注塑制品翘曲变形的多因素耦合机制研究论文

1、上海工程技术大学毕业设计（论文） 注塑制品翘曲变形的多因素耦合机制研究目 录摘 要1ABSTRACT20 引言41 注塑制品翘曲变形的产生原因和影响因素51.1 注塑制品翘曲变形的产生原因51.2 减小翘曲变形的措施71.3 各因素对翘曲变形影响81.3.1 模具的结构对翘曲变形的影响81.3.2 塑化阶段对制品翘曲变形的影响91.3.3 充模及冷却阶段对制品翘曲变形的影响91.3.4 注射成型工艺参数对翘曲变形的影响101.3.5 脱模阶段对制品翘曲变形的影响111.3.6 注塑制品的收缩对翘曲变形的影响111.3.7 残余热应力对制品翘曲变形的影响121.4 翘曲变形研究方法131.4.1

2、 塑件翘曲度及其计算方法131.4.2 Taguchi DOE技术142 计算机模拟注射工艺参数对翘曲变形的影响152.1试样几何建模、网格划分152.2 用moldex3D进行CAE模流分析153 注射工艺参数对翘曲变形影响的实验研究273.1 实验样品制备273.1.1 实验原料：PP273.1.2 实验仪器：273.1.3 实验过程：283.1.4 注塑实验工艺参数293.2 数显高度卡尺测注塑制品翘曲度293.2.1 所测数值293.2.2 数显高度卡尺使用说明293.2.3 测量过程323.2.4 测量结果344 各因素在影响翘曲变形时的耦合关系（田口法）344.1.1 熔体温度37

3、4.1.2 注射时间384.1.3 保压时间394.1.4 保压压力404.2 误差分析414.3 减小翘曲变形的措施424.3.1 依据实验数据得出较小翘曲变形的结论424.3.2 依据模拟数据得出减小翘曲变形的结论425. 结论与展望435.1 结论435.2 展望43致 谢45参考文献46译 文49原文说明6567摘 要翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它是塑料制品常见的缺陷之一。随着塑料工业的发展，人们对塑料制品的外观和使用性能要求越来越高，翘曲变形程度作为评定产品质量的重要指标之一也越来越多地受到模具设计者的关注与重视。模具设计者希望在设计阶段预测出塑料件可能产生翘曲的

4、原因，以便加以优化设计，从而提高注塑生产的效率和质量，缩短模具设计周期，降低成本。本文通过哑铃片注塑制品，使用田口试验法设计工艺组合，对其翘曲度进行实验测量，使用计算机moldex3D模拟分析，比较实验和模拟的结果，研究注塑制品翘曲变形的多因素耦合机制，得出熔体温度，注射时间，保压时间，保压压力等注塑工艺参数对制件翘曲变形影响的耦合关系，提出了减小翘曲变形的措施。研究表明，在正常的成型工艺范围内，注塑制品翘曲变形的多因素耦合机制为：熔体温度和其他三因素耦合时，随着熔体温度变大，其翘曲趋势逐渐变大。注射时间和其他三因素耦合时，在正常的成型工艺范围内，随着注射时间变长，其翘曲趋势逐渐变小。保压时间

5、和其他三因素耦合时，在正常的成型工艺范围内，随着保压时间变长，其翘曲趋势逐渐变小。保压压力和其他三因素耦合时，在正常的成型工艺范围内，随着保压压力变长，其翘曲趋势逐渐变大。关键词：注塑制品，翘曲变形，多因素耦合，田口试验，moldex3D,模流分析Coupling Mechanism of Multi-Factor on Warpage of Injection molded productABSTRACTWarpage is the deviation from the shape of injection products, the shape of the mold cavity, wh

6、ich is one of the common defects of plastic products. As the plastic industry, plastic products, people look and performance requirements are high, warping deformation as a measure of the important indicator of product quality are more and more attention by the mold designer and attention. Mold desi

7、gners hope at the design stage to predict the possible warping of plastic parts reasons to be optimized design, injection molding to improve the efficiency and quality, reduce mold design cycle and reduce costs. This dumbbell-piece injection molding products by the use of Taguchi test design process

8、 portfolio, its degree of warping of measurements, using a computer moldex3D simulation analysis to compare the results of experiment and simulation to study the warpage of injection molding products, multi-element coupling mechanism may be the melt temperature, injection time, packing time, packing

9、 pressure injection molding process parameters on the workpiece warpage effects of coupling, proposed measures to reduce warpage. Research suggests that in the normal range of molding process, injection Warpage of multi-factor coupling mechanism: the melt temperature and the other three factors coup

10、led with the melt temperature is larger, its tendency to warp become bigger. Injection time and the other three factors coupled, in the context of the normal molding process, with the injection time becomes longer, the warpage trend becomes weak. Holding time and the other three factors coupled, in

