PMMA/PC复合平板叠层注射压缩成型翘曲变形计算模拟

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.04.010

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (4): 53-59.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.04.010

PMMA/PC复合平板叠层注射压缩成型翘曲变形计算模拟

孙琦伟¹, 陈宇宏¹(), 董书源², 郎建林¹, 周晓伟³, 张云³

^1.中国航发北京航空材料研究院透明件研究所，北京 100095
^2.吉林大学数学学院，长春 130012
^3.华中科技大学材料成型及模具技术国家重点实验室，武汉 430074

收稿日期:2020-11-23 出版日期:2021-04-26 发布日期:2021-04-21

Warpage Simulation of Overmolding Injection Compression Molded PMMA/PC Composite Panels

SUN Qiwei¹, CHEN Yuhong¹(), DONG Shuyuan², LANG Jianlin¹, ZHOU Xiaowei³, ZHANG Yun³

^1.Institute of Transparency，Beijing Institute of Aeronautical Materials，Beijing 100095，China
^2.School of Mathematics，Jilin University，Changchun 130012，China
^3.State Key Lab of Mold＆Die Technology，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China

Received:2020-11-23 Online:2021-04-26 Published:2021-04-21
Contact: CHEN Yuhong E-mail:cyhcdj@163.com

摘要/Abstract

摘要：

建立了一种基于注射成型模拟软件Moldflow和有限元软件ABAQUS联合计算模拟的方法，以用于分析聚甲基丙烯酸甲酯/聚碳酸酯（PMMA/PC）复合平板叠层注射压缩成型的翘曲变形。通过两步法完成翘曲变形的数值模拟：首先采用Moldflow软件对叠层注射压缩成型进行充填、保压和模具内冷却分析；然后将Moldflow获得的制件脱模时温度场和网格文件导入ABAQUS进行分析，计算脱模后制件完全冷却至室温的翘曲量，将应力释放的翘曲值与完全冷却的翘曲值线性相加得到平板的最终翘曲。同时通过注射成型实验实测PMMA/PC复合平板的翘曲变形。结果表明，联合计算模拟结果与实验结果的匹配性较好。

关键词: 叠层注射压缩成型, 翘曲, 模拟, 聚甲基丙烯酸甲酯, 聚碳酸酯

Abstract:

A joint simulation method was established on the basis of the Moldflow and ABAQUS softwares to analyze the warpage of overmolding injection-compression molded PMMA/PC composite panels. The numerical simulation of the warpage was carried out through a two-step method. The filling， packing and cooling stages during the overmolding injection compression molding process were first analyzed by the Moldflow software. The temperature field of the demol-ded part and the grid file obtained from the Moldflow analysis were then imported into the ABAQUS software to calculate the warpage when the composite panels were completely cooled to room temperature after demolding. The warpage resulting from the stress release and complete cooling were linearly added to obtain the final value. Meanwhile， the war-page of the part was measured through an injection-molding experiment. The results indicated that the joint simulation was in good agreement with the experimental results.

Key words: overmolding injection compression molding, warpage, simulation, polymethylmethacrylate, polycarbonate

中图分类号:

TQ 320.66

孙琦伟, 陈宇宏, 董书源, 郎建林, 周晓伟, 张云. PMMA/PC复合平板叠层注射压缩成型翘曲变形计算模拟[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 53-59.

SUN Qiwei, CHEN Yuhong, DONG Shuyuan, LANG Jianlin, ZHOU Xiaowei, ZHANG Yun. Warpage Simulation of Overmolding Injection Compression Molded PMMA/PC Composite Panels[J]. China Plastics, 2021, 35(4): 53-59.

图/表 12

图1 脱模时应力释放的翘曲约束面

Fig.1 Warpage restraint surface for stress release during demolding

图2 PMMA/PC复合平板的成型顺序流程图

Fig.2 Flow chart of the forming sequence of PMMA/PC composite panel

材料	密度/kg·m^-3	弹性模量/MPa	泊松比	比热/J·（kg·C）^-1	导热系数/W·（m·C)^-1	热膨胀率
PC	1 190	2 280	0.417	1 880	0.250	7.3×10^-5
PMMA	1 176	2 256	0.341	1 600	0.215	1.39×10^-4

