1绪论
1.1选题背景及意义
本文以微沟槽结构的平板件为研究对象，对微沟槽结构塑件的翘曲变形进行分析，确定影响塑件翘曲变形的因素，设计并制造了用于生产平板件的模具，并利用Moldflow软件对塑件的翘曲变形进行仿真分析，同时对塑件的翘曲量进行测量，建立了针对于平板件的翘曲测量方法。
1.2注塑件翘曲变形的原因
塑料制品出现翘曲变形的原因，主要是塑件在冷却收缩过程中产生的内应力，塑料制品的内应力主要包括流动诱导应力和热应力。一般来说，流动诱导应力比热应力小10倍，因此主要从热应力入手来研究塑件的翘曲变形。当塑料熔体从喷嘴进入到模腔中的时侯，当与外层金属部分接触的熔体最先冷却到聚合物的凝固温度之下的时候，在制品表面形成一定厚度的凝固层。刚开始冷却的时候，这层固化的薄层强度低，很容易变形。到了冷却后期，这凝固层随着厚度的增加强度加大，收缩变形越来越困难，使之受到一定的拉伸或压缩作用。后成型阶段，模内应力开始释放，制件发生变形，改变了制品内的残余应力，因而发生了翘曲变形。
3影响注塑件翘曲变形的因素
1.3.1模具设计对制件翘曲变形的影响
在模具结构的设计方面，影响塑件变形的因素主要有浇注系统、冷却系统与顶出系统设计等。
(l)浇注系统设计对注塑制品翘曲变形的影响注塑模具浇口的尺寸、大小及位置等将影响塑件冷却收缩过程的不均匀性，从而导致塑件产生翘曲变形。浇口的位置影响塑件的充模方式，因此要考虑型腔的布置和浇口开设部位的应力，防止动、定模闭合时承载能力的不均匀而使制品产生飞边现象。
(2)冷却系统设计对注塑制品翘曲变形的影响稳定的模具温度，均匀的冷却速度，以及合适的保压压力及保压时间，可以减少塑件的翘曲变形。如果塑件的厚度不均匀，那么塑件出现翘曲变形的可能性就大。在注塑过程中，动、定模的模具温度不宜相差过大，如果温差过大，那么尽管塑件在冷却初始阶段的温度一致，但是最终所要达到的模具温度不同，从而因冷却不均使塑件产生残余应力，应力释放后塑件出现翘曲变形。
(3)顶出系统设计对注塑制品翘曲变形的影响顶出系统的设计也会影响塑件的翘曲变形。如果顶出系统布置不平衡，将造成顶出力的不平衡而使塑件变形。因此，在设计顶出系统时，应力求与脱模力相平衡。
1.3.2工艺参数对制件翘曲变形的影响
在注塑成型过程中，工艺参数的调整对于塑件的翘曲变形有很重要的影响。注射机的注射压力和速率，影响充模时的取向应力，进而引起塑件的翘曲变形，熔体温度太低或注射压力太高会产生高的残余应力，塑件容易发生翘曲。模具温度也是一个重要的影响因素。制品需要冷却到模具温度的时候出模，否则注塑件出现了翘曲变形。
1.3.2工艺参数对制件翘曲变形的影响
在注塑成型过程中，工艺参数的调整对于塑件的翘曲变形有很重要的影响。注射机的注射压力和速率，影响充模时的取向应力，进而引起塑件的翘曲变形，熔体温度太低或注射压力太高会产生高的残余应力，塑件容易发生翘曲。模具温度也是一个重要的影响因素。制品需要冷却到模具温度的时候出模，否则注塑件出现了翘曲变形。
2001年，法国克莱蒙费朗第二大学的L.Dufort等对由碳\环氧材料制成的混合梁横截面处的翘曲变形问题进行了研究，为了能增加剪切模量而使翘曲变形很直观的表示出来，该混合梁的深宽比较低，从而使翘曲变形量可以直接的通过立方体模型预测出来。2005年，美国威斯康星大学麦迪逊分校的AdamKramschuster等对注塑微孔塑件的收缩和翘曲变形进行了研究，采用光学测量机对产品进行了测量，通过分析实验数据，得出结论:对于常规注塑方式来说，保压压力和时间对塑件翘曲变形量的影响最大。而采用微孔注塑技术可以减小塑件的收缩和翘曲变形，这种注塑成型方式是将气体和聚合物熔体混合物注入到模具的型腔中，从而降低了聚合物的粘度以及聚合物的玻璃化转变温度，可以使得塑件内部的残余应力降低，这就使得材料在较低的温度和压力水平下成型，进而在塑件内部产生的残余应力降低了，翘曲变形也就相应减小了，如图1.7所示。
2微沟槽平板件的模具设计
本章主要针对平板件进行模具设计，与传统的模具设计有所不同的是，为了注塑成型微结构部分，除了典型的设计之外，还要对模具的温控系统、排气系统等进行设计，通过模温机来控制模具的温度，从而提高注塑件的填充率。
2.1微沟槽平板件设计
为解决平板件的翘曲变形问题，本文在平板件上设计一组深宽比不同的微沟槽结构，如图2.1和2.2所示。
