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附录A 译文
塑料注射成型中薄壳塑料的翘曲与结构分析
摘要
本研究以聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯(PC/ABS)热塑性塑料生产的薄壁手机盖为模型。首先，利用田口法研究了不同厚度下注射参数对翘曲的影响。通过moldflow plastic insight (MPI) 4.0软件分析得到翘曲值。对PC/ABS材料翘曲影响最大的参数是填料压力。其次，为了确定在手机盖顶部表面确定的点上导致塑料部件失效的力，使用了CATIA V5R12(通用结构分析)。对ABS、PC、增强ABS、rein强制PC/ABS热塑性材料和PC/ABS热塑性材料进行了结构分析，以确定其性能。从结构分析来看，最强的材料分别是15%碳纤维增强PC/ABS、15%碳纤维增强ABS、PC、PC/ABS和ABS。手机顶部表面的最临界点是点2
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1.简介
塑料材料广泛应用于工业的各个领域。最重要的原因是塑料的材料特性。这些特性中有一些是轻便、耐腐蚀、易成形的。最重要的是，它们的物理化学性质可以随意改变。塑料材料可用于包装、航空航天、建筑、汽车、电子产品。由于技术的进步和消费者的需求，如今的电子产品变得更小、更坚固、更美观。这种进步可以在日常生活中的手机上看到。如今，手机的尺寸越来越小，外观也越来越美观。除了这些特性，用户还关心手机的耐用性。用户不希望摔倒在地，受到冲击，暴露在外力下对手机造成损坏。随着手机的尺寸变小，手机的零部件也变得越来越小。这种情况对于本研究中使用的部件是有效的。当零件的尺寸变小时，它的厚度也会变小。在塑料注射成型中，薄壁零件的生产难度很大。这很难，因为熔化的塑料不容易填满模具型腔。正因为如此，薄壁零件最重要的问题是翘曲。由于翘曲问题，采用注塑成型方法生产的零件形状和尺寸不符合要求。防止翘曲问题的最好方法是正确选择塑料材料和注塑参数。零件厚度的减小也会削弱零件的强度。这个问题可以通过选择合适的耐久性材料来解决。但是，材料可能适合零件的强度，但不适合零件的外观。
黄和泰研究了注塑成型对薄壁零件翘曲的影响。采用C-Mold软件进行分析。他们用田口实验方法确定了注入参数。它们已经达到了这些参数的最佳值。结果发现，包装压力是影响翘曲的最重要因素。结果表明，浇口位置和充填时间对翘曲影响不大。本文的研究结果可作为本研究的参考。沈等人对纤维增强热塑性材料薄壁零件进行了数值分析。采用模具流动软件进行分析。不同的注塑参数(注塑压力、熔体温度、模具温度、注塑时间)、不同的纤维(玻璃、长玻璃纤维)、不同的纤维比例(40%、50%)和不同的厚度值(0.9 mm和1 mm)。以一台笔记本电脑的外壳作为分析模型。沈等人研究了注射镁和塑料之间的区别。在MPI软件中，采用不同的材料(ABS、ABS/PC和Mg)、不同的注射参数(注射温度、模具温度、注射压力、注射时间)和不同的厚度值(0.9 mm和1 mm)进行分析。为了获得最优结果，将模拟与田口实验方法相结合。以一台笔记本电脑的外壳作为分析模型。沈等人利用MPI软件对电子和计算机行业使用的零件进行了不同参数(模具温度、注塑温度、注塑压力和注塑时间)、不同浇口位置的检测。陈等人对注塑成型零件的残余应力进行了检测。为了进行分析，使用了薄壁玩具车，廖等人做了一项研究，根据收缩和翘曲问题确定薄壁零件的最合适条件。分析使用的是手机盖。以模具温度、熔体温度、保压压力和注射速度为注塑参数。实验测试建立在田口实验方法的基础上。使用Cycolone扫描仪、Polycad和Polyworks测量收缩值和翘曲值。实验结果表明，填料压力是影响最大的参数。Kikuchi和Koyama用有限元方法研究了用注塑(含33%玻璃纤维的PA66材料)生产的盘形零件的零件厚度、翘曲和各向异性之间的关系。有限元计算采用MARC软件。Kikuchi和Koyama研究了盘状零件厚度对翘曲的影响。本研究使用的材料为30%纤维增强尼龙66。