熔体黏弹特性对模内微装配成型制造精度影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.09.012

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (9): 66-72.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.09.012

熔体黏弹特性对模内微装配成型制造精度影响

付灵杰, 薛鹏, 周国发()

南昌大学资源与环境学院，南昌 330031

收稿日期:2023-12-21 出版日期:2024-09-26 发布日期:2024-09-27
通讯作者: 周国发（1962—），教授，主要从事聚合物成型技术与理论研究，ndzgf@163.com
E-mail:ndzgf@163.com
基金资助:
国家自然科学基金(21464009)

Effect of melt viscoelastic characteristics on manufacturing precision of in⁃mold micro assembly molding

FU Lingjie, XUE Peng, ZHOU Guofa()

School of Resources & Environmental，Nanchang University，Nanchang 330031，China

Received:2023-12-21 Online:2024-09-26 Published:2024-09-27
Contact: ZHOU Guofa E-mail:ndzgf@163.com

摘要/Abstract

摘要：

针对微细万向球形转动运动副的功能自润滑液膜辅助模内微装配成型，明晰其微装配界面直径制造公差—黏弹性热流固耦合冲击载荷、连续相变演化区厚度、热黏弹塑性应力—熔体黏弹弹性的多场协同耦合演化规律，是实现精密调控其制造精度的关键技术问题。结果表明，微装配界面直径制造公差受控于二次注射成型充填熔体的黏弹特性，当参考黏度由2 267 Pa·s增至15 000 Pa·s时，微装配界面直径制造公差由11 μm增至19 μm，增幅为72.7 %；而当松弛时间由0.05 s增至0.25 s，则由31 μm减至19 μm，减幅38.7 %；为了满足行业规范的尺寸制造公差技术指标≤30 μm的要求，不宜采用松弛时间小于0.05 s的高弹性熔体进行其功能自润滑液膜辅助模内微装配成型。

关键词: 万向球形转动运动副, 模内微装配成型, 尺寸制造公差, 黏弹特性, 模拟

Abstract:

Aiming at the functional self⁃lubricating liquid film assisted in⁃mold micro assembly molding of the micro universal spherical revolute motion pair， the key technical issue to achieve precise control of its manufacturing accuracy is to clarify the multi field collaborative coupling evolution law among the diameter manufacturing tolerance of the micro assembly interface， viscoelastic thermal fluid solid coupling impact load， the thickness of continuous phase transformation evolution zone， thermal viscoelastic plastic stress， and melt viscoelastic characteristics. The research results indicated that the diameter manufacturing tolerance of the micro assembly interface was controlled by the viscoelastic characteristics of the secondary injection molding melt. When the reference viscosity increased from 2 267 to 15 000 Pa·s， the diameter manufacturing tolerance of the micro assembly interface increased by 72.7 % from 11 to 19 μm. When the relaxation time increased from 0.05 to 0.25 s， the diameter manufacturing tolerance of the micro assembly interface decreased by 38.7 % from 31 to 19 μm. To meet the industry standard of dimensional manufacturing tolerance technical indicators ≤ 30 μm， it is not advisable to use a high elastic melt with a relaxation time ≤ 0.05 s for the functional self⁃lubricating liquid film assisted in⁃mold micro assembly molding.

Key words: universal direction spherical revolute kinematic pair, in?mold micro assembly molding, dimensional manufacturing tolerances, viscoelastic characteristics, simulation

中图分类号:

TQ320.66

付灵杰, 薛鹏, 周国发. 熔体黏弹特性对模内微装配成型制造精度影响[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 66-72.

FU Lingjie, XUE Peng, ZHOU Guofa. Effect of melt viscoelastic characteristics on manufacturing precision of in⁃mold micro assembly molding[J]. China Plastics, 2024, 38(9): 66-72.