11、the context of the normal molding process, with the longer holding time, the warpage trend becomes weak. Holding pressure and the other three factors coupled, in the context of the normal molding process, with the packing pressure variable length, its tendency to warpage become bigger.Key words: inj

12、ection molding products, warpage, multi-factor coupling, Taguchi test, moldex3D, mold flow analysis.注塑制品翘曲变形的多因素耦合机制研究傅 诚 0511061060 引言随着塑料工业的发展，人们对塑料制品的外观和使用性能要求越来越高，翘曲变形程度作为评定产品质量的重要指标之一也越来越多地受到模具设计者的关注与重视。模具设计者希望在设计阶段预测出塑料件可能产生翘曲的原因，以便加以优化设计，从而提高注塑生产的效率和质量，缩短模具设计周期，降低成本。翘曲变形是指注塑制品的形状偏离了模具型腔的形状，它是

13、塑料制品常见的缺陷之一 1,2。塑料的成型方法很多，其中塑料的注射成型又称注塑成型。该方法采用注射成型机将粒状的塑料连续输入到注射成型机料筒中受热并逐渐熔融，使其成黏性流动状态，由料筒中的螺杆或柱塞推至料筒端部。通过料筒端部的喷嘴和模具的浇注系统将熔体注入闭合的模具中，充满后经过保压和冷却，使制件固化成型，然后开启模具取出制件。注塑制品主要用于热塑性塑料，现在也用于热固性塑料。注射成型的生产是周期性的。注塑成型在塑料制件成型中占有很大比例，世界上塑料成型模具产量中半数以上是注射模具3。注塑制品翘曲变形的成因复杂，受多种因素综合影响，因此，研究注塑制品翘曲变形的多因素耦合机制，优化注塑工艺，提高

14、注塑制品的质量，具有重要的理论价值和实际意义，对全世界塑料工业的发展有着积极意义。1 注塑制品翘曲变形的产生原因和影响因素1.1 注塑制品翘曲变形的产生原因注塑制品翘曲及成型尺寸的影响因素很多，几乎与整个成型加工过程有关。在国外一些文献中，认为翘曲是由不均匀收缩产生的残余应力造成的,而对不均匀收缩的成因的看法目前尚不统一。在国内一些文献中，认为引起注塑件翘曲变形的残余应力是由不均匀的温差、不均匀的温度分布引起的，其他诸多因素是通过影响温度、压力分布而间接影响注塑件的残余应力和成型尺寸的4。周标,邓小雷5认为尺寸较大的塑料制品，由于各部分的收缩不一致，易产生翘曲变形。如果再加上冷却时间不足，使得

15、塑料制品中心没有完全冷却，就更容易产生翘曲了。康俊远等 6认为在适当的压力范围内，注塑件的曲率因压力的增加而有所降低；模壁温差的影响大于压力的影响，不均匀的模壁温度是注塑件厚度方向翘曲变形的主要原因。周大路等7认为所谓翘曲，就是不均匀的内部应力导致的制件形状、尺寸的缺陷，其产生的原因为收缩不均匀。制件上不同区域的收缩不均匀、厚度方向上的收缩不均匀或者在与材料分子取向平行和垂直的方向上收缩不均匀都会导致翘曲的产生。周应国等8认为保压压力的影响最为显著，冷却时间、保压时间、熔体温度等的影响较为显著，模具温度也有一定的影响，同时熔体温度与模具温度交互作用的影响也很显著。而注射时间(注射速率)对制品翘

16、曲的影响不大。俞华英等9认为注塑过程中树脂要经过受热软化、熔融、注塑、保压和冷却定型等五个阶段的物理变化过程，树脂内部将会产生大分子定向、结晶以及残余应力等。由于制品或模具本身问题、树脂材料和成型工艺(如注塑压力、塑化压力、注塑速度、注塑量、锁模力、料筒温度及模具温度)的选择不当，会使注塑制品出现许多不良现象和缺陷，其中翘曲变形就是一个很棘手的问题。朱俊杰10认为制件翘曲的基本原因是由于制件里面各方向收缩的不均，收缩不均使制件产生内应力，当该内应力超过材料的刚度时就会发生翘曲现象。高月华和王希诚11认为影响薄壳制件的主要因素为模具温度、熔体温度、注射速率和保压压力。曾亚森和何和智12认为与翘曲

17、有关的工艺过程参数分别为：(1) 充模过程参数：模具温度、注射时间、熔体温度、注射速度； (2) 保持过程参数：保压压力、保压时间、V / P 转换； (3) 冷却过程参数：冷却时间、熔胶背压、螺杆转速等。根据已有的研究选用影响翘曲较大的因素熔体温度、保压压力、注射时间、保压时间、冷却时间进行最优水平配置实验，其中以注射时间+ 保压时间+冷却时间作为成型周期时间。马浩军等13认为在Moldflow软件中，软件将引起翘曲的原因主要分为以下三点：（1）取向取向会导致平行流动方向和垂直流动方向的收缩不一致，便会导致翘曲。对纤维增强的塑料制品，取向效应是导致制品翘曲的主要原因之一。（2）区域收缩区域收