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，其作用是使从分流道流过来的塑料熔体以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满后，浇口部分的熔体能迅速地凝固而封闭浇口，防止型腔内的熔体倒流。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。本文选用的注塑材料为PMMA，流动性很差，所以本文选用扇形浇口。扇形浇口是矩形侧浇口的特殊形式，这种浇口的优点是，它的侧浇口的形状是沿进料方向逐渐变宽，而厚度逐渐减至最薄的形式渐渐展开的，所以熔融的塑料在流经浇口时在横向得到更为均匀的分配，减少了流纹和定向效应，降低了塑件的内应力和避免了带入空气的可能性，从而防止塑件产生翘曲变形和气泡。扇形浇口的面积S应按一般侧浇口的公式计算，即按式(2.1)计算，如图2.6所示，
3 微沟槽平板件的翘曲仿真..................... 28-36
3.1 Moldflow模型分析 .....................28-30
3.1.1 模型的网格划分及修复 .....................28-29
3.1.2 注塑机参数的设置 .....................29-30
3.2 仿真正交实验..................... 30-35
3.2.1 注塑机工艺参数设置..................... 30-31
3.2.2 交实验表..................... 31-32
3.2.3 极差分析法..................... 32-35
3.3 本章小结..................... 35-36
4 微沟槽平板件的翘曲测量实验..................... 36-45
4.1 平板件的翘曲测量原理 .....................36-38
4.2 平板件的翘曲测量步骤 .....................38-39
4.3 平板件的翘曲测量数据 .....................39-43
4.4 平板件翘曲测量方法的误差分析..................... 43-44
4.5 本章小结 .....................44-45
结论
翘曲变形作为注塑件生产过程中常见的问题之一，因对后期塑件的使用影响很大，正逐渐变为研究和讨论的热点。典型的常规注塑件像手机外壳、玩具外壳等因其应用广泛，故针对于塑件的翘曲变形研究方法与测量方案很多。随着注塑技术向微型化及小型化发展，微小型塑件因其体积小，携带方便等特点，将成为未来注塑行业的趋势。这类塑件像手机导光板、细胞培养皿等，今后对于此类塑件的翘曲变形问题也许成为研究的焦点。
本文基于平板件进行了研究，其主要研究结果如下:
(1)设计并制作了用于生产平板件的微注塑模具，结合了传统模具的设计方法及注塑机的安装和尺寸要求，在选取模具模架部分的同时进行了改进，并在此基础上，补充设计了模具的真空系统及热水道，通过计算脱模力获得顶杆直径尺寸，并进行了校核。
(2)利用正交实验方法对影响微沟槽平板件和光滑平板件翘曲变形的工艺参数进行正交实验优化，结合极差分析方法，确定对微沟槽平板件翘曲变形量影响最大的工艺参数是保压时间。
(3)利用Moldlfow软件分析了单一微沟槽的位置对平板件翘曲变形的影响，微沟槽结构分布改变了平板件表层与心部冷却的差异，使塑件的冷却更加均匀，从而减小了翘曲量。
(4)综合仿真实验模拟结果，制备了上述两种平板件，并对两种塑件的翘曲变形进行了测量，在测量方法上，以常规注塑件的翘曲测量方式作为基础，利用“中间层”概念作为平板件的翘曲测量方法。本文建立了翘曲测量公式，公式中排除了由于型腔的厚度不均所带来的误差。同样的，在工艺参数及注塑条件不变的情况下，设计了正交实验，验证了仿真分析所得出的结论，微沟槽平板件比光滑平板件的翘曲变形量要小0.O46mm。
参考文献
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