图/表 16

图1 模拟方法实施流程图

Fig.1 Simulation method implementation flowchart

图2 运动副实体三维模型

Fig.2 3D solid model of motion pair

图3 可变组合一次与二次模腔结构示意图

Fig.3 Schematic diagram of variable combination primary and secondary cavity structures

材料	$η$ / $P a ⋅ s$	$η r$	ξ	λ/s	β
PS	15 000	0.067	1.87	0.1	0.22

材料	$η$ / $P a ⋅ s$	$η r$	ξ	λ/s	β
PS	15 000	0.067	1.87	0.1	0.22

表1 二次成型PS熔体PTT模型参数表

Tab.1 PTT model parameter of PS melt

表1 二次成型PS熔体PTT模型参数表

Tab.1 PTT model parameter of PS melt

Δ/K	E_g/MPa	E_r/MPa	X_E	T_g/K
1.7	300	1.4	0.003	388

表2 PMMA固体热黏弹性模量模型（3）参数表

Tab.2 Thermal viscoelastic modulus model （3） parameters of PMMA solid

材料回归参数变量名	变量值（ $T ≤ T g$ ）	变量值（ $T ≥ T r$ ）
σ₀	4 551.2	32.773
A₀₁	-11.23	0.052 24
B₀₁	-1 233.4	2 698.654
B₀₂	2 573.73	-3 656.2
B₀₃	-1 516.64	1 588.435
A₁	0.191 1	43.806
A₂	1.3×10^-3	-0.208 8
A₃	1.628×10^-6	2.595×10^-4
B₁	4.796 4	-637.165
B₂	-9.27	146.866

材料回归参数变量名	变量值（ $T ≤ T g$ ）	变量值（ $T ≥ T r$ ）
σ₀	4 551.2	32.773
A₀₁	-11.23	0.052 24
B₀₁	-1 233.4	2 698.654
B₀₂	2 573.73	-3 656.2
B₀₃	-1 516.64	1 588.435
A₁	0.191 1	43.806
A₂	1.3×10^-3	-0.208 8
A₃	1.628×10^-6	2.595×10^-4
B₁	4.796 4	-637.165
B₂	-9.27	146.866

表3 PMMA固体热黏塑性本构模型参数表

Tab.3 Thermoplastic constitutive mode parameters of PMMA solid

表3 PMMA固体热黏塑性本构模型参数表

Tab.3 Thermoplastic constitutive mode parameters of PMMA solid

图4 熔体黏弹特性对δc分布影响

Fig.4 Influence of melt viscoelastic properties on δC distribution

图5 微装配界面δcmax与熔体黏弹特性参数关系曲线

Fig.5 Micro assembly interfacial δCmax vs melt viscoelastic characteristic parameters

图6 提取路径示意图

Fig.6 Extract path diagram

图7 熔体黏弹特性对热流固耦合变形直径制造公差分布的影响

Fig.7 Influence of melt viscoelastic characteristics on distribution of diameter manufacturing tolerance for thermal fluid structure coupling deformation

参考黏度/Pa·s	考虑体积收缩直径制造尺寸公差/μm	松弛时间/ s	考虑体积收缩直径制造尺寸公差/μm
2 267	11	0.05	31
5 000	13	0.10	19
8 000	16	0.15	17
11 000	17	0.20	16
15 000	19	0.25	15

表4 黏弹特性对终点制品直径制造公差影响的数据表

Tab.4 Influence of viscoelastic characteristics on diameter manufacturing tolerance of end product

图8 熔体黏弹特性对相变演化区温度场的影响

Fig.8 Influence of melt viscoelastic characteristics on temperature field in phase transition evolution zone

图9 最大相变演化区厚度与黏弹特性的关系曲线

Fig.9 Maximum thickness of phase transition evolution zone vs melt viscoelastic characteristics

图10 熔体黏弹特性对热流固耦合压力分布的影响

Fig.10 Influence of melt viscoelastic characteristics on thermal fluid structure coupling pressure distribution

图11 熔体黏弹特性对热黏弹塑性正应力分布规律的影响

Fig.11 Influence of melt viscoelastic characteristics on thermal viscoelastic plastic normal stress distribution

图12 熔体黏弹特性对黏性拖曳剪切应力分布的影响

Fig.12 Influence of melt viscoelastic characteristics on thermal viscous drag shear stress distribution

参考文献 11

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