表1 PC和PMMA的物理性能

Tab.1 Physical properties of PC and PMMA

图3 PMMA/PC复合平板网格模型

Fig.3 Grid model of PMMA/PC composite panel

图4 叠层注射压缩成型PMMA/PC复合平板

Fig.4 Overmolding injection compression molded PMMA/PC composite panel

图5 不同放大倍数下复合平板PMMA/PC界面的SEM照片

Fig.5 SEM of the PMMA/PC interface of the composite flat panel under different magnifications

图6 复合平板脱模时最大翘曲测量示意图

Fig.6 Schematic diagram of maximum warpage measurement of composite panel during demolding

图7 脱模时复合平板的初始应力分布

Fig.7 Initial stress distribution of the composite panel during demolding

图8 采用ABAQUS计算复合平板应力释放的翘曲结果

Fig.8 Warpage of the composite panel after stress release by ABAQUS

图9 采用ABAQUS计算复合平板脱模后的翘曲结果

Fig.9 Warpage of the composite panel after demolding by ABAQUS

图10 复合平板最终翘曲分布图

Fig.10 Warpage distribution of composite panel

计算模拟方法

翘曲值/mm

Moldflow模拟

ABAQUS计算（脱模时应力释放）

ABAQUS计算（脱模后的翘曲值）

4.49

-3.15

6.75

表2 基于数值模拟与实物测试的复合平板翘曲值比较

Tab.2 Warpage of the composite panel by numerical simulation and injection experiment

参考文献 23

1	石琳. 现代飞机风挡及舱盖透明材料的发展［J］. 航空制造工程，1994，（12）：26⁃27.
	SHI L. Development of Transparent Materials for Modern Aircraft windshields and Canopies［J］. Aviation Production Engineering， 1994，（12）：26⁃27.
2	颜悦，厉蕾. 航空座舱透明材料应用研究新进展［M］. 国防工业出版社，2011：5⁃8.
3	李钊，厉蕾. 透明聚氨酯中间层的微观结构对层合玻璃光学性能的影响［J］. 高分子材料科学与工程，1995，（4）：133⁃137.
	LI Z， LI L. The Effect of Microstructure of Interlayer PU on The Optical Characteristics of Laminated Plastic Articles［J］. Polymer Materials Science & Engineering， 1995，（4）：133⁃137.
4	胡开元. 双色注塑技术及其应用研究［D］. 江苏：江苏大学，2010.
5	彭响方，许超，林逸全. 多组分注射成型新技术［J］. 工程塑料应用，2004，32（9）：32⁃35.
	PENG X F， XU C， LIN Y Q. New Technologies of Multi⁃component Injection Molding［J］. Engineering Plastics Application， 2004，32（9）：32⁃35.
6	李健辉. 基于表面模型的塑料注射成型残余应力与翘曲变形研究［D］. 武汉：华中科技大学，2009.
7	周华民，刘芬，李德群. 塑料注射成型应力与翘曲的集成模拟［J］. 塑性工程学报，2008，15（2）：84⁃89.
	ZHOU H M， LIU F， LI D Q. An Integrated Simulation of Residual Stress and Warpage for Plastic Injection Molding［J］. Journal of Plasticity Engineering，2008，15（2）：84⁃89.
8	YOUNG W B. Effect of Process Parameters on Injection Compression Molding of Pick up Lens［J］. Applied Mathematical Modelling， 2005， 29（10）： 955⁃971.
9	BARGHIKAR H， MOSADDEGH P. Experimental and Simulation Study on The Optimum of The Geometrical Quality of Bi⁃convex and Bi⁃concave Lenses Produced by Injection Molding Process［J］. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering， 2019，41（1）：24.
10	MOSADDEGH B H， MASOUMI P. et al. The Effect of Packing Phase and Mold Temperature on The Directional Warpage of Spherical Lenses Using The Injection Molding Process［J］. SN Applied Sciences，2019，1（6）：598.
11	MARTOWIBOWO S Y， KHLOEUM R. Minimum Warpage Prediction in Plastic Injection Process using Taguchi Method and Simulation［J］. Manufacturing Technolegy，2019，19（3）： 469⁃476.
12	ROSLI M U， ISHAK M I， et al. Simulation⁃Based Optimization of Plastic Injection Molding Parameter for Aircraft Part Fabrication Using Response Surface Methodology （RSM）［J］. Materials Science and Engineering， 2019，551（1）.
13	CHEN Y F ， ZHU J J. Warpage Analysis and Optimization of Thin⁃walled Injection Molding Parts Based on Numerical Simulation and Orthogonal Experiment［J］. Materials Science and Engineering，2019，688.
14	戚传振. 可视化导光板注射压缩模具的设计与实验［D］. 北京：北京化工大学， 2013.
15	HIM L W. Injection Compression Molding （ICM） process development for the warpage and stress reduction on polymeric microfluidic chip applications［D］.Singapore： Nanyang Technological University，2020.
16	郭丽娜. 聚碳酸酯汽车玻璃注塑压缩成型数值模拟与实验研究［D］. 黑龙江：哈尔滨工业大学，2013.
17	KIMA B， MIN J. Residual Stress Distributions and Their Influence on Post⁃manufacturing Deformation of Injection⁃molded Plastic Parts［J］. Journal of Materials Processing Technology，2017，245：215⁃226.
18	杨虎振. 基于CAE技术的注塑制品翘曲变形研究［D］. 江苏：江苏大学，2008.
19	李欣欣. 薄壁件注射成型的翘曲变形分析与工艺优化［D］. 江苏：江苏大学，2010.
20	CAO W， MIN Z， ZHANG S， et al. Numerical Simulation for Flow⁃induced Stress in Injection/Compression Molding［J］. Polym Eng Sci， 2016， 56（3）： 287⁃98.
21	CAO W， HUA S， ZHANG S， et al. Three⁃Dimensional Viscoelastic Simulation for Injection/Compression Molding Based on Arbitrary Lagrangian Eulerian Description［J］. Journal of Computational and Nonlinear Dynamics， 2016， 11（5）.
22	严波，李阳，赵朋，等. 基于改进有限体积法的三维注塑成型充模过程数值模拟［J］. 机械工程学报，2015，51（10）：25⁃32.
	YAN B， LI Y， ZHAO P， et al. 3D Simulation of Filling Stage of Plastic Injection Molding Based on Improved Finite Volume Method［J］. Journal of Mechanical Enginee⁃ring， 2015，51（10）：25⁃32.
23	曾攀. 有限元分析及应用［M］. 清华大学出版社， 2004：344⁃357.