18、缩是指不同区域之间的收缩不同而导致制品翘曲。通常，可以利用区域收缩来衡量制品不同区域收缩的差别。而用分子取向来衡量制品不同方向上的收缩变化。（3）不均匀冷却不均匀冷却导致制品的温差很大，使制品在顶出后的二次收缩值相差变得很大。这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使制品发生翘曲。不均匀收缩导致制品的翘曲，而制品刚度同样影响制品的翘曲。同样的收缩差，刚度高的塑件可能不会引起翘曲，但制品会存在较高的内应力，反之，刚度低的制品会有较低的内应力，但容易产生翘曲变形。1.2 减小翘曲变形的措施目前国内外主要采用综合有限元分析法、反应曲面法、遗传算法、自适应优化算法、模拟退火法、模拟实验以定量统计分析法和通过正

19、交试验等优化方法来研究寻找最优参数。这些研究是以某种算法为理论基础,然后通过模拟实验例证,说明注塑过程工艺参数对翘曲有必然的影响与交联关系，但在工程实践中未见规模应用12。Lee和Kim14对给定的工艺条件采用复合形法，以塑件的壁厚、注射时间、保压和冷却时间、熔体温度、冷却介质温度为设计变量减小了翘曲变形。Subremanian等15以光盘盒为例，采用复合形法优化了壁厚，减小了翘曲变形，同时分析了壁厚的改变对部件各部分翘曲变形的影响，并且给出了成型参数对翘曲的影响。Rakesh等16以充填时间、保压时间、后充填时间、熔体温度、模具温度和保压压力为设计变量，以翘曲为目标函数，分别采用遗传算法、田

20、口( Taguchi) 方法和复合形法3 种不同的优化方法进行了优化设计。这种直接的优化设计有效的减小了翘曲变形，但是在优化过程中,要进行多次数值分析、迭代优化,计算量大。很多学者采用Taguchi 实验设计方法来得到工艺参数的最优组合,而没有在可行设计空间中寻找最优工艺参数。这种方法计算量小，但是没有对工艺参数进行全面的优化设计。翘曲变形的影响因素很多，与整个注射成型的加工过程及模具结构有关，而且这些影响是很复杂的。减小翘曲变形的主要措施有（1）修改制件的几何形状；（2）修改模具结构包括浇注系统、冷却系统和顶出系统的设计；（3）调整工艺参数。在实际生产中，制件的几何形状和模具结构已经固定，所

21、以调整工艺参数来减小翘曲变形更为实际。早期基于减少翘曲变形的设计修正一般都以翘曲分析为基础，根据经验人为地反复修正设计以期得到比较理想的结果。这种方法难以给工程设计人员一个明确的修改方向和修改尺度,费时费力、随意性大，并且难以得到最优化的设计。而优化理论和方法的应用却可以克服这个问题，所以在翘曲模拟分析相对成熟后,翘曲的影响因素分析和优化设计成为了很多学者关注的焦点17。1.3 各因素对翘曲变形影响影响翘曲变形的因素有：模具的结构、塑化阶段、充模及冷却阶段、脱模阶段、注塑制品的收缩、残余热应力等18-20。1.3.1 模具的结构对翘曲变形的影响（1）浇注系统对翘曲变形的影响流道长度对翘曲变形的

22、影响：流动距离越长，内应力越大，翘曲变形越大；流动距离越短，内应力越小，翘曲变形越小。浇口形式对翘曲变形的影响：对于大的平板件，多浇口比中心浇口和侧浇口更能减小翘曲变形21。（2）冷却系统对翘曲变形的影响：塑件冷却速度的不均匀也将形成塑件收缩的不均匀，这种收缩差别导致弯曲力矩的产生而使塑件发生翘曲。如果在注射成型平板形塑件时所用的模具型腔、型芯的温度相差过大，贴近冷模腔面的熔体很快冷却下来，而贴近热模腔面的料层则会继续收缩，收缩的不均匀将使塑件翘曲。因此，注塑模的冷却应当注意型腔、型芯的温度趋于平衡，两者的温差不能太大22。（3）顶出系统对翘曲变形的影响：如果顶出系统布置不平衡，将造成顶出力的

