 、 布更 均 匀 ； 用 高 刚 性 的模 具 型 腔 材 分 采
机 械力 学性 能等其 他 参 数 一样 ， 是其 自身 固有 的物
理 特性 ． 只有 掌 握 高 分 子 材 料 的 Ｐ Ｔ性 能 参 数 ， Ｖ 才
能 通过 Ｃ Ｅ数 值模 拟 方 法 准 确 预 测 成 形 制 品形 状 Ａ 和 尺寸 的精度 以及 翘 曲 、 收缩 和气 泡等成 形缺 陷 ．
高分 子 材料 Ｐ Ｔ特 性 在线 测 试 技 术及 其 Ｖ 在 注射 成 形 Ｃ Ｅ仿 真 中 的应 用 Ａ
谢 鹏 程 王 建 丁 玉梅 杨 卫 民 ， ， ，
（ ．北京化工大学 机 电工程 学院，北京 １ １０ ２ ； ．北京理工大学 化工与环境学院 ， ００９ ２ 北京 １０ ８ ） ０ ０ １
收 稿 日期 ： ０ １０ —６ 修 回 日期 ： ０ １ １—９ ２ １ —８２ ２ １ —１０
基 金 项 目 ：国家 自然科 学基 金 （ １７０ ５ ０ ７ ０９） ２ １４பைடு நூலகம்１ ；５９ ３ ０
作者简介 ：谢鹏程（ ９９ ） 男， １７ 一 ， 湖南洞 口人 ， 副教授 ， 士， 博 研究方向为精密注射成形原理及装备 、 精密注射 成形 可视化 、 高分子材料成形加 工
ｍｏｄ ｎ ｌｉｇ
０ 引 言
作 为现 代 制造 业 重要 的基 础材 料 ， 高分 子材 料 越来 越 多地取 代传 统 金 属 材料 和 无 机 非 金属 材 料 ，
广泛 应用 于汽 车 、 电 、 子信 息 、 空 航 天 和 国 防 家 电 航
量等． 国外现有的高分子材料 Ｐ Ｔ关系测试仪器都 Ｖ
Ｄ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｔ ｉ ｅ ｒ ｍ ｔ ｅ ｎ．ｉ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ －ｉ ｅ ｅ ｔ ｅ ｉ ｅ ａ ｅ ｐ ｌｅ ｉ ＣＡＥ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｆ ａ ａ ｔ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｆｏ ｈ ｏ １ｎ ｔｓ ａ ｄ ｆ ｌｎ ｔｓ ｄ ｖｃ ｓ ｒ ａ ｐ ｉｄ ｎ ｉ ｌｔｏ ｏ
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第２ 卷 第 １ ｌ 期 ２１ ０ ２年 ２月
计 算 机 辅 助 ． 程 Ｙ －
Ｃｏ ｕ ｅ ｄ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｎ ｍｐ ｔｒ Ａｉ ｅ ｇｎｅ ｒ ｇ ｉ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １２ｌ １
Ｆｂ ０２ ｅ ．２ １
文 章 编 号 ：０ ６—０ ７ （０ ２ ０ —０ ８０ １０ ８ １ ２ １ ） １００ ，４
会产 生较 大 的误 差 ．
军工 等诸 多领 域． 随着科 学技术 的发 展 ， 领域 对于 各 高分 子 材料制 品 的精 度 要 求越 来 越 高 ． 属 材料 的 金
加 工制 造主要 以切 削 加 工 为 主 ， 过 控 制 切 削量 保 通
障制品精 度 ； 而高 分子 材 料 的加 工制 造 过 程 则 以注 射成 形 为主 ， 产 品 的尺 寸 和 形状 精 度 取 决 于对 材 其 料在 加工 过程 中 Ｐ Ｔ变化规 律 的掌握 和 控 制． Ｖ 高分
