注射壓縮成型制品殘余應(yīng)力形成機(jī)制及光學(xué)性能研究.pdf

1、注射壓縮工藝是成型精密塑料制件的有效途徑，可制造高性能光學(xué)制件。但其較復(fù)雜工序造成制品性能的影響因素多，不易獲取最優(yōu)成型方案;常規(guī)二維模擬軟件對(duì)厚制品殘余應(yīng)力和光學(xué)性能的預(yù)測(cè)精度低，無法預(yù)測(cè)厚度效應(yīng)。本論文開展三維數(shù)值模擬，結(jié)合實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行驗(yàn)證，分析了注壓成型制品殘余應(yīng)力的形成機(jī)制和各因素對(duì)光學(xué)性能影響規(guī)律。主要工作及成果概括如下:
　　 1.采用Moldex3D軟件進(jìn)行了注壓成型過程三維流動(dòng)仿真，系統(tǒng)研究了工藝條件對(duì)制品殘余應(yīng)力

2、及光學(xué)性能的影響規(guī)律。模擬時(shí)，考慮模腔厚度方向流動(dòng)、熔體可壓縮性，選用考慮剪切生熱、增壓和變溫引發(fā)黏彈性及松弛進(jìn)程變化的White-Metzner本構(gòu)模型;充填階段應(yīng)用變形網(wǎng)格系統(tǒng)和體積分?jǐn)?shù)追蹤熔體流動(dòng)前沿;熱應(yīng)力則是考慮熱變形和時(shí)溫等效積分計(jì)算。對(duì)2mm厚梯形平板試樣成型模擬表明:自澆口距離越遠(yuǎn)的中心線上，流動(dòng)殘余應(yīng)力呈S型減小趨勢(shì)，而熱殘余應(yīng)力呈W型變化，后者比前者小一個(gè)數(shù)量級(jí)，總殘余應(yīng)力也呈S型減小趨勢(shì)。較高熔體溫度、較低壓縮速度

3、、較大壓縮間隙以及適當(dāng)高的注射速度有助于降低制品流動(dòng)殘余應(yīng)力;提高模具溫度和延長(zhǎng)冷卻時(shí)間可略微降低殘余應(yīng)力，改變注壓工藝參數(shù)對(duì)制品熱殘余應(yīng)力的影響并不明顯?；趹?yīng)力-雙折射差比例關(guān)系可得到類似的雙折射差變化規(guī)律。采用光彈條紋法測(cè)試成型制品殘余應(yīng)力與預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，模擬結(jié)果接近實(shí)驗(yàn)值。
　　 2.仿真表明:澆注系統(tǒng)影響熔體充填的速度、時(shí)間及剪切速率，對(duì)成型制品的流動(dòng)殘余應(yīng)力影響顯著，但對(duì)熱殘余應(yīng)力的影響并不明顯。在所設(shè)計(jì)四種類型

4、的澆口中，護(hù)耳式澆口成型的制品應(yīng)力水平最低;進(jìn)膠位置和澆口尺寸較小地影響制品中央部位應(yīng)力分布，高應(yīng)力部位變化不大;注壓成型中采用熱流道可略微降低制品中央部位的熱殘余應(yīng)力，但流動(dòng)殘余應(yīng)力增大致使總殘余應(yīng)力增大。
　　 3.對(duì)不同厚度制品成型分析表明，相對(duì)普通注射工藝，注壓工藝可降低厚度方向流動(dòng)速度、剪切速率及因此造成的流動(dòng)殘余應(yīng)力;壓縮可減小熔體流程和熱歷程差異，模腔內(nèi)熔體壓力及因此形成的制品密度和熱殘余應(yīng)力趨于均勻。相同注壓條件

5、下增大制品厚度，成型后期腔壓減小而厚度方向流動(dòng)速度和溫度梯度增大，這導(dǎo)致平均密度下降且變化范圍增大，流動(dòng)殘余應(yīng)力減小而熱殘余應(yīng)力增大使總殘余應(yīng)力減小。
　　 4.對(duì)變厚度透鏡進(jìn)行注壓成型也可改善光學(xué)性能，壓縮導(dǎo)致不同位置熔體在厚度方向流動(dòng)隨時(shí)間變化;減小壓縮速度或增大壓縮距離，可減小保壓澆口壓力和殘余應(yīng)力而降低流動(dòng)誘導(dǎo)光程差及翹曲變形。
　　 5.對(duì)所制備樣品進(jìn)行基于光學(xué)放大法的光畸變和角偏差測(cè)試，探討了材料、制品形狀、

6、工藝及退火處理等對(duì)平板和圓錐制品光學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示:制品的光學(xué)性能隨著材料折射率的升高、曲率的增加、殘余應(yīng)力的增大而下降。厚壁制品容易出現(xiàn)較大光畸變和角偏差;相對(duì)直接注射，注壓工藝可改善制件光學(xué)性能。經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間在較高溫度退火后制品殘余應(yīng)力減小，光學(xué)角偏差隨之減小，但高溫退火引發(fā)生翹曲變形而使光學(xué)畸變?cè)龃蟆?br>　　 可見，注壓成型將注射和壓縮兩種工藝結(jié)合可改善制品性能，三維仿真可更好預(yù)測(cè)各因素影響規(guī)律而優(yōu)化工藝來改善制品性能