23、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阻力相平衡。顶出杆的截面积不能太小，以防塑件单位面积受力过大（尤其在脱模温度太高时）而使塑件产生变形。顶杆的布置应尽量靠近脱模阻力大的部位，减小力矩。应尽可能多设顶杆以减少塑件的总体变形23,24。1.3.2 塑化阶段对制品翘曲变形的影响塑化阶段即玻璃态的料粒转化为粘流态，提供充模所需的熔体。在这个过程中，聚合物的温度在轴向、径向(相对螺杆而言)的温差会使塑料产生应力；另外，注射机的注射压力、速率等参数会极大地影响充填时分子的取向程度，进而引起翘曲变形。分子取向影响翘曲变形，取向会导致平行流动方向和垂直流动方向的收缩不一致，便会导致翘曲。1

24、.3.3 充模及冷却阶段对制品翘曲变形的影响熔融态的塑料在注射压力的作用下，充入模具型腔并在型腔内冷却、凝固的过程是注射成型的关键环节。在这个过程中，温度、压力、速度三者相互耦合作用，对塑件的质量和生产效率均有极大的影响。较高的压力和流速会产生高剪切速率，从而引起平行于流动方向和垂直于流动方向的分子取向的差异，同时产生“冻结效应”。“冻结效应”将产生冻结应力，形成塑件的内应力。温度对翘曲变形的影响体现在以下几个方面。(1) 塑件上、下表面温差会引起热应力和热变形；(2) 塑件不同区域之间的温度差将引起不同区域间的不均匀收缩；(3) 不同的温度状态会影响塑料件的收缩率25。1.3.4 注射成型工

25、艺参数对翘曲变形的影响注塑全过程所涉及到的主要工艺参数有熔体温度、模具温度、注射速度、注射压力、保压压力、保压时间和冷却时间。这些参数都影响着制品的质量。（1）模具温度：模具温度设置过低,则部件的冷却速率高，导致制品内产生较大的残余应力,容易产生翘曲。较高的模具温度能够减小注塑过程中冷凝层的厚度,减小模内压力损失，提高产品质量。然而，由于出模温度的限制,模具温度不能太高。（2）熔体温度：熔体温度是对翘曲影响较大的参数。温度过低，熔体的流动性则较差，在流动过程中受到较大的应力，由于没有足够的时间释放,则会产生翘曲，另外还容易发生短射现象。熔体温度过高，容易使材料降解,而且制件冷却到室温后收缩也大

26、。（3）注射速度：熔体注射速度越高,型腔内的熔体流动速度越高,残余应力、表面应力和分子取向差异就越大,从而导致塑件的翘曲变形。另一方面，高的注射速度可减小充填过程中的冷凝层厚度,有利于压力的传递。针对于熔体流动前沿面面积不同的部件，恒定的注射速率能够导致熔体流动前沿面速度差异很大，从而分子取向差异大,进而导致翘曲变形。（4）注射压力：注射压力过低会导致短射现象，提高注射压力可增加熔体流动长度，有利于成型薄壁制品，但同时会导致制品产生较高的残余应力。（5）保压压力：保压压力过低可能出现熔体回流现象，或者型腔内的熔体没有被压实而形成较大的体积收缩率，导致翘曲。过高的保压压力虽然可以使补料充足从而减

27、小收缩和翘曲，但是也可能因此而引起较高的流动残余应力和熔体的压应力，导致翘曲。（6）保压时间：保压时间过短,浇口没有冷凝而导致熔体回流，或者因为补料不足而产生较大的收缩。保压时间过长，则会延长生产周期，浪费能源。（7）冷却时间：冷却时间过短，型腔内熔体没有达到出模温度，出模后产生较大的变形。冷却时间过长，则会延长生产周期。以上仅仅是定性地对每个工艺参数单独进行分析，在实际的成型过程中，各参数耦合作用与翘曲变形的关系是很复杂的26。1.3.5 脱模阶段对制品翘曲变形的影响塑件在脱离型腔并冷却至室温的过程中多为玻璃态聚合物。脱模力不平衡、推出机构运动不平稳或脱模顶出面积不当很容易使制品变形。同时，

28、在充模和冷却阶段冻结在塑件内的应力由于失去外界的约束，将会以变形的形式释放出来，从而导致翘曲变形27。1.3.6 注塑制品的收缩对翘曲变形的影响注塑制品翘曲变形的直接原因在于塑件的不均匀收缩。如果在模具设计阶段不考虑填充过程中收缩的影响，则制品的几何形状会与设计要求相差很大，严重的变形会致使制品报废。除填充阶段会引起变形外，模具上下壁面的温度差也将引起塑件上下表面收缩的差异，从而产生翘曲变形。从分析翘曲而言，收缩本身并不重要,重要的是收缩上的差异。在注塑成形过程中，熔融塑料在注射充模阶段，由于聚合物分子沿流动方向的排列使塑料在流动方向上的收缩率比垂直方向的收缩率大，两者收缩的差异是注塑件产生翘