采用田口、神经网络模型和遗传算法、集成响应面方法和遗传算法、薄壳塑件的修正复合形法、方差分析、神经网络模型和遗传算法、薄壳特征热塑性零件的灰色模糊逻辑、薄壳塑件的响应面方法、薄壳塑件的响应面方法和遗传算法[]等优化方法进行了翘曲优化研究。在其他研究中，郭等人提出了自己的观点。[]对翘曲进行了数值模拟和实验验证。在本研究中，通过MPI 4.0软件进行分析，找到了翘曲值。翘曲分析是在田口实验法搭建的实验台的辅助下进行的。根据模拟结果得到翘曲值后，利用Minitab V14软件进行方差分析，了解各参数对翘曲的影响。PC/ABS热塑性材料有三种不同的厚度值(0.9、1和1.1 mm)用于分析。翘曲分析后，采用CATIA V5R12(生成结构分析)对手机盖顶面上确定的点进行塑件失效的受力分析。对ABS、PC/ABS、PC、15%碳纤维增强ABS和15%碳纤维增强PC/ABS材料(厚度为1 mm)进行了CATIA分析。
- 实验研究
2.1塑料零件
以手机盖为模型，对塑料零件进行了分析。它是用CATIA V5R12设计的。零件尺寸为145 mm、60 mm、20 mm。使用三种不同的厚度值进行分析。这些值分别为0.9、1和1.1 mm。
2.2.注入系统的输入参数
注塑参数注塑成型中使用了充填时间、模具温度、浇口尺寸、熔体温度、保压压力、保压时间等参数。黄和泰[1]发现，对翘曲问题影响最大的因素分别是保压压力、模具温度、熔体温度和保压时间。在本研究中，注塑参数为保压压力、模具温度、熔体温度、保压时间。
2.3.热塑性材料
本研究采用热塑性材料PC/ABS-Cycoly C1200(GE Plastic USA)材料解决翘曲问题。之所以选择PC/ABS材料，是因为学术界和工业界都在使用这种材料。考察了五种不同材料对模型进行结构分析的效果。材料有：
·ABS-Cycolac EP(GE塑料欧洲)。
·PC/ABS-Cycoly C1200(GE塑料美国)。
·PC-Lexan 105(GE Plastic USA)。
·ABS(15%碳纤维增强)-ELETRAFIL J-1200/CF/15/VO/ND BK2089(DSM工程塑料)。
·PC/ABS(15%碳纤维增强)-Panlite BN-3120N(帝人化工)。
这些材料的物理性能可见表1；这些值取自MPI4.0的数据库。
2.4.找到最佳的大门位置
为了找到最佳浇口位置以确定在模拟中放置浇口的位置，在MPI 4.0中进行了最佳浇口位置分析。分析结果如图1所示。根据分析结果，我们必须将闸门定位到红色1所示的区域。
2.5.所使用的参数
指出了用于翘曲分析的参数为保压压力、保压时间、熔体温度、模具温度。用于分析的参数值可以在表2中看到。
在表2中，熔体温度和模具温度的第一和第三值取自MPI 4.0数据库。这些值属于PC/ABS(Cycoly C1200)。表中的第二个值是第一个和第二个值的平均值。将充填压力和充填时间的注射范围组织为平均值。
3.田口实验方法
在本研究中，L27(34)正交表如表3所示。分析是通过定位表2到表3中的值来完成的。
3.1.注塑成型分析
注塑成型分析是用MPI4.0软件进行分析。使用的网格类型为中面网格。分析模型由5318个元素组成。考察了PC/ABS材料的三种不同厚度值。浇口位置由MPI4.0的最佳浇口位置分析确定。发现冷却系统不是影响最大的因素之一，将属于冷却系统的值作为MPI 4.0软件的默认值(冷却通道直径：10 mm，冷却通道与零件的距离：25 mm，通道编号：2，通道中心距离：30 mm)。2.对于注塑机和模具材料，MPI 4.0软件的默认值(注塑机：默认成型机，模具材料：工具钢P-20)与冷却系统相同。(2)对于注塑机和模具材料，取MPI 4.0软件的默认值(注塑机：默认成型机，模具材料：工具钢P-20)，如图2所示。(2)对于注塑机和模具材料，取MPI 4.0软件的默认值(注塑机：默认成型机，模具材料：工具钢P-20)。
在MPI中已经完成的分析类型是“Cool Flow Warp”。从该分析中可以得到4种不同类型的翘曲值。这些值是：
- 总翘曲。
- 沿X轴扭曲。
- 沿Y轴扭曲。
- 沿Z轴扭曲。
在本研究中，总翘曲值被用作翘曲值。1对于图1中的颜色的解释，读者可参考本文的网络版本。
3.2从分析获得的值
采用PC/ABS材料对三种厚度值进行了分析。这些分析的结果可以在附录A中看到。这些结果可以比较这三种厚度的翘曲特性。
