基于细观尺度的精密注塑制品翘曲变形的预测方法研究

精密注塑是很多电子、信息、光学产品重要的成形方法，制品的翘曲变形是决定其尺寸精度的主要因素，是其成形的关键问题之一。本项目由材料细观力学出发，探索注塑成形过程中工艺条件、材料微观结构和力学性能的耦合特性及其对翘曲变形的影响机制和翘曲变形定量表征的新方法。为此，在实验分析的基础上，构造代表体积元表征塑料组成相相对量、分布状态、几何形态等微观结构信息，通过平均场方法建立代表体积元的力学模型，引入边界条件预测材料的弹性模量、热膨胀系数等性能参数，选用带有旋转自由度的膜单元和改进的板组合计算翘曲变形，实现翘曲变形预测的宏细观尺度的无缝连接，有效提高预测精度，为以翘曲变形为质量控制目标的制品结构、模具结构及加工工艺的优化设计提供指导。该研究对于推动细观力学在塑料精密成形领域的发展和应用具有重要的学术价值，也为塑料性能设计及其表征提供了新的思路和方法。

精密注塑是很多电子、信息、光学产品重要的成形方法，制品的翘曲变形是决定其尺寸精度的主要因素，是其成形的关键问题之一。本项目采用材料细观力学方法，研究了注塑成形过程中工艺条件、材料微观结构和力学性能的耦合特性及其对翘曲变形的影响规律，结合有限元方法预测了材料的弹性模量、热膨胀系数等性能参数。在此基础上，建立了一种注塑制品残余应力在线检测的方法，实现了注塑制品残余应力的无损检测。与其他测试方法相比，测试结果较为准确、可靠，可以为以翘曲变形为质量控制目标的制品结构、模具结构及加工工艺的优化设计提供指导。本项目主要成果包括：. 1.注塑制品残余应力测试方法. 提出了一种残余应力的在线检测方法。该方法利用半导体纤维作为压敏材料，将其在聚合物基底上组装成一微型传感器，然后将传感器预置于注射模具型腔，注射成型时将其包埋在制品内部。脱模后对制品进行去应力处理。利用处理前后压敏材料的电阻率变化计算测量部位的残余应力。. 2.纤维取向测量方法. 纤维取向采用取向矢量表征，其取向度由其截面形状的椭圆度表示，但必需解决其取向不确定性问题。为此，本项目利用刻痕法对测量截面上的纤维进行定位，然后逐步去除材料表面，跟踪测量相同位置纤维横截面的偏移，以确定其取向度，该方法消除了目前纤维取向表征存在的不确定性。. 3. 翘曲变形计算方法. 采用代表体积元模型将材料的微观结构与纤维体积分数与材料力学性能计算关联在一起，计算了纤维填充聚合物的残余应力与翘曲变形。代表体积元随机生成，代表元在微观尺度上可以表征材料的微观结构，宏观尺度上表征材料的力学性能，利用平均场方法对其进行求解。