29、曲变形的主要原因。一般均匀收缩只引起塑料件体积上的变化,只有不均匀收缩才会引起翘曲变形。结晶型塑料在流动方向与垂直方向上的收缩率之差较非结晶型塑料大，且其收缩率也较非结晶型塑料大，结晶型塑料大的收缩率与其收缩的异向性叠加后，导致结晶型塑料件翘曲变形的倾向较非结晶型塑料大得多28。1.3.7 残余热应力对制品翘曲变形的影响在注射成型过程中，残余热应力是引起翘曲变形的一个重要因素，而且对注塑制品的质量有较大的影响。由于残余热应力对制品翘曲变形的影响非常复杂，模具设计者可以借助于注塑CAE软件进行分析和预测29。周应国等认为残余应力理论一般基于高聚物的粘弹性理论，它直接进行残余应力的计算，通过对注塑

30、过程进行模拟，分析塑料制品在流动、保压及冷却过程中的应力积累，预测其翘曲变形。现通常认为，注塑制品的残余应力主要有残余热应力和残余流动应力两个来源。基于残余应力理论的残余应力计算按照是否考虑收缩率因素又分为两种：一种未考虑收缩率因素；另一种考虑收缩率因素，对残余应力计算结果进行修正，其理论模型描述为：（1.1）式中：应力张量；表示材料力学性能的张量；材料温度的时间等效值；应变张量；表示材料热性能的张量。1.4 翘曲变形研究方法通过注塑试验，改变注塑的工艺参数，得到不同位置的不同实验组别的翘曲度，进行各工艺参数的多因素耦合机制研究。通过模流分析实验，改变工艺参数，得到不同位置的不同实验组别的翘曲

31、度，进行各工艺参数的多因素耦合机制研究。1.4.1 塑件翘曲度及其计算方法翘曲变形是评定产品质量的重要指标之一。在现有评价体系中，对于翘曲变形评价都是用翘曲量来进行的，一般用最大翘曲变形量或特定部分的翘曲变形量来评价。现在采用注塑CAE进行设计质量预测时，对翘曲变形模拟结果的评价一般直接用最大翘曲变形量来进行，有时也将总平均翘曲变形量、10最大翘曲变形节点的平均翘曲量等统计量作为评价翘曲变形的指标。对于相同翘曲影响模式的同一产品时，这些指标可以描述不同设计的翘曲变形的大小程度。但对于不同材料、模具结构等造成翘曲变形的影响模式改变的因素，不同设计下各部分的翘曲变形严重程度也随之改变。此时用最大翘

32、曲变形量或其它相对统计量来评价翘曲变形存在较大的局限性，不能较好体现不同设计时产品翘曲变形的用户满意度。特别是对于复杂零件，用最大翘曲变形或其它统计量表征制品的翘曲变形存在很大的局限性。李吉泉等25参考其它行业中的翘曲度的概念，定义了塑件的翘曲度，以提高塑件翘曲变形的标准化和自动化程度。具体定义公式如下：y=hL（1.2）式中：y塑件特定部分的翘曲度；h翘曲量，即制品评价目标与参考对象之间的最大距离；L评价目标在特定方向的投影长度。1.4.2 Taguchi DOE技术Taguchi DOE技术是一种应用正交矩阵以执行最少的实验次数而获得足够实验信息的统计学工具。传统的方法是设置各个影响因子的

33、水平组合，进行真实的实验并研究实验结果。然而多数情况下真实实验难以进行且有些质量指标很难测量。所以很多学者利用注射成型充填/后充填的流动模拟代替真实实验进行模拟实验30,31。Taguchi DOE参数设计主要有两部分内容：其一是产品实验设计，利用正交技术确定各因子取值水平与质量性能之间的数量关系；其二是对实验结果优选分析，利用信噪比(S /N )衡量和确定各因子在不同水平情况下的产品质量水平，从而确定优选方案。运用CAE分析与DOE技术相结合方法对工艺过程进行模拟分析，通过研究模具温度、熔体温度、注射速率、保压压力等工艺参数对制品翘曲变形的影响，从而提高制品的质量。用信噪比函数来计算信噪比，

34、它主要适用于质量性能目标越小越好的场合，其表达式为：（1.3）式中:Yi 每次实验的翘曲变形值；n 每个方案实验的次数；S /N 越大，则表明翘曲变形越小。2 计算机模拟注射工艺参数对翘曲变形的影响2.1试样几何建模、网格划分根据实验室内哑铃片标准件注塑模的实际情况，对模腔进行测量，绘制草图，在UG软件中建立几何模型。2.2 用moldex3D进行CAE模流分析根据测量和查ASTM D639标准得到图2.1所示尺寸，厚度为3.2mm。利用UG软件建立几何模型，其立体图如图2.2所示。图2.1 哑铃片标准件几何模型平面图图2.2 哑铃片注塑件几何模型立体图使用Rhinoceros 4.0软件对几