针对PC/ABS材料具有不同的三种厚度值，用统计方法对分析结果进行了评价。这些方法是回归分析和方差分析。采用Minitab V14软件进行分析。
3.3回归分析
回归分析是统计科学中最重要的问题之一。回归分析已广泛应用于科研、数学、金融、经济、医学等科学领域。回归分析的基本原理是在考察事件的同时搜索因素对该事件的影响。这些事件可以是一个或多个，这些因素可以是直接的，也可以是间接的。
在进行回归分析时，观测值和影响事件必须用数学模型表示。建立的模型称为回归模型。在检验回归分析时(我们把影响事件的因素称为变量)，我们考虑的是包含变量的数学模型。变量必须是可计数和可测量的。
如果把翘曲看作一个数学模型，我们可以直接或间接取多个影响翘曲的变量。(例如，模具温度、熔体温度、保压压力、保压时间等)。如果只考虑熔体温度的影响，可以说是一个单变量的数学模型。如果我们处理熔体温度和堆积压力，我们会说它的双变量模型。单变量模型称为一元线性回归模型。具有多个变量的模型称为多元回归模型。
简单线性回归模型：Y=a bc ei。
多元回归模型：y=a bX1 cX2 dX3 ... ei。
Y：因变量。
X1、X2、X3、......：自变量。
- b，c，d，......：系数。
ei：错误术语。
在本研究中，对PC/ABS材料和三种厚度值进行了回归分析，以确定分析结果是否可以接受。如果回归分析得到的R2值大于80%，我们就可以说它是可以接受的。在表4中可以看到PC/ABS材料的回归模型和R2值。表4和表5中的因素是模具温度(A)、熔体温度(B)、保压压力(C)、保压时间(D)。
3.4.方差分析
根据回归分析的结果，可以说用MPI软件进行翘曲分析的结果是可以接受的。通过方差分析，可以看出各参数对翘曲的影响。用Minitab V14软件进行方差分析。统计分析采用“单因素方差”法。表5中可以看到方差分析的结果。
3.5翘曲分析的方差分析结果评价。
对于PC/ABS材料和0.9 mm厚度值，最小和最大翘曲值分别为1.002 mm和1.074 mm。对于1 mm厚度值，这些值分别为1.003 mm和1.074 mm。对于1.1 mm厚度，它们分别为1.003 mm和1.078 mm。
对于PC/ABS材料，影响翘曲的最大因素是包装压力(85.2%)。保压压力最小时翘曲最大，保压压力最高时翘曲最小。如果考虑第二个有效参数熔体温度值(12.66%)，则熔体温度的升高会降低翘曲变形。结果表明，保压时间(1.96%)对PC/ABS是无效的。扭曲图的最小值。10.在第二十七次分析中可以看到D点。最大值出现在第19次分析中。结果表明，对PC/ABS材料翘曲影响最大的参数是保压压力和熔体温度。当这些参数的值增加时，对于确定的注射参数间隔，翘曲值减小。第三个有效参数是装箱时间。在本研究中，建议的PC/ABS材料翘曲最小化的参数值为：保压压力30 MPa，熔体温度300℃，保压时间10s，模具温度60℃。
4.结构分析
Nie等人研究了三种通过外部载荷和约束分析气辅注塑制品结构的计算模型。本研究采用有限元分析的方法，在一定的条件下，确定了导致手机外壳上选定的几个点发生屈服的力值。采用厚度为1 mm的零件和5种不同的塑料材料(ABS、PC/ABS、PC、15%碳纤维增强ABS和15%碳纤维增强PC/ABS)进行分析。有限元分析软件采用CATIA V5R12生成性结构分析软件。在分析中，手机模型采用2 mm大小的线性单元进行网格划分。模型由八面体四面体网格、18577个单元和6606个节点组成。在图3中，可以看到网格零件在CATIA环境下的视图。
4.1分析条件
用于分析的零件厚度为1 mm。对ABS、PC/ABS、PC、15%碳纤维增强ABS、15%碳纤维增强PC/ABS材料进行了分析。在手机盖的顶面上已经确定了四个点。根据分析结果，找出了导致手机盖失效的原因，确定了各点所受的力。决定的点数如图3所示。
分析中确定了四个要点。手机盖由底面约束。在约束部件后，检查了向Z轴方向施加的力有多大会导致手机盖顶面发生故障。
4.2所选点的分析结果
当Von没有通过CATIA的分析得到的应
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