[1]	黄雪梅, 柳和生, 黄兴元, 余忠, 江诗雨. U型件的气体辅助挤出成型工艺的数值模拟与实验研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 93-103.
[2]	刘政, 刘振峰, 周国发. 双螺杆湿法制粒关键质量属性调控机理模拟研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 100-107.
[3]	邓世欣, 王建, 杨卫民. 增强反应注射成型机混合头内流体高压高速对撞过程模拟与分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 130-136.
[4]	张庆弢, 毕超. 基于CFD⁃DEM的水下切粒装置水室内颗粒流动过程数值模拟[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 87-91.
[5]	何和智, 徐力, 杨以科. 预应力对PC/CF层合板力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 1-5.
[6]	徐晓卉, 赵洁, 沈康俊, 刘曙. 聚苯乙烯杯中苯乙烯在豆制品、粥类食品和醇类模拟物中的迁移对比[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 128-134.
[7]	蒋经纬, 刘振峰, 周国发. 连续化双螺杆混合机混合均匀性调控研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 142-148.
[8]	班董董, 王丹华, 刘奎, 李亚楠, 李涵, 戴亚辉. 波状双螺杆元件混炼性能的数值模拟[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 95-101.
[9]	李永青, 杨小龙, 陈文静, 闫晓堃, 马秀清. 改性剂及高密度聚乙烯插层和剥离蒙脱石的分子动力学模拟[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 67-74.
[10]	于志省, 李应成, 王洪学, 庞馨蕾, 王宇遥. PA6/PC基激光直接成型材料研究及其立体结构制件制备[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 8-12.
[11]	罗飞, 李翠娟, 刘卓佳, 刘雨欣, 石素宇, 党旭丹, 刘春太, 赵永涛. 聚碳酸酯动态黏弹性能与分子取向态的关系[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 81-86.
[12]	董星彤, 王向东, 孙晓红, 陈士宏. 密度泛函理论在聚合物发泡领域中的应用研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 126-133.
[13]	盛天阳, 谭晶, 张政和, 高晓东, 于景超, 程礼盛, 杨卫民. 微纳层叠聚丙烯腈凝胶流动特性的数值模拟研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 74-79.
[14]	王瑞喆, 柳和生, 黄兴元, 余忠, 江诗雨, 刘同科. 不同进气角度对片材气辅挤出成型的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 80-86.
[15]	周国发, 张馨予, 傅彬益. 模内微装配成型运动副界面损伤变形模拟分析[J]. 中国塑料, 2021, 35(6): 60-67.

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