35、何模型划分网格，如图2.3.所示，网格数量为85598。图2.3 几何模型网格划分设置模流分析参数（1）网格如图2.3所示。（2）材料为PP C715-12NHP-1 DOW，为美国陶氏供应的PP，其基本属性如图2.4-图2.7。图2.4 粘度图2.5 PVT特性图2.6 热容图2.7 热导率（3）注塑工艺参数不变的参数有：模具温度：50；注射压力：40MPa；冷却时间：20s。被研究的注塑工艺参数有熔体温度，注射时间，保压时间，保压压力。将这四个工艺参数划分为3个等级，建立表2.1。表2.1 工艺参数及等级参数等级123熔体温度/（A）190200210注射时间/s(B)258保压时间/s(

36、C)258保压压力/MPa(D)242832参考田口试验，设计表2.2。表2.2 参数等级表试验序号ABCD111112122231333421235223162312731328321393321模流分析，参数设置方法如图2.8所示图2.8 Moldex3D中注塑工艺参数设置充填过程如下图2.9图2.12所示图2.9 进浇时图2.10 进入模腔前图2.11 进入模腔后图2.12 填充完成模拟结果：表2.3 模拟结果序号总翘曲Z方向翘曲123456789模拟中翘曲度的测量方法：以哑铃片中间段的上表面的翘曲度作为式样的翘曲度，9组试验取同一点的翘曲度，作为评价哑铃片翘曲程度的标准。计算方法如下所

37、示：图2.13 测量方法示意图中点的翘曲度为：两端点Z方向位移平均值+中点Z方向位移+3.2=试样中点翘曲度（1）试验1的翘曲度：根据软件中取点测量，记录哑铃片两端厚度方向位移量分别为-0.70和0.10，哑铃片中间厚度方向位移量为-0.70。所以计算其翘曲量为：|（0.10-0.70）/2+0.70|+3.2=4.2mm所以试验1的翘曲度为4.2mm。（2）试验2的翘曲度：哑铃片两端厚度方向位移量分别为-0.95和0.13。哑铃片中间厚度方向位移量为0.64。所以其计算其翘曲量为：|（0.13-0.95）/2-0.64|+3.2=4.25mm所以试验2的翘曲度为4.25mm。（3）试验3的翘

38、曲度：哑铃片两端厚度方向位移量分别为-0.92和2.97。如图19.所示，哑铃片中间厚度方向位移量为-0.53。所以其计算其翘曲量为：|（2.97-0.92）/2+0.53|+3.2=4.75mm所以试验3的翘曲度为4.75mm。（4）试验4的翘曲度：哑铃片两端厚度方向位移量分别为-1.04和0.11。哑铃片中间厚度方向位移量为0.80。所以其计算其翘曲量为：|（0.11-1.04/2-0.80|+3.2=4.465mm所以试验4的翘曲度为4.465mm。（5）试验5的翘曲度：哑铃片两端厚度方向位移量分别为-0.87和0.09。哑铃片中间厚度方向位移量为0.53。所以其计算其翘曲量为：|（0.

39、09-0.87）/2-0.53|+3.2=4.12mm所以试验5的翘曲度为4.12mm。（6）试验6的翘曲度：哑铃片两端厚度方向位移量分别为-0.23和0.15。哑铃片中间厚度方向位移量为0.69。所以其计算其翘曲量为：|（0.15-0.23）/2-0.69|+3.2=3.93mm所以试验6的翘曲度为3.93mm。（7）试验7的翘曲度：哑铃片两端厚度方向位移量分别为-1.25和0.11。哑铃片中间厚度方向位移量为0.81。所以其计算其翘曲量为：|（0.11-1.25）/2-0.81|+3.2=4.58mm所以试验7的翘曲度为4.58mm。（8）试验8的翘曲度：哑铃片两端厚度方向位移量分别为0.

40、83和2.51.哑铃片中间厚度方向位移量为-0.95。所以其计算其翘曲量为：|（0.83+2.51）/2+0.95|+3.2=5.82mm所以试验8的翘曲度为5.82mm。（9）试验9的翘曲度：哑铃片两端厚度方向位移量分别为-0.95和0.13.哑铃片中间厚度方向位移量为0.70。所以其计算其翘曲量为：|（0.13-0.95）/2-0.70|+3.2=4.31mm所以试验8的翘曲度为4.31mm。2.3 数据整理表2.4 各试验的翘曲量试验序号ABCD翘曲量/mm111114.2212224.25313334.75421234.465522314.12623123.93731324.58832