ｔｃ ｎ ｌｇ ａ ｉｎ ｆｃ ｎｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌ ｔ ｎ，ｗｈ ｃ ｒ ｖｄ ｓ ａ ｍｐ ｒａ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｃ ｎ ｓｇ ｉ ａ ｔ ｉ ｒ ｖ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａ ｉ ｙ ｉ ｙ ｏ ｉｈ ｐ ｏ ｉ ｅ ｎ ｉ ｏ ｔ ｎ ｔｃ ｎ ｃ ｌｓ ｐ ｏ ｔｆ ｒＣＡＥ ｓｍｕ ａｉｎ ａ ａｙ ｉ ｆｐ ｌｍｅ ｌ ｉ ｇ ａ ｄ ａ ｖ ｎ ｅ ｎ ｆ ｃｕ ｉ ｇ ｅ ｈ ｉ ａ ｕ ｐ ｒ ｏ ｉ ｌｔｏ ｎ ｌ ｓｓｏ ｏｙ ｒｍｏｄ ｎ ｎ ｄ ａ ｃ ｄ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒｎ ．
摘 要 ： 对 离线测试 方法 无法真 实反 映注射 成形 过程 中高分 子材 料 实际 Ｐ Ｔ参 数 的 变化 历 程 ， 针 Ｖ 利
用这 些参数 进行 Ｃ Ｅ仿 真会 产生较 大误 差的 问题 ， 发 基 于 注塑机 的 高分 子 材料 Ｐ Ｔ关 系在 线 Ａ 研 Ｖ
测试技 术和 装置 ． 分别 采 用在 线测 试和 离线测 试装 置 获得 Ｐ Ｔ参数进 行 注射 成 形 Ｃ Ｅ模 拟 ， Ｖ Ａ 并将 模 拟 结果与 实际注射成 形样 品进行 对 比． 结果表 明利 用在 线测 试 Ｐ Ｔ参 数模 拟得 到 的制 品 收 缩率 Ｖ
９
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子 材料 的 Ｐ Ｔ关 系 描 述 比体 积 随温 度 和压 力 的改 Ｖ 变 而发 生 的变 化情 况 ， 与材料 的流 变性 能 、 性能 和 热
本文 通 过 系统 的研究 和多 次反 复 的试 验 ， 以注
塑机 本身作 为测 试 平 台 ， 明基 于注 射 成形 过 程 的 发 高分 子材料 Ｐ Ｔ关 系在 线测 试 方法 和 装 置 ， 接 对 Ｖ 直 注射 成形 过程 中模 腔 内高 分 子 材 料 的 Ｐ Ｔ参 数 进 Ｖ 行在 线测试 ． 线测试 装 置采用 薄壁 锥筒 形试样 ， 在 取 代现 有 的圆柱 形试 样 ， 在 底 部采 用 等 截 面直 段 结 并 构设 计 ． 由于锥 度 的存 在 ， 测试 样 品在 温度 或压力 变 化 时 ， 映 比体 积 变化 的微米 量 级 位 移 量被 放 大 反 ２ ０倍 以上 ； 样 的薄壁 型结 构使 温 度 和压 力 的变 化 试
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更接 近 实际值． 以在线 测试技 术 为基 础 建 立的 Ｐ Ｔ关 系状 态 方程 可 显著提 高数 值模 拟 精 度 ， 高 Ｖ 为
分子 材料成 形加 工 Ｃ Ｅ仿真 分析 和先进 制造提 供 重要 技 术 支撑 ． Ａ 关键 词 ：高分 子材料 ； Ｖ Ｐ Ｔ特 性 ；在 线测试 ；离线测试 ； Ａ Ｃ Ｅ仿真 ；注射成 形
中图分 类号 ： Ｑ ２ ．６ Ｔ １ ５ １ Ｔ ３０ ６ ； Ｂ １ ． 文 献标 志码 ： Ｂ
Ｏｎ－ｉ ｅ ｔ ｓ ｅ ｈｎ ｑ ｅ ｏ ｏ ｙ ｅ ａ ｅ ｉ ｌＰＶＴ ｏ ｅ ｔ ｎ ｌｎ ｅ ｔｔ ｃ ｉ ｕ ｆ ｐ ｌ ｍ ｒ ｍ ｔ ｒ ａ ｐｒ ｐ ｒ ｙ ａ ｄ
我 国的高分 子 材 料 Ｐ Ｔ测 试 技 术 长期 处 于 空 Ｖ 白， 全球 也仅有 ３家 各属 于德 国 、 日本和美 国的公 司
料等 技术 措施 ， 减小 型腔 自身 的变 形 量 对 测量 精 度 的影 响 ． 线测 试装 置 主要 由精 密模 具 、 在 高精度压 力
掌 握． 中 ， 塞 圆筒 （ ｉｏ — ｌ ｄｒ 技 术 和封 闭 其 柱 ｐｓ ｎｃ ｉ ｅ） ｔ ｙｎ