非对称温度场下微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的翘曲变形

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.011

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (12): 63-69.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.011

非对称温度场下微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的翘曲变形

于盛睿¹^,²(), 邹佳勇¹, 骆杰³, 曾义和⁴, 刘广¹, 凌妍¹, 王云明², 韩文¹, 周华民²

^1.景德镇陶瓷大学机电工程学院，江西景德镇 333403
^2.华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉 430074
^3.通达创智（厦门）股份有限公司，福建厦门 361000
^4.江西江铃集团新能源汽车有限公司，南昌 330013

收稿日期:2021-05-13 出版日期:2021-12-26 发布日期:2021-12-22
作者简介:于盛睿（1976—）男，博士，副教授，从事聚合物先进成型与创新设计、模具设计等领域研究工作，ysr.hotdog@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(52065029);江西省自然科学基金项目(20212ACB204013);江西省研究生创新基金项目(YC2020?S413)

Warpage of microcellular foaming and in⁃mold decoration combined injection molding under asymmetric temperature field

YU Shengrui¹^,²(), ZOU Jiayong¹, LUO Jie³, ZENG Yihe⁴, LIU Guang¹, LING Yan¹, WANG Yunming², HAN Wen¹, ZHOU Huamin²

^1.School of Mechanical and Electronic Engineering，Jingdezhen Ceramic University，Jingdezhen 333403，China
^2.State Key Lab of Material Processing and Die & Mold Technology，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China
^3.Tongda Smart Tech （Xiamen） Co，Ltd，Xiamen 361000，China
^4.Jiangxi Jiangling Group Electric Vehicle Co，Ltd，Nanchang 330013，China

Received:2021-05-13 Online:2021-12-26 Published:2021-12-22

摘要/Abstract

摘要：

以拉伸试验样条为研究对象，采用正交试验设计与流动仿真计算，对非对称温度场下微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺（MIM/IMD）中制品翘曲的影响因素进行分析，获取翘曲变形最小的最佳工艺参数组合。并对4种注射成型工艺（MID/IMD、IMD、MID、CIM）分别在X、Y、Z方向的翘曲变形仿真结果进行对比，分析不同成型工艺的翘曲变形在不同方向上的变化、泡孔半径及密度，探究微孔结构及分布对翘曲变形的影响规律。结果表明，熔体温度210 °C、注射速率55 cm³/s、充填体积98 %、超临界N₂浓度0.2 %（质量分数）、冷却时间40 s时，翘曲最小，翘曲变形最大减少3.414 mm；采用发泡工艺对制品的翘曲有一定的抑制作用；非对称温度场导致覆膜侧的泡孔尺寸及密度大于非覆膜侧，且温度较非覆膜侧高，使样条覆膜侧收缩变形慢于非覆膜侧，从而导致样条两侧产生具有向非覆膜侧内凹卷曲趋势的不均衡翘曲变形。

关键词: 注射成型, 微孔发泡, 模内表面装饰, 翘曲变形, 非对称温度场

Abstract:

Taking the tensile test sample as an example， we investigated the effects of main process parameters on the warpage under molding condition of asymmetric temperature field in the process of microcellular foaming and in?mold decoration combined injection molding （MIM/IMD） using an orthogonal experimental design and flow simulation to obtain an optimal combination of process parameters with minimum warpage. The simulation results of four injection molding processes （MIM/IMD， IMD， MIM， CIM） were then compared in the directions of X， Y and Z axis， including the warpage variation in different directions of samples， cell size and density to explore the influence of the microporous structure and distribution on the warpage. The results indicated that the warpage reached the minimum and the warpage decreased by a maximum of 3.414 mm when the melt temperature， injection rate， filling/holding pressure （V/P） switch， supercritical N₂ concentration， and cooling time we set as 210 °C， 55 cm³/s， 98 %， 0.2 wt%， 40 s， respectively. The application of microcellular foaming technology in the injection molding process can facilitate to reduce the warpage of the molded products. The asymmetric temperature field made the cell size and density greater those that in the non?film side. Moreover， the temperature in the film side was also higher than that in the non?film side. This made the shrink of sample in the film side slower than that in the non?film side. As a result， the unbalanced warpage in both sides of the sample tended to concave and curl towards the non?film side.

Key words: injection molding, microcellular foaming, warpage under molding, warpage, asymmetric temperature field

中图分类号:

TQ320.66⁺2

于盛睿, 邹佳勇, 骆杰, 曾义和, 刘广, 凌妍, 王云明, 韩文, 周华民. 非对称温度场下微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的翘曲变形[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 63-69.

YU Shengrui, ZOU Jiayong, LUO Jie, ZENG Yihe, LIU Guang, LING Yan, WANG Yunming, HAN Wen, ZHOU Huamin. Warpage of microcellular foaming and in⁃mold decoration combined injection molding under asymmetric temperature field[J]. China Plastics, 2021, 35(12): 63-69.

图/表 6

图1 拉伸样条模型

Fig.1 Tensile sample model

水平	A/s	B/°C	C/cm³·s^-1	D/%	E/%
1	10	210	10	86	0.2
2	20	220	25	90	0.5
3	30	230	40	94	0.8
4	40	240	55	98	1.1

表1 成型条件设定

Tab.1 Setting of molding conditions

试验号	翘曲变形量/mm	试验号	翘曲变形量/mm
1	5.251	9	4.068
2	4.865	10	3.956
3	4.896	11	6.680
4	5.512	12	6.119
5	4.877	13	4.593
6	5.822	14	5.140
7	5.169	15	3.588
8	5.867	16	6.440

表2 正交试验结果

Tab.2 Orthogonal test results

图2 不同因素水平翘曲变形量

Fig.2 Warpage of different factors and levels

图3 4种成型工艺条件下不同方向上的翘曲变形量

Fig.3 Warpage in different directions under four molding process conditions

图4 微孔发泡模内表面装饰复合成型（MIM/IMD）制品的熔体黏度、温度、泡孔分布及样条两侧温差分析

Fig.4 Melt viscosity， temperature， cell distribution and temperatrue difference distribution of composite molding products on the MIM/IMD of microcellular foam mold

参考文献 13

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非对称温度场下微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的翘曲变形

Warpage of microcellular foaming and in⁃mold decoration combined injection molding under asymmetric temperature field

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