41、135.82933214.313 注射工艺参数对翘曲变形影响的实验研究3.1 实验样品制备3.1.1 实验原料：PP 3.1.2 实验仪器：图3.1 本次实验的注塑机注塑机型号为HTB100X/1，由中国宁波海天机械有限公司生产技术规格：螺杆直径/长径比：38mm/20螺杆转速：0-220rpm理论容量/注射重量：184cm3/167g注射压力/合模力：165MPa/1100KN马达/电热功率：13/5.7KW主要用途：塑料及其合金的注射成型机械用于注射样条及小型塑料制品的成型加工。3.1.3 实验过程：(1) 开总电源空气开关，开主机电源开关，开冷却水总阀门。(2) 熟悉控制面板上的画面选择

42、键、数字光标键、操作模式键、马达键、电热键和急停键的位置和功能。(3) 进入手动模式，依物料的性质，按温度键进入温度设定界面设定料筒各加热段温度，然后按电热开关键加温。(4) 选择样条模具，安装到模具座上，注意轻拿轻放。(5) 需要用到模温机时，接通模温机电源打开冷却水进/出阀门打开导热油进/出阀门按Run/Stop键启动设定模温（140）按Heat键加热。(6) 根据不同的模具及物料性质，按射出键进入射出设定界面，设定射出和保压参数，再按射出键进入储料/射退/冷却界面设定各参数（可先用默认值或根据已有经验设定）。开关模等其它设定的参数已优化，请勿随意改动。(7) 当料筒温度达到设定值时，打开

43、料筒冷却水进/出阀门合上喷嘴安全罩向料斗内加料启动马达按座台退键点击储料键按射出操作键不妨，让物料充满料筒并清洗螺杆。(8) 从手动切换到半自动模式注射样品：关安全门主画面上显示机器的操作状态待样条顶出后，开安全门。(9) 检查注射制品外观，根据充模情况修改射出参数。(10) 开合安全门一次，自动进行下一轮注射操作。(11) 实验完毕，向模具表面喷一薄层防锈油保护模具；手动合模并留约10mm的间隙，按(7)的次序用LDPE或PP清洗螺杆。(12) 20min后关闭料筒冷却水阀门和总阀门。3.1.4 注塑实验工艺参数注塑工艺参数设置与模拟参数一致，见表1和表2每组做2个样品。3.2 数显高度卡尺

44、测注塑制品翘曲度3.2.1 所测数值图3.2 翘曲示意图如图3.2所示，h为数显高度卡尺所要测的值，即式（1.2）中的h。3.2.2 数显高度卡尺使用说明图3.3 数显高度卡尺图3.3为本次实验所以用的数显高度卡尺1°注意事项(1)开始使用前，用干燥清洁的布（可沾少许清洁油）反复擦拭保护膜表面。(2)工作环境：温度5-40，相对湿度80%以下，防止含水份的液体物质沾湿保护膜表面。(3)不准在任何部位上施加电压（如用电笔刻字），以免损坏电路。(4)正确设置测量起点（见使用方法），除非更改设置，否则不要随便按ON/O键，以免发生测量错误。(5)测量爪尖端锋利，防止碰伤。2°按键

45、功能OFF/ON/ZERO开关和清零键HOLD保持键ABS相对和绝对测量转换键mm /in公英制转换键TOL公差带键SET置数键3°输出插口使用专用导线，可将测量结果输入电脑或专用打印机。接口工作方式：同步串行。数据：二进制编码，宽度24位，每数据发送二次，周期300ms（快显状态20ms），传输时间0.5ms。引线：数据D、时钟CP、电源+。数据脉冲幅度：0电平0.2V，1电平1.3V时钟CP：90KHz，高电平有效。4°主要技术参数(1)分辨力：0.01mm(2)重复性：0.01mm(3)技术标准：JB5609-91(4)最大响应速度：1m/s(5)电源：扣式电池，电压

46、1.55V5°使用方法(1)擦干保护膜表面（见注意事项），清净底座和测量爪的工作表面，按结构示意图安装测量爪并锁紧。(2)清净平台工作面，将高度尺置于其上，松开锁紧螺钉，移动尺框，检查显示屏和各按键工作是否正常。(3)设置测量起点一般情况下，以平台表面为测量零点进行测量。步骤如下： 移动测量爪与平台表面轻微接触（测力约3-5N，以保证测量准确性），显示值应为零，否则按ON/O键使显示为零。特殊情况下，如用高度尺测量较大的工件而测量范围不够时，可用垫块将高度尺底座升高，此时的测量零点仍为平台表面，测量起点可选垫块的表面或工件的某表面。如以前者为测量起点，应预置垫块的高度值（应使用更精确

47、的仪器和测量方法确定该值）。如以工件某表面为测量起点，则应预置该工件表面的高度值（设计值或实际值，依实际需要而定）。6°更换电池当显示不正常（不显或闪烁），应更换电池。按箭头方向取下电池盖，更换新电池。3.2.3 测量过程(1) 将数显高度卡尺的底部直角边与桌子的直角边线对齐并固定，如图3.4和图3.5。图3.4 Y方向对齐桌线图3.5 X方向对齐桌线(2) 将数显高度卡尺尺端降到最低，清零。(3) 粗调图3.6中右边的螺母，使尺端高度适合，显示4mm左右。图3.6 调节螺母(4) 微调图3.6中左边螺母，使尺端与试件最大变形处接触，但不受力，如图3.7所示图3.7 卡尺(5) 读出

48、显示器中的数据，并记录。(6) 实验完毕后，清理桌面，包装并收好器材。3.2.4 测量结果按照实验序号，将测量结果分别填入表3.1，并计算平均值。表3.1实验测得的翘曲值（单位：mm）序号翘曲量1翘曲量2平均值14.164.094.12524.173.884.02534.213.974.0944.574.524.52453.984.594.28564.164.494.32574.654.814.7384.785.014.89594.434.294.264 各因素在影响翘曲变形时的耦合关系（田口法）按照实验序号，将实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值分别填入表4.1。表4.1 实验测得的翘曲值和模拟的

49、翘曲值对比（单位：mm）序号翘曲量1翘曲量2平均值模拟值14.164.094.1254.224.173.884.0254.2534.213.974.094.7544.574.524.5244.46553.984.594.2854.1264.164.494.3253.9374.654.814.734.5884.785.014.8955.8294.434.294.264.31图4.1 测得的翘曲值和模拟的翘曲值对比拟合曲线图按照式（1.3）计算信实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比，填入表4.2。表4.2 实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比序号实验信噪比模拟信噪比1-12.31-12.4

50、62-11.99-12.583-12.24-13.534-13.15-12.995-12.66-12.36-12.73-11.897-13.5-13.228-13.8-15.39-12.8-12.69考虑实验过程中落料不规则冲击，操作误差等因素，对表格4.1中的数据进行筛选，得表4.3。表4.3 筛选后的翘曲度（单位：mm）序号翘曲量1翘曲量2平均值模拟值14.164.094.1254.224.174.174.2534.214.214.7544.574.524.5244.46553.983.984.1264.164.163.9374.654.654.5885.015.015.8294.434.

51、294.264.31图4.2 筛选后实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值对比拟合曲线图4.1.1 熔体温度表4.4 有关熔体温度的实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比A实验信噪比模拟信噪比1-12.4-12.882-12.52-12.583-13.35-13.89图4.3 有关熔体温度的实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比曲线图由图4.3所示，有关熔体温度的翘曲变形多因素耦合机制如下：熔体温度规则变化，其他三个注塑因素随机变化时，信噪比折线如图4.3所示，按照实验数据分析，温度等级为1时，翘曲最小，温度等级为3时，翘曲最大；按照模拟数据分析，温度等级为2时，翘曲最小，温度等级为3时，翘曲

52、最大。实验数据和模拟数据稍有偏差。4.1.2 注射时间表4.5 有关注射时间的实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比B实验信噪比模拟信噪比1-12.95-12.92-12.89-13.613-12.49-12.76图4.4 有关注射时间的实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比曲线图由图24所示，有关注射时间的翘曲变形多因素耦合机制如下：注射时间规则变化，其他三个注塑因素随机变化时，信噪比折线如图4.4所示，按照实验数据分析，注射时间等级为3时，翘曲最小，注射时间等级为1时，翘曲最大；按照模拟数据分析，注射时间等级为3时，翘曲最小，注射时间等级为2时，翘曲最大。实验数据和模拟数据稍有偏差

53、。4.1.3 保压时间表4.6 有关保压时间的实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比C实验信噪比模拟信噪比1-12.97-13.392-12.71-12.763-12.65-13.05图4.5 有关保压时间的实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比曲线图由图4.5所示，有关保压时间的翘曲变形多因素耦合机制如下：保压时间规则变化，其他三个注塑因素随机变化时，信噪比折线如图4.5所示，按照实验数据分析，保压时间等级为3时，翘曲最小，保压时间等级为1时，翘曲最大；按照模拟数据分析，保压时间等级为2时，翘曲最小，保压时间等级为1时，翘曲最大。实验数据和模拟数据稍有误差。4.1.4 保压压力表4.7 有关保压时间的实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比D实验信噪比模拟信噪比1-12.30-12.492-12.74-12.63-13.24-14.06图4.6 有关保压时间的实验测得的翘曲值和模拟的翘曲值的信噪比对比曲线图由图4.6所示，有关保压压力的翘曲变形多因素耦合机制如下：保压压力规则变化，其他三个注塑因素随机变化时，信噪比折线如图4.6所示，按照实验